污泥成型焚燒熱用于工位采暖的新工藝
1 引言
目前，國內(nèi)外對污水處理廠所產(chǎn)生的污泥的處理方法有填埋、加工成肥料和干化焚燒等。其中，填埋是最主要的處理方法。污泥填埋方法簡單，費用較低，但存在占地大、處理不徹底易造成二次污染等問題。污泥制肥和干化焚燒方法處理雖較為徹底，但需對污泥深加工處理和預(yù)先干化，處理成本高而效益低，因此在實際應(yīng)用中受到了一定的限制。采用脫水污泥成型焚燒處理技術(shù)，無需對污泥進行干化，處理成本低，且熱能全部用于工位采暖，可取得節(jié)能減排的效果，灰渣可全部再利用于建材，處理徹底，從根本上解決了污泥處理的難題。
承德縣污水處理廠2006年投入試運行，設(shè)計污水處理能力3萬t/d，采用活性污泥法工藝，主要任務(wù)是處理當(dāng)?shù)氐墓I(yè)和生活污水。污泥產(chǎn)量3000t/a，設(shè)計處理方法為送入垃圾處理廠填埋，此方法簡單但處理不徹底，容易造成二次污染。該污水處理廠脫水污泥的主要成分為：有機質(zhì)25%、氮3%、磷2%、水70%，其中的有機質(zhì)有一定熱值，通過燃燒試驗，含水率為25%的污泥，熱值約為15000kJ/kg，相當(dāng)于低熱值的原煤，可采用混合成型焚燒的方式進行處理。方案是將含水率為70%的脫水污泥摻入干煤粉，壓制成工業(yè)用型煤，供本廠細(xì)格柵車間采暖使用，焚燒后的爐渣熱值低于200kJ/kg。
2 工藝過程
工藝過程主要由脫水污泥混合成型、焚燒和熱能利用三個環(huán)節(jié)組成。
經(jīng)壓濾機脫水后的污泥含水率約為70%，不經(jīng)干化直接按1∶1的比例摻入干煤粉和石灰粘合劑，用型煤機壓制成150×150×80（mm）的方形工業(yè)用蜂窩煤，為污泥成型焚燒爐提供燃料。焚燒后的污泥爐渣和成型污泥分別見圖1、圖2。
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污泥成型焚燒爐是焚燒過程中的關(guān)鍵設(shè)備，擔(dān)負(fù)著焚燒污泥和輸出熱能的任務(wù)，為提高爐膛溫度和達(dá)到工位采暖的目的，采用熱風(fēng)輸出方式，直接將熱風(fēng)送到采暖工位。污泥成型焚燒熱風(fēng)爐由燃燒和熱交換兩部分組成：（1）燃燒部分送煤采用機械推進式手動爐排，自然通風(fēng)方式，燃燒溫度1200℃；（2）換熱部分的主要結(jié)構(gòu)件為鑄鐵爐膽和風(fēng)火管，爐膽外側(cè)和風(fēng)火管外部為熱風(fēng)道，將熱能輸出。其特點是：結(jié)構(gòu)緊湊、鑄鐵爐膽熱變形小、造價低、爐膛溫度高、燃燒效果好，熱效率達(dá)到85%。
由于細(xì)格柵車間跨度大、空間高，適合采用熱風(fēng)工位取暖方式，因此，熱能利用主要用于污水處理廠細(xì)格柵車間的取暖。燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣經(jīng)水浴式除臭裝置處理后，排入大氣。工藝布置見圖3。
 圖3 污泥成型焚燒工藝布置 |
3 污泥成型焚燒熱風(fēng)爐的設(shè)計
3.1 污泥成型焚燒熱風(fēng)爐爐膽選材
目前，國內(nèi)的燃煤熱風(fēng)爐技術(shù)相對落后，尚無定型產(chǎn)品，市場上的小型原煤熱風(fēng)爐的主受熱面耐久性差的問題一直未能解決，煙塵排放不能達(dá)標(biāo)，推廣和使用受到限制。所以，污泥成型焚燒熱風(fēng)爐需要根據(jù)實際情況進行設(shè)計。
污泥成型焚燒熱風(fēng)爐爐膽的受熱面的材料和結(jié)構(gòu)，是設(shè)計中首先需要解決的問題，受熱面可采用耐熱鋼板、耐火材料和耐熱鑄鐵等材料制成。這些材料的優(yōu)缺點如下：
