PDF《污泥热解技术特性分析》

51 CHINA ENVIRONMENTAL PROTECTION INDUSTRY 2011.

8 交流平台Communication Platform 污泥热解技术特性分析 蔡炳良,辛玲玲 (浙江利保环境工程有限公司,杭州 310012) 摘 要:介绍了污泥热解技术的特点和基本原理,对其工艺流程进行了概括性描述.重点分析了污泥热 解技术无二 英产生、固化重金属、高能量利用率和低能量损失的特点,指出污泥热解技术是节能环保技 术,是污泥减量化、稳定化、无害化、资源化的有效途径. 关键词:污泥;

热解;

二英;

节能环保 中图分类号:X703 文献标志码:A 文章编号:1006-5377(2011)08-0051-04

1 前言 热解是一种有悠久历史的技术,如对木材、泥炭以 及页岩的气化都是热解.根据所用化工工艺的不同,热 解被称为干馏、焦化、气化以及热分解等 [1] .近年来, 热解被做为焚烧的替代技术越来越受到各方的关注 [2] . 热解技术的显著特点有:1)没有二次污染;

2)能 源利用率高、减容率高、运行费用低;

3)可从根本上 解决污泥中的重金属问题;

4)无二 英和呋喃产生, 不会因为环境问题扰民;

5)燃烧后,需要处理的废气 量小;

6)能回收可再生能源;

7)处理对象较广泛,包 括污泥、工业垃圾、生物质、塑料、电子垃圾、废轮 胎等.

2 污泥热解技术基本原理 污泥热解是利用污泥中有机物的热不稳定性,在无 氧条件下对其加热,使污泥中的有机物发生热裂解,形 成利用价值较高的气相(热解气)和固相(固体残渣) 产品,这些产品具有易储存、易运输及使用方便等特 点,为污泥的减量化、稳定化、无害化、资源化提供了 有效途径. 影响热解过程及产物产率及组成的因素有热解温 度、压力、升温速率、气固相停留时间及物料的尺寸 等,其中热解温度是最主要的影响因素 [3] . 根据热解的过程,操作温度可分为低温、中温和高 温热解,在500℃以下的为低温热解,500℃~800℃为 中温热解,800℃以上的为高温热解.不同温度的热解 过程见表1.

3 污泥热解工艺概况 一个完整的污泥热解工艺包括储存和输送系统、干 燥系统、热解系统、燃烧系统、能量回收系统和尾气净 化系统(见图1).污泥的存储和输送是整个工艺流程 的开始,起到储存污泥和将污泥输送进入干燥装置的作 用.污水处理厂脱水污泥的含水率一般在80%左右,不 能直接热解,通过干燥系统可去除污泥中的水分,将污 表1 不同温度的热解过程表 温度 工艺过程 100℃~120℃ 干燥,吸收水分分离,尚无可观察的物质分解 120℃~250℃ 减氧脱硫发生,可观察到物质分解,结构水和CO2分离 250℃以上 聚合物裂解,硫化氢开始分解 340℃ 脂族化合物开始分裂,甲烷和其它碳氢化合物分离出来 380℃ 渗碳 400℃ 含碳氧氮化合物开始分解 400℃~420℃ 沥青类物质转化为热解油和热解焦油 420℃~600℃ 沥青类物质裂解成耐热物质(气相,短链碳水化合物, 石墨) 600℃以上 烯烃芳香族形成

