水泥窑烟气干化污泥的技术应用与问题探讨

在“双碳”政策及节能降碳的背景下,回收利用水泥窑窑头烟气余热做热源,低温干化污泥制备替代燃料是水泥企业处置污泥的新思路。本研究介绍了利用5000t/d水泥窑余热将污泥含水率从65%干化至30%的工艺,该工艺不仅实现了烟气余热的回收利用,还增加了污泥的处置能力,经济效益和社会效益显著。

水泥窑协同处置城市干化污泥技术及其工程化应用

广州越堡水泥协同处置城市干化污泥项目采用“污水处理厂内干化+水泥窑协同处置”技术路线,市政污泥经污水处理厂深度脱水+电热干化后,污泥最终含水率降至40%以下;干化污泥再经协同处置系统卸料、输送、破碎、喂料、除尘除臭,处置城市干化污泥量达600t/d,折算处置含水湿污泥约1 800t/d,技术优势明显。污泥处置系统运行以来,二噁英排放量为0.037ng TEQ/m~3,远低于国家标准排放限值0.1ng TEQ/m~3;年节煤约4.4万吨,节煤收益>3 750万元,按照吨烟煤排放CO_(2) 2.0t估算,年可减排CO_(2)约8.8万吨。

温度对干化污泥水蒸气气化产气特性的影响

采用固定床气化装置,在水蒸气流量为0.32 kg/h条件下进行了污泥水蒸气气化实验。研究了温度对污泥气化气体产率、氢气产率、气体成分与低位热值、气体能源转化率的影响。结果表明:随着反应温度从700℃上升到1 000℃;气体产率从0.39 m3/kg升至0.61 m3/kg;氢气产率从0.18 m3/kg升至0.34 m3/kg;气体能源转化率从54%升至88%;产气的低位热值从10 688.1 kJ/m3提高至11 168.9 kJ/m3。同时产气中H2和CO含量随着温度的升高而增加,CH4、CO2和CnHm含量随温度的升高而减少。因此,为了获得更多的可燃气体,建议在污泥水蒸气气化工艺中,气化温度必须大于800℃。

生物干化污泥对马尼拉草坪生长性状和环境效应的影响

为使城市生活污泥得以无害化、资源化综合利用,研究了经无害化处理的生物干化污泥对马尼拉草坪生长状况和土壤效应的影响。结果表明,随着生物干化污泥施用量的增加,马尼拉草叶绿素含量和生物量逐渐提高,但施用量超过1 250 g.m-2后,对马尼拉草的促进作用不再显著。生物干化污泥对马尼拉草坪具有较好的培肥效应,草坪土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性显著提高。施用生物干化污泥还可提高土壤全氮、全磷、无机氮和速效磷含量,施用后不会造成土壤重金属污染。在园林绿地草坪使用,只要将施用量控制在1 250 g.m-2以下,是基本安全的,这为生物干化污泥在园林草坪上的推广应用提供科学依据。

干化污泥型煤抗压强度的实验研究

利用微波干燥脱水污泥制备型煤粘结剂,与粉煤混合压制成型煤。通过正交试验考察成型压力、干化污泥含水率及添加比例对型煤抗压强度的影响。结果表明:微波干化的污泥型煤较粘土型煤的抗压强度大;成型压力、干化污泥含水率及添加比例均为型煤抗压强度的显著因素,各因素优化范围:成型压力为25～30 MPa,干化污泥水分为40%左右,干化污泥添加比例为20%～30%。

水泥窑焚烧干化污泥烟气排放特性实验研究

系统研究了水泥窑焚烧干化污泥工艺中烟气随不同污泥添加比例的污染物排放特性,结果表明:添加污泥后,烟气中SO2、NOx、HCl、HF、重金属、颗粒物都有一定程度的增加。当污泥掺烧比低于10%时,烟气基本满足GB 4915—2013水泥工业大气污染物排放标准规定的限值;当污泥掺烧比达到30%时,Pb、Cd、Hg以及烟尘最高排放浓度均未超出GB 30485—2013水泥窑协同处置固体废物污染控制标准规定的国家烟气污染物排放标准,但SO2需要进一步净化处理才能达标排放。

掺混催化剂对干化污泥热解可燃气的影响

采用等体积浸渍与固相反应法制备单金属氧化物催化剂。使用实验室自制的固定床反应器,考察干化污泥催化热解行为,着重研究5种金属氧化物(MgO/γ-Al_(2)O_(3)、NiO/γ-Al_(2)O_(3)、Fe_(x)O_(y)/γ-Al_(2)O_(3)、Cr_(2)O_(3)/γ-Al_(2)O_(3)和CuO/γ-Al_(2)O_(3))对干化污泥催化热解可燃气的催化效果。结果表明,温度从500℃升高到900℃时,Fe_(x)O_(y)/γ-Al_(2)O_(3)的催化效果相对最好,干化污泥热解析出可燃气(H2+CO+CH4)产率分别从1.01%、33.32%提高到21.04%、56.95%;与不使用催化剂相比,900℃时热解可燃气产率提高71%,实验推荐催化剂用量为5%。

