机械回转式污泥干化焚烧工艺技术应用与分析

机械回转式污泥干化焚烧工艺技术应用与分析

孙克威

常州英科环境科技有限公司 江苏常州 213000

1.摘要：机械回转式干化焚烧工艺是一种既悠久又年轻的工艺，其在日本有三十年以上的应用历史。在中国，2018年新苏环保引入该工艺技术并投用于常州污泥干化焚烧项目。本文简要介绍该工艺核心设备：机械回转式焚烧炉和直接搅拌式干化机；并介绍了围绕干化机和焚烧炉的三种工艺方案（国际上有应用）；并简要介绍了常州污泥干化焚烧项目的基本情况。

关键词 ：污泥 干化焚烧 机械回转式

2.背景：

污泥是污水处理副产品，成分复杂，其中富集有机物、微生物和病原菌、重金属等物质，污泥不处理或随意处置会对生态环境造成不可逆转的影响，更严重的会影响人类的健康。污泥焚烧作为一种有效的无害化手段，近年来逐渐被行业接受和认可；目前在上海、成都、深圳、常州地区逐步推进污泥单独焚烧处置，焚烧工艺亦逐步被主管部门行业专业人员关注。与典型的鼓泡焚烧炉相比，机械回转式焚烧工艺具有较为显著的区别之处，该工艺成熟于日本，在日本有诸多案例业绩，核心工艺及设备提供商包括大川原和大和三光（YAMATO SANKO）。该工艺可根据用户需求做多种调整和变形，本文着重介绍焚烧炉及其衍生三种工艺应用，为行业内专业人员提供分析和参考。

3.机械回转式焚烧炉

3.1焚烧炉

机械回转式焚烧炉属于固定床焚烧炉，在化工行业被称为“旋风炉”，在日本被称为涡旋式焚烧炉（VORTEX FURNACE）。该焚烧炉主要包括炉上部壳体和转动机构。炉上部壳体主要包括焚烧烟气出口、干化尾气入口、燃烧器、二次风、干污泥入口等接口；转动机构结合污泥搅拌和一次风供给功能，通过机械回旋臂实现，机械回旋臂结构内部是中空的，通入热空气；另一方面回旋臂搅动物料，实现充分气化燃烧。结构形式详见下图1。

图1、机械回转式焚烧炉结构形式

3.2机械焚烧炉的特点

机械回转式焚烧炉适用于干燥污泥、残渣、木碎屑的焚烧。相比典型的鼓泡焚烧炉而言，具有较为明显的特点。

表1、机械回转式焚烧炉与鼓泡床焚烧主要比较

总体而言，两种焚烧炉均能实现污泥的充分燃烧，污染物控制较好。从实际应用来看，机械回转式焚烧炉对污泥的干燥程度要求较高，一般要求20%含水率的污泥焚烧；而鼓泡床的焚烧根据辅助燃料的配置可适用40~60%含水率的污泥，适应范围较宽。相比而言，由于机械回转式焚烧炉转动缓慢，磨损较小，也是其设备的优势之一。

4、直接搅拌式干燥机

直接搅拌式干燥是一种烟气和污泥直接混合的干燥机，换热效率较高，干燥后的污泥含水率约20%左右送入焚烧炉内焚烧。直接搅拌式干燥机利用 700-800℃的焚烧炉排放烟气与污泥直接接触干燥，为直接干燥机型。干燥机为卧式直接搅拌式型，滚筒内部设有搅拌轴、搅拌棒的搅拌装置，采用烟气直接干化，高温烟气在圆筒内搅拌通过，出口烟气温度为200℃。物料被搅拌装置不断粉碎和分散，在此过程中污泥与烟气充分直接接触，达到高效干化的目的。

5.机械回转式干化焚烧工艺应用方案：

5.1方案一：方案工艺流程见下图2。本系统含水率60~80%的污泥均可适应，通过直接搅拌式干燥机干燥处理。直接搅拌式干燥是一种烟气直接干燥的干燥机，换热效率较高，干燥后的污泥含水率约20%左右送入焚烧炉内焚烧。焚烧产生的烟气根据工况条件全部或部分进入干燥机内。干化尾气和焚烧尾气混合后进入烟气处理系统。烟气处理采用干法和湿法相结合的处理工艺。

图2、机械回转式焚烧炉方案（一）

5.2方案二：方案工艺流程见下图3。相比方案（一），该工艺增加了余热回收系统，提高了系统热利用率；尾气处理单位增加了脱臭设施。

图3、机械回转式焚烧炉方案（二）

5.3方案三：方案工艺流程见下图4。该工艺增加了余热回收系统，干化之后的尾气升温后（余热利用）进入焚烧炉脱臭处理，减少了脱臭工艺。

图4、机械回转式焚烧炉方案（三）

5.4小结：

表2、三种工艺比较表

三种工艺实施方案目前在国际上都有应用，根据项目需求和边界条件配置不同。显然，方案三通过焚烧脱臭，在焚烧炉内将臭气焚烧处理；并且充分利用焚烧的尾气送入干化系统。

6.机械回转式干化焚烧工艺-常州实践

为解决常州市污泥处置问题，新苏环保与常州市城建集团共同出资建设常州市污泥焚烧中心项目，并注册成立常州英科环境科技有限公司，承担项目的建设和运营。污泥焚烧中心总投资6.35亿人民币，总规模为900吨/天（含水率80%），项目分两期建成，其中一期投资3.42亿元，设计规模为400吨/天，设计服务年限30年项目。该项目是华东地区首家采用直接搅拌式干燥机+机械回旋式焚烧炉工艺的污泥处置项目，也是常州市规模最大的污泥处置项目。通过一段时间的调试和摸索，在运行过程中仍遇到余热利用率低、输送设备故障率高等问题；还需要进一步改造和优化升级。

图5.常州市污泥干化焚烧项目

6、总结与展望

机械回转式焚烧炉是专门为污泥焚烧而设置的，在日本应用良好。总体来说，机械回转式焚烧炉与直接搅拌式干燥机的配合具有两项优势特点。其一提高干化焚烧系统的热利用率，无需汽水换热系统。其二：干化后尾气进入焚烧炉脱臭解决了污泥干化尾气脱臭的难题。

污泥干化焚烧技术在我国还处于起步阶段，需要进一步诊断分析，配备高效的环保设施，寻求较低消耗的工艺路线，探索焚烧灰渣中有价资源回收。

参考文献：

1. 纪伟勇, 项乐群, 姬志国. 分析回转窑焚烧技术在污泥干化焚烧处理中的应用与思考[J]. 绿色环保建材, 2017(12):15-16.

2. 史骏. 污泥干化与水泥窑焚烧协同处置工艺系统分析与案例[C]// 2010年中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会. 0.