52 中国环保产业 2011.8 交流平台Communication Platform 泥含水率降低至20%~25%,采用热解技术在无氧环境 下即可将固态污泥裂解,生成气态和固态的产物. 污泥热解后的气态产物为热解气,是一种可燃气 体.从热解设备(热解鼓)中生成的热解气含有一定的 有害物质,可以采取燃烧的方法进行处理,这样既可以 利用能量,同时也可将有害物质转化为完全氧化的烟 气.热解气也可以用处理烟气的方法将其中的有害物质 去除,干净的热解气可用于发动机或燃气轮机.系统的 无氧环境则减少或阻止了多环芳香烃的生成. 污泥热解后的固态产物是污泥热解后的残渣,其极 易湿润,所以出渣装置需设置防堵塞措施.另外,热解 残渣的化学性能稳定,可耐强酸腐蚀,污泥中的重金属 被固化在其中很难再次析出. 热解产生的热解气经过旋风除尘器后与污泥储存仓 的废气一同进入燃烧室燃烧,这样可以防止异味外泄. 燃烧室产生的烟气优先用于热解鼓的加热,热解鼓出口 烟气温度为600℃,这部分烟气再进入余热锅炉进行余 热利用.当系统自身能量不能维持自身平衡时,燃烧室 需外加燃料(天然气或油)作为补充,以达到维持系统 能量平衡的目的. 经热解加热后的烟气进入余热锅炉,产生的蒸气可 用于干燥污泥.对于不同的工艺条件,可以选择不同的 能量回收方案. 固废的热解在常压下进行,但实际上为了避免异味 泄漏,一般在热解鼓内维持一定的负压.

4 污泥热解技术的节能环保性 污泥热解技术具有不产生二 英、 固化重金属、 高能 量利用率和低能量损失等特点, 是一项节能环保技术. 4.1 有效抑制二 英的生成 焚烧过程中产生二 英的途径主要有:1)直接释 放;

2)高温气相生成;

3)前驱物固体催化合成;

4) 从头合成.产生二 英的条件为:1)有形成二 英的基 本元素(碳、氧、氯、氢)或前驱物;

2)一定的温度范 围;

3)金属催化剂;

4)氧化所需的氧气. 由于热解过程是在还原气氛下进行,因而能有效抑 制二 英的合成.其次,经过净化处理后的热解气不存 在具有催化作用的物质(金属或其氧化物),其高温燃 烧过程就是一个彻底而洁净的氧化过程. 另外,热解过程不但能有效防止二 英的产生,而 且在特定的条件下,物料中含有的二 英还能被有效分 解.Hagenmaier等人(1987年)最早发现在300℃下贫 氧气氛中处理2小时,不同种类飞灰所含的二 英均能 够显著降解,故此后将这种飞灰在贫氧条件下的低温热 处理方式称之为 Hagenlnaier工艺 . Ishida等人(1998 年)研究了日本一家垃圾焚烧厂采用Hagenmaier工艺处理 飞灰二 英的运行结果,在350℃、处理时间为l小时、氮 气氛的条件下,飞灰中二 英的去除率超过了99% [5] . 4.2 固化重金属 由于污泥中均含有一定量的重金属元素,通过热解 处理后大部分可浓缩于固体残渣中.大量数据表明:污 泥经历热解后,重金属都富集在固体残留物中,且重金 属形态发生了显著改变,可交换态含量降低,残渣态含 量升高,浸出浓度都低于监测标准.德国热解残渣分析 报告见表2. 由于热解对重金属的固化能力,在国外热解还被用 于处理受到重金属六价铬及汞污染的土壤.土壤中的高 毒性六价铬通过热解还原为三价铬,同时,在还原条件 下还能抑制底泥中含有的三价铬被氧化为六价铬,实现 污染土壤的再生. 热解后的污泥残渣是完全惰性、疏松和干燥的物 质,富含钾和磷,因此具有很多利用价值. (1)从表2中的数据可知,污泥热解后的残渣中的 有害物质的浸出量很少,符合德国一类填埋物标准.并 且该废渣的物理特性有利于填埋场的稳定,因此把污泥 的热解残渣填埋到生活垃圾填埋场是可行的. (2)根据污泥热解残渣的物理构造,其还可作为添 加剂用于沥青生产,可降低相应生产原料的消耗. (3)污泥热解残渣因有害物质含量少,可被用于 填充地下开挖点或堆积,因残渣富含无机物,也可在土 图1 污泥热解工艺流程图 ①粗糙部分;

②破........