生物干化污泥有机肥在铁观音上的应用

生物干化污泥有机肥在茶树铁观音的肥效试验结果表明,生物干化污泥能有效促进茶芽生长,提高新梢密度、百芽重和茶叶产量。茶叶重金属的含量低于茶叶卫生标准(GB2762-2005)中规定的重金属含量限值,为推广生物干化污泥在茶树上的应用提供依据。

水泥窑焚烧干化污泥烟气污染物排放控制及净化工艺优化

本文通过梳理水泥窑焚烧干化污泥烟气污染物排放的控制方法,优化末端烟气净化处理工艺,对烟气污染物进行进一步控制处理。研究表明,水泥窑协同处置污泥烟气控制的前端控制主要包括:废物种类控制、废物中有害元素的投料控制、投料点的选择等;末端控制主要包括:活性炭吸附、湿式碱法、SCR、LPC等烟气污染物净化控制工艺。通过末端控制的几种工艺的单独净化和组合净化结果比较,"活性炭+LPC"工艺在脱硫脱硝方面效果最佳,对高温管式炉烟气SO2的处理率为95.1%,对NOx的处理率为83.9%。

对干化污泥集装化运输技术的研究与分析

以上海市白龙港污水处理厂深度脱水后的干化污泥(含水率约60%)为研究对象,详细介绍了干化污泥集装箱运输方式需具备的可行性条件、污泥的初始性能及集装箱参数。通过对污泥的膨胀性、腐蚀性,氨气浓度等因素进行分析与研究,得出了污泥的膨胀性、腐蚀性对集装箱运输的影响较小,氨气浓度的控制是集装箱运输技术关键的结论,并采取了相应的措施对其控制与改进。

干化污泥热解产物的经验方程研究

在实验室自制热解装置上进行了污泥热解实验.在获取大量实验数据的基础上,运用相关性分析和数据拟合等方法建立了污泥热解产物与热解温度间关系的经验方程,期望对今后实验室污泥热解试验能起到指导作用.

生物干化污泥有机肥在茶园的应用试验初报

通过实验研究了生物干化污泥有机肥在茶树黄金桂上应用的肥效。实验结果表明,生物干化污泥能有效促进茶芽生长,提高新梢密度、百芽重和茶叶产量。茶叶重金属的含量低于茶叶卫生标准(GB2765-2005)中规定的重金属含量限值。这为推广生物干化污泥在茶树上的应用提供依据。

生物干化污泥衍生燃料流化床焚烧试验研究

在30 k W循环流化床试验了生物干化污泥衍生燃料的焚烧试验;探索衍生燃料焚烧特性及NOX和SO2排放特性。衍生燃料在流化床内具有良好的焚烧特性,燃烧效率达到96%以上,燃尽特性较好;NOX浓度随焚烧温度升高而增大,而分级配风可以有效控制NOX生成;SO2排放浓度受运行条件影响不大,加入石灰石可以有效脱除SO2,脱硫效率达90%以上。

固相停留时间对干化污泥水蒸气气化产气特性的影响

采用固定床气化装置,在水蒸气流量为0.5kg/h、反应温度为900℃条件下进行了污泥水蒸气气化试验,研究了污泥在气化炉固相停留时间(Solid residence time,SRT)对污泥气化气体产率、气体成分与低位热值、气体能源转化率的影响。结果表明,随着SRT从11s提高到26s,气体产率从0.49Nm3/kg上升至0.61Nm3/kg,气体能源转化率从0.52上升至0.73,产气的低位热值从10083.7kJ/m3提高至11357.9kJ/m3;同时,产气中H2和CO含量随着STR的升高而升高,CO_2含量随STR的升高而降低,CH_4和CnHm含量变化较小。因此,延长污泥在气化炉反应时间是提高污泥气化效率的有效手段,在污泥气化工艺设计时,应适当延长污泥在气化炉中停留时间。

基于水泥窑协同处理石灰干化污泥工艺研究磷、硫对碳酸钙分解的影响

针对水泥窑协同处理石灰干化污泥工艺,利用热差分析仪、X射线衍射和扫描电子显微镜分别从碳酸钙分解热力学和碳酸钙微观演变的角度研究了不同量的磷和硫掺比对碳酸钙分解的影响规律.实验结果表明,在碳酸钙烧制中,掺加0.5%的磷(以磷酸钙计)和硫(以硫酸钙计),使碳酸钙表观分解能分别降低了7.35%和8.04%,峰值温度分别降低了70.82℃和59.32℃,有效促进碳酸钙的分解;对其促进机理研究发现,硫酸钙、磷酸钙及其分解产物焦磷酸钙自身并不与碳酸钙及其分解产物氧化钙发生反应,他们仅破坏了碳酸钙的表面结构,促进了二氧化碳的释放,从而利于的碳酸钙分解.本研究结果表明,掺加一定量的石灰干化污泥引入磷和硫,利于水泥熟料的烧成.

