论文部分内容阅读
随着我国工业发展、人口增长和城市化进程的加快，以及污水处理率韵提高，污泥的产生量也越来越大。利用水泥窑处理污水处理厂污泥，能够达到污泥稳定化、无害化、减量化和资源综合利用的目的，是一个变废为宝、化害为利、资源化利用污泥的处理过程。不但解决了污水处理厂难以解决污泥处理的问题，还可以充分利用污水处理厂污泥替代部分水泥原料进行熟料生产，充分利用污泥焚烧过程中所释放的低位热值。 城市污泥含有较高的含水率，为了提高污泥的处置量，且避免由于污泥引入给窑系统带来较大的负面影响，仅靠城市污水处理厂的机械力处理只能将其含水率降至80％左右，将污泥在窑外进行干化，干化之后的泥再入窑处置是非常必要的。作为水泥窑协同处置，应结合新型干法熟料生产的特点，既要考虑干化过程总的能耗，也要考虑干化后污泥热值的再利用，还要考虑随干化污泥带入窑内的水分总量对整体熟料生产工艺的影响。本论文以城市污泥为研究对象，通过分析城市污泥的特性，探讨水泥窑协同处置的可行性，研究城市污泥的无机成分对水泥熟料形成过程和性能的影响、污泥中的水分和热值对水泥窑热工制度的影响，以及城市污泥特性对湿污泥干化工艺和装备的影响，确定水泥窑协同处置城市污泥工程热工参数，设计并建成水泥窑处置城市污泥示范工程，并采用生命周期定量评价方法对水泥窑协同处置城市污泥的环境负荷评价分析。 分析了城市污泥的物理化学特性，表明主要无机成分为SiO2、P2O5、Al2O3、Fe2O3和CaO，以二氧化硅和复式盐的形式存在，其无机成分在煅烧熟料过程中起到替代原料的作用。污泥中的S、Na和Cl和重金属元素形成的化合物熔点低，易于在熟料液相形成阶段参与反应，提高了重金属在熟料中的固化率。污泥煅烧熟料时，在低饱和系数的配比方案中，随着污泥掺量的增大，较低煅烧温度(1250℃)时易烧性变差，随着污泥掺量进一步增大，易烧性有所改善，当污泥掺量增大到20％时均能得到合格的熟料;在高饱和系数的配比方案中，污泥的加入在一定程度上较好的改善了生料的低温易烧性，污泥掺量在15％-20％之间时最佳。掺入少量污泥（10％以下）可以提高熟料各个龄期的抗压强度，当污泥掺量大于10％时，随着污泥含量的增加，抗压和抗折强度随之下降。 以初始含固率20％，干基热值3400cal/g的污泥作为研究对象，分析了污泥中的水分形态、热特性、干化工艺参数和干化之后的水成分，结果表明污泥干化至含固率为37.29％时，污泥入窑可回收热量为零;含固率达到65％时，污泥入窑可回收的热量与污泥干化需要吸收的热量保持平衡。污泥干化温度应控制在380℃以下，以免损失污泥的热值，随着干化温度的升高，干化液污染物(COD、BOD、氨氮、SS）的浓度也逐渐越高;高温烟气从分解炉顶部或烟室新开的吸风口抽取，日干化污泥300吨，含水率由80％降为35％，需要从分解炉抽取烟气32003Nm3/h，窑系统产量3283吨/天，折合0.234Nm3/kg cl。 使用生命周期评价(LCA)理论和方法，以北京某水泥厂两条生产规模为2000t/d和3000t/d的熟料生产线为研究对象，对水泥窑炉协同处置城市污泥的环境负荷进行分析。结果显示，利用水泥窑炉处置城市污泥会造成熟料能源强度略有增加，2000t/d和3000t/d规模的熟料生产线处置污泥后，电耗分别增加2kWh/t熟料和1kWh/t熟料，约占吨熟料耗电量的1％～2％;煤耗增加量分别为0.012t/t熟料和0.007t/t熟料，约占吨熟料煤耗的4％～7％。在排污方面，系统投入城市污泥后主要污染物排放量均略有增加或不变，由排污造成的各类环境影响也略有上升，温室效应影响增加1～2％左右，酸化效应、光化学污染、人体健康损害均有少量增加(＜1％)。在资源消耗方面，利用水泥窑炉系统处置城市污泥对不可再生资源消耗影响有少量下降，具有一定节材效果。总体而言，水泥窑炉系统处置城市污泥避免了污泥传统处置方式造成的环境影响，且对水泥生产本身的环境负荷影响不大。 工业性试验确定了适宜的处置规模。通过对系统进行热量平衡分析，保证水泥窑正常生产可以提供11600000kcal/h的干化用热量，能够满足将500吨/日含水率80％的污泥干化至含水率35％的需热量9663462kcal/h，相当于年处置80％水分的污泥15万吨。综合考虑技术先进、处置规模、废热利用、运行成本等技术经济指标，优选确定的方案为采用导热油涡轮薄层干化到35％含水率，进入流态化预燃炉焚烧，干化热源为窑尾烟气余热。运行测试结果证明达到设计预期指标。 本课题将污泥干化与水泥窑处置结合起来，既解决了污泥单独干化的热源和臭气处理问题，对于水泥窑协同处置城市污泥提供理论基础，达到污泥稳定化、无害化、减量化和资源综合利用的目的。