（1）耐熱鋼板
耐熱鋼板具有傳熱性好、重量輕和制作方便等優(yōu)點，但存在熱變形嚴(yán)重、受熱后剛度變差、抗氧化、耐腐蝕性差和造價高等缺點。
（2）耐火材料
耐火材料具有價格便宜、耐熱性好、不氧化、耐腐蝕、熱變型小和制做容易等優(yōu)點，但存在傳熱系數(shù)低、成型難度大、易龜裂和維修困難等缺陷。
（3）耐熱鑄鐵材料
耐熱鑄鐵材料除傳熱系數(shù)略低于耐熱鋼板外，耐熱、抗腐蝕、熱變形和剛度等指標(biāo)，都高于耐熱鋼板。耐熱鑄鐵材料不存在耐火材料的缺陷，優(yōu)點與耐火材料基本相同，但傳熱系數(shù)則大大高于耐火材料，具有價格適中、可定型批量生產(chǎn)、零價互換性好和維修方便等優(yōu)點。缺點是爐膽鑄造難度大，裝配制造技術(shù)要求高。根據(jù)上述情況，自行設(shè)計的WXRF-1型污泥成型焚燒熱風(fēng)爐的爐膽采用耐熱鑄鐵材料，拼裝式結(jié)構(gòu)，解決了熱風(fēng)爐主受熱面耐久性差的關(guān)鍵技術(shù)問題，使污泥成型焚燒熱風(fēng)爐在焚燒污泥和實現(xiàn)工位采暖上有了技術(shù)保證。
3.2 WXRF-1型污泥成型焚燒熱風(fēng)爐爐膽結(jié)構(gòu)
WXRF-1型污泥成型焚燒熱風(fēng)爐采用臥式水平折流燃燒方式，熱風(fēng)逆向正壓經(jīng)過鑄鐵爐膽內(nèi)部風(fēng)道和風(fēng)火管完成熱量交換過程。爐膽采用組合式結(jié)構(gòu)，每組耐熱鑄鐵爐膽頂板與側(cè)板分別設(shè)計成長500mm的獨立部分，每組自然形成完整風(fēng)道。爐膛側(cè)板為單片結(jié)構(gòu)，鑄有橫向?qū)эL(fēng)肋板，以增加空氣與爐膽受熱面的接觸面積和時間，提高爐膛側(cè)板的剛度和熱效率，側(cè)板安裝后與爐體外保溫層之間形成風(fēng)道。頂板分上下兩部分，分別鑄有兩邊肋板和中間橫向檔風(fēng)肋板，以增加空氣與爐膽受熱面的接觸面積和時間，提高頂板的剛度和熱效率。安裝時上頂板肋板向下，下頂板肋板向上，上下板兩側(cè)肋板相互嚙合，中間形成熱風(fēng)道，頂板兩端置于爐膽側(cè)板上部，與側(cè)板形成爐膛和互通的熱風(fēng)道。按設(shè)計要求將多個獨立的爐膽組合連接，形成爐膛和熱風(fēng)道，每組爐膽之間采用螺栓緊固聯(lián)接，并嵌在爐體結(jié)構(gòu)件鋼架上，構(gòu)成污泥成型焚燒熱風(fēng)爐主體。受熱面積共9.3m2 ，爐排面積1.8m2 ，設(shè)計時參照其他型煤鍋爐受熱面的傳熱系數(shù)，估算供熱量為218,160kJ/h。熱能輸出采用正壓溫控自動控制風(fēng)機輸出熱風(fēng)方式。結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，安全方便。熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)見圖4。
 圖4 WXRF-1型成型污泥焚燒熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu) |
3.3 WXRF-1型污泥成型焚燒熱風(fēng)爐負(fù)荷調(diào)整方式
為防止熱風(fēng)爐爐膽過燒，負(fù)荷調(diào)整時不對送風(fēng)系統(tǒng)進行調(diào)整，仍維持其設(shè)計風(fēng)壓和風(fēng)量，采用溫度自動控制輸出熱能。負(fù)荷調(diào)整是通過控制燃燒狀況來完成的，由于該爐型采用手工加污泥型煤，加煤量需根據(jù)燃燒狀況確定。調(diào)整燃燒狀況可自動或手動完成，自動控制系統(tǒng)可根據(jù)室內(nèi)設(shè)置的溫度傳感器，設(shè)定參數(shù)后自動控制燃燒系統(tǒng)自然進風(fēng)風(fēng)門的開閉，達(dá)到調(diào)整負(fù)荷的目的。