生物干化污泥混煤燃烧特性及污染物排放规律研究

从生物干化污泥处理厂和掺煤焚烧发电厂采集样品,对样品的热重特性、燃烧特征参数进行了分析测定,同时对干化污泥和煤不同质量比例的混合试样（煤样质量分数为0%、20%、30%和40%）进行燃烧特性试验,利用烟气分析仪检测了NOx和SO2排放规律。热重实验表明,生物干化污泥的着火温度为257264℃,600℃时基本完全燃烧,综合燃烧特性指数与煤样相当,与煤样混烧可降低其着火点,改善综合燃烧性能。燃烧试验表明,生物干化污泥单独燃烧时NOx和SO2排放浓度较高,混烧可减少二次污染物排放。燃烧过程中氮氧化物主要为NO,生物干化污泥与煤混合样品呈现单峰排放的特征,在800900℃燃烧时生物干化污泥挥发分的析出燃烧促进了煤样中焦炭氮的提前释放与燃烧;燃烧过程中SO2呈现双峰排放特征。发电厂实际混烧利用时,可以通过提高燃烧温度、缩短焚烧停留时间,从而减少燃烧过程中二次污染物的总排放量。

石灰干化污泥对水泥产品耐热性影响研究

结合石灰干化污泥在水泥窑协同处置的工艺优化研究,研究了不同石灰干化污泥掺量对水泥耐热性能的影响,并采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对部分水泥试块进行了微观表征。研究结果表明:常温下水泥抗压强度随石灰污泥掺量增多呈现先增后少的趋势;水化产物中的Ca(OH)_2在400℃以上的脱水分解是导致水泥高温抗压强度损失的主要原因;石灰干化污泥的掺入减少了水化产物中的Ca(OH)_2含量,从而提高了水泥熟料的耐热性能。

燃煤机组耦合蒸气干化污泥能耗特性试验

煤与蒸气干化污泥耦合掺烧是一种大规模处置污泥的技术手段,而蒸气干化污泥掺烧对机组能耗的影响规律尚不明确。对某350 MW燃煤机组开展蒸气干化污泥掺烧性能试验,研究蒸气干化污泥对锅炉效率、厂用电率、汽机热耗率、机组能耗率等的影响。试验期间,湿污泥处理量设定为8.00 t/h,利用污泥干化机将湿污泥含水率从80%分别干化至60%、40%。结果表明,蒸气干化污泥耦合发电时,机组能耗率上升,其中,锅炉效率下降主要是因为排烟热损失和固体未完全燃烧热损失增加,汽机热耗率上升是由于干化蒸气消耗,机组厂用电率上升主要是由于风机系统电耗和脱硫系统电耗上升。污泥干化程度越高,锅炉效率下降幅度越小,汽机热耗率上升幅度越大,机组厂用电率上升幅度越小。利用蒸气将污泥含水率从80%干化至40%,机组供电燃料耗率略有下降,机组供电燃料耗率变化量从2.039 g/kWh降至1.904 g/kWh。当机组掺烧湿污泥时,锅炉效率下降和厂用电率上升是造成机组能耗率上升的主要因素;当机组掺烧蒸气干化污泥时,汽机热耗率上升是导致机组能耗率上升的关键因素。本研究为蒸气干化污泥耦合发电机组能耗评估提供了理论和数据支撑。

干化污泥对盐碱土土壤性能及植物生长的影响

研究了干燥后的污泥对盐碱土土壤理化性质及污染的影响,并在此基础上设置了盆栽试验,以观察不同泥土比中植物的生长情况。结果表明:干化污泥既能为作物生长提供有效养分,又能明显地提高土壤肥力。虽然施用污泥后土壤中的全盐量增加,但对所选取植物的生长影响较小;当泥土配比低于一定的比例时,污泥中的重金属不会对土壤造成污染。因此,在盐碱土壤中严格按照标准并合理控制干化污泥的用量可作为解决污泥问题的途径之一。

烟气干化污泥对颗粒物的去除作用及其影响因素

基于利用烟气余热的污泥低温干化技术,通过模拟试验和结合工程实践,首次分析研究了污泥对烟气中颗粒物的去除作用及其影响因素.结果表明,被试的四种污泥对烟气中PM2.5、PM10和TSP的去除率分别为18%~42%、32%~55%和39%~62%,污泥对烟气中PM2.5去除率的大小与污泥的细微结构和有机质含量相关联,烟气中颗粒物的去除率随污泥堆积密度和污泥含水率的增加而增加,随污泥粒度的增加而减少,污泥粒径变小时,污泥中水分更容易蒸发成微小水滴,有利于烟气中的细小颗粒物被吸附和凝结.