城市污泥资源化利用生产陶粒节能降耗技术研 究

从城市污泥产生量分析，城市污泥的产生量通常占污水处理量的千分之3-5（以污泥含水率９６％计算），２０１８年城市污水处理量为１．８１４５亿方／天，污泥产量达到５４．４３５-９０．７２５万吨；从城市污泥的成分分析，城市污泥中大部分是水（主要以毛细水、吸附水、结合水的形式存在），此外含有大量有机物、 微生物及硅 、铁、铝、钙等无机物，存在有机物污染、病原微生物污染和重金属污染，这些有毒有害物质进入空气、水体与土壤中将对环境造成严重污染 。

目前大部分城市污泥采用直接填埋的方式处理 ，占用大量土地资源的同时，并没有彻底解决城市污泥带来的环境问题 。陶粒具有轻质、高强 、耐久 、防火、抗震和保温等一系列优点，应用广泛 。城市污泥资源化利用生产陶粒是城市污泥处理处置的理想出路 ，既解决城市污泥处置难题 ， 避免生态环境污染 ， 节 约处置费用 ， 变废为宝 ， 又使之具有良好的生态 、 经济和社会效益 ， 是城市可持续发展的必然要求和发展趋势 。

１ 生产工艺流程

以四川省某公司陶粒生产线为生产研究基地 ， Ｘｔ城市污泥资源化利用生产陶粒的节能降耗技术进行探索研究 。该陶粒生产线采用城市污泥为原料生产陶粒已连续运行１０年 ， 通过对节能降耗技术进行探索研究 ，对该生产线进行优化 ，达到节能 降耗的目的 。

以城市污泥 、其他原料为主 ， 添加少量外加剂 ， 通过研磨 、 搅拌、 造粒 、 预热、 焙烧、 冷却、 筛分 、 检测 和包装等工序 ， 生产环保型陶粒建材 ， 实现城市污泥的资源化利用 。工艺 流程图如图１． １ -１ 所示 。
      把市政污泥等原料转运 至厂 区 固 定位置 ， 对需要进行预处理 的原料进厂 预处理后 ， 由 装 载机送到各 自 的料仓 中 ， 料仓下设置箱式喂料机 ， 把需要破碎 的原料送 到 辊式破碎机进行破碎筛分 。可 以设置多个辊式破碎机 ， 使得原料 的粒度 变得更小 。在必要 的 情况下 ， 将 干污泥 、 外加 剂 等与 筛分后 的 其他原料 一起送入球磨 机进 行研磨 。然后 送入 双轴搅 拌机搅拌 均 勻 。经 对辊造 粒机造 粒 ， 产 出 的 陶粒生料料球检测 合格后 由 皮带输送机送入 回 转窑进行预热焙烧 ， 不合格 的 陶粒生料 料球进入球磨机研磨 或送入双轴搅拌机搅拌后 再次造 粒 。烧 制 出 的 陶粒成 品经 冷 却、 筛分分级 、 包装后 进入按 照粒径 大小各 自存放在成 品储存车 间 。冷却机热风 与焙烧 烟气一起进入干燥设备用 于含水率为 ８０％ 的污 泥 的 干燥 ， 充分利 用 冷却机热风 与 焙烧 烟 气 中 的余热 ， 即节 省 干燥 污 泥所 需 的燃料 ， 又起到 烟气 降温 的 作用 ， 节约 了 窑尾含尘高温烟气 降温 的设备 ， 使尾气 能够直接进入 尾气处理系统进行处理处置。

２ 节能降耗措施
２．１ 燃料的选择
      回转窑燃料常用 的有煤粉 、 天然气和生物质燃料三种 。三种原料优缺点对比如表 ２ ．１－ １ 所 示。 从安全性、 环保性、 可持续发展性考虑 ， 生物质燃料是最佳选择 务该陶粒生产线物质为燃料生产陶粒已连续运行近１０年 目前运行状况 良好 ， 燃料利用效率高。

２． ２变频技术的应用 
      变频技术是一种 把直流电逆变成不同频率的交流电的转换技术 。它可把交流电变成直流电后再逆变成不同频率的交流电或是把直流电变成交流电后再把交流电变成直流 电 。例如 以三相 电 源 为 动 力 源 的 电机 ， 变频技术 只改变 实际转速 ， 只 有频率 的变化 ， 没有 电 能 的 变化 。 
       城市污泥资源化利用生产 陶粒 的过程 中需要用 到 大量 的 电机 ， 电机 系 统必须具有 高 的起动扭 矩 和稳 定 的调 速性能 ， 变频器和交流 电机组成交流调速 系 统 ， 通过控制 变频器 、 变频交流 电机驱 动来完成 回 转 窑 的拖 动 任务 ， 实现 回 转窑 牵 引 变频控制 和 同 步控制 ， 可 以 将 回 转窑 高扭矩要求充 分满足 ， 在调 速运行过程 中 十分 稳 定 ， 节 能效果 非 常 明显 。在搅拌、 造 粒 、 筛分等工 艺 中也 运用变频技术 ， 实现 电机 的 稳定运行 ， 节能效果 明显 。