4 工位熱風(fēng)采暖系統(tǒng)設(shè)計
4.1 熱工計算
細(xì)格柵車間建筑面積600m2 ，高度8m，采暖期室外平均溫度為-4.4℃，設(shè)計計算溫度為-18℃，室內(nèi)溫度要求不低于10℃，采暖所需熱量（Q）估算：
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根據(jù)上式計算可得： Q= 511,2331(kJ/m2·h)
廠房整體采暖所需熱量：
Q = 600×511.2331=306,739.87（kJ/h）
工位采暖所需熱量估算：廠房工位布置空間約占廠房總空間的15%。工位周圍熱耗空間約占廠房總空間的15%。
工位采暖所需熱量：
Qgw =Q ×(15%+15%)=306,739.87×30%=92,021.96（kJ/h）
4.2 熱風(fēng)工位采暖系統(tǒng)布置
根據(jù)計算，WXRF-1型污泥成型焚燒熱風(fēng)爐可以滿足上述需要。在細(xì)格柵車間內(nèi)，將WXRF-1型污泥成型焚燒熱風(fēng)爐布置在廠房西北角，風(fēng)道沿廠房墻內(nèi)側(cè)橫向布置，高度以不影響室內(nèi)作業(yè)為宜。主風(fēng)道為長方形，首端300×200（mm），末端200×200（mm），材料為鍍鋅鐵板。設(shè)有6個熱風(fēng)工位出口，出口設(shè)有風(fēng)門和防燙柵欄。熱風(fēng)工位布置見圖5。
 圖5 熱風(fēng)工位布置平面圖 |
5 污泥成型焚燒熱風(fēng)爐綜合測試結(jié)果
WXRF-1型污泥成型焚燒熱風(fēng)爐，采用風(fēng)機送風(fēng)方式輸出熱能，熱風(fēng)出風(fēng)口與熱風(fēng)道連接。風(fēng)機風(fēng)壓1000Pa，風(fēng)量2500m3 /h。滿負(fù)荷綜合測試情況如下表。
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測試結(jié)果表明，該熱風(fēng)爐比傳統(tǒng)的熱水采暖爐熱效率高16％，出力超過設(shè)計能力18.29%。
6 結(jié)論
WXRF-1型污泥成型焚燒熱風(fēng)爐，采用組合式爐膽，便于定型生產(chǎn)，設(shè)計時可根據(jù)污泥種類和發(fā)熱值的大小來調(diào)整爐體受熱面的大小。爐膽抗熱變形能力強，維修組裝制造方便，布風(fēng)均勻無死角，受熱面?zhèn)鳠岷褪軣峋猓鉀Q了普通熱風(fēng)爐爐膽使用壽命短、維護量大的問題，提高了污泥成型焚燒熱風(fēng)爐的實用性、經(jīng)濟性和熱效率。使用WXRF-1型污泥成型焚燒熱風(fēng)爐進行污泥焚燒處理，不但達(dá)到了污泥焚燒處理的目的，也完成了細(xì)格柵車間工位采暖的任務(wù)，充分合理地利用了能源。根據(jù)實際運行情況測算，一臺WXRF-1型污泥成型焚燒熱風(fēng)爐，出力50%即可滿足細(xì)格柵車間工位取暖的實際需要，可節(jié)能70%，節(jié)能效果顯著；降低了污泥處理成本，污泥處理徹底，灰渣可直接再利用，不會造成二次污染；其熱值得到了利用，每年可節(jié)約燃煤費用 2萬元？傊摲椒ê唵螌嵱、成本低、處理徹底、再利用率高。
參考文獻：
湯蕙芬，范季賢.城市供熱手冊[M].天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社.1992，2.
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