污泥成型焚燒熱用于工位采暖的新工藝
采用WXRF-1型污泥成型焚燒熱風(fēng)爐進(jìn)行污泥焚燒處理,可在處理污泥的同時使其熱值也得到利用,解決了車間工位采暖的問題,合理地利用了能源;灰渣可直接用于建筑材料,降低了污泥處理成本。該技術(shù)具有方法簡單實(shí)用、成本低、污泥處理徹底和再利用率高等特點(diǎn)。
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(fèi)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(shí)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(jìn)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(yùn)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(jī)質(zhì)25%、氮3%、磷2%、水70%,其中的有機(jī)質(zhì)有一定熱值,通過燃燒試驗(yàn),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(jìn)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(jī)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(jī)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。
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(jī)械推進(jìn)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(diǎn)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。
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(shí)際情況進(jìn)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(diǎn)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(diǎn),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(diǎn)。
(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(diǎn),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(diǎn)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(diǎn)。缺點(diǎn)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(shí)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(dú)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(dú)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(jī)輸出熱風(fēng)方式。結(jié)構(gòu)簡單,運(yùn)行可靠,安全方便。熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)見圖4。
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(jìn)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(jìn)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:
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。
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(jī)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(jī)風(fēng)壓1000Pa,風(fēng)量2500m3/h。滿負(fù)荷綜合測試情況如下表。
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(qiáng),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?,解決了普通熱風(fēng)爐爐膽使用壽命短、維護(hù)量大的問題,提高了污泥成型焚燒熱風(fēng)爐的實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性和熱效率。使用WXRF-1型污泥成型焚燒熱風(fēng)爐進(jìn)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(shí)際運(yùn)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(shí)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(fèi)用2萬元??傊摲椒ê唵螌?shí)用、成本低、處理徹底、再利用率高。
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