２．３烟 气余热 第一 次 利 用

通过对城市污 泥 进 行 热差 分 析 可 知，污 泥 中 含 有 大量 的有机物，污 泥 的 烧 失量较大 ；８３．５°Ｃ污 泥 中 的 水分吸热 蒸发 ， ４５１Ｃ污 泥 中 黏土 质矿 物 吸 热脱 水 ， ４ ９ １ °Ｃ污 泥 中 的 有机 物 燃 烧 放热 。

      陶粒烧制的回转窑分为高温煅烧段（８００-１２００°Ｃ） 和 低温 烘 干段 （ ３００-８００°Ｃ ） ， 低温烘干段利 用 高温煅烧段产生 的 烟气余热对 陶粒生料进行烘 干 与预热 。 低温烘干段从窑 头至窑尾 烟气 温度逐渐降低 ， 窑尾处 温度 约 为 ３ ０ ０°Ｃ ，Ｘ＃进入窑尾 的 陶粒生料进行快速烘干 。 随着 回 转窑 的转 动 ， 烘 干后 陶粒 生 料 中污 泥 的 有机 物 在 ４９１°Ｃ 条件下 自 燃 ， 放 出 热量 用于 补充 低温 烘 干段 的 温度 。

２．４ 烟 气余热 第二 次 利 用 污泥 干 燥技术 

      低温烘干段 烟气用于 陶粒生料烘 干预 热后 ， 烟 气温度 为 ３ ０ ０-３ ５ ０°Ｃ ， 直接 排入尾 气处 理 系 统 中 ， 将造成热量 的严重浪 费 。在 回 转窑 和尾气处理系 统之 间 增 加一套污泥 干燥 回 转 窑 ， 既 提高 烟气余热 的利 用效率 ， 又增 加污泥处理处置量 ， 降低运行成本 。
      国 内 已运行 的城市污水处理厂 污泥处理工艺 包括污 泥浓缩、 稳定、 脱水 和最终处置 ４个 主要 过程 。而各污水处理厂设备设施配备高低不 一 ， 城市污 泥含水率差异较大 。陶粒生料含水率太高 或太低都将导致难 以成 型 ， 陶粒造粒成型 需要严格控制原料含水率 。优化前该生产线所用城市污 泥含水率为 ８ ０％ 以上 ， 如果直接使用必 将导 致其他辅料 添加 比 例 增 加 ， 从 而 原 料成 本 增 加 。因 此， 对污 泥进行干燥处理势在必行 。通过对 国 内现有污 泥 干燥技术与设备 的考察 ， 充分结合现有 工艺及设备特点 ， 以节能降耗为 出发点、 降低污泥含水率为 目 标 。本着节能环保 的原则 ， 利用烟 气余热对污泥进行干燥处理 ， 干燥 后 的污 泥 含 水 率 降低至 ４０％ ， 既 能 满足 生 产要 求 ， 降 低其他 辅料添加量 ， 降低原料成本 ；又能增 加污 泥处理处置量 ， 实现污 泥处置量增 加 与 陶粒生产成本 降 低 的收益双赢 。

３ 污 泥处 置 量 的提 高 
      通常情况下，污 泥 （ 含水率 ８ ０％ ）与其他辅料 的 比例为１：１．２，其他辅料中的含水率忽略不计 ，则陶粒生料含水率为 ２ ５％ ， 符合陶粒生料进料要求 。如果污 泥含水率 降低至６０％ ， 陶粒生料含水率控制 在 ２ ５％ 左右 ， 污泥（含 水率６０％）与其他辅料的比例为１．４：１。对污 泥 （ 含水率 ８０％ ）进行干燥处理 ， 则含水率８０％与 含水率 ６０％ 污 泥量 的 比例为 ２ ：１ ， 即污泥总的处理处置量提高１.８倍。
      如果污 泥含水率 降低至 ４0％ ， 陶粒生料含水率控制 在 ２５％ 左右 ， 则污 泥 （ 含水 率 ４0％ ）与其他辅料 的 比例 为 ５：３ 。对污 泥 （ 含水率 ８０％ ） 进行干燥处理 ， 则含水率 ８ ０％ 与 含水率 ４ ０％ 污 泥量 的 比例为 ３ ：１ ， 即污泥 总 的处理处置量 提高 ４倍 。 
４ 结语
      综上 ，烟气余热利 用效率决定 了污泥 的 资源 化利用效率 ， 也是节 能 降耗、 提高企业效益 的关键所在 。城市污泥作 为城市污水处理产生 的 固废 ， 对其资源化利用 是城市污 泥处理处置可持续发展 的 必然要求和发展趋势 。降低城市污 泥 资源化利用过程 中 的 能源 消 耗 ， 实现城市污泥 高效资 源化利用 ， 对整个行业 的发展具有重要意义 。