徐騰飛

上海電力設(shè)計(jì)院有限公司

傳統(tǒng)污泥處理方式以填埋、農(nóng)業(yè)使用為主，考慮到污泥中的重金屬對土壤造成污染使得污泥農(nóng)用存在一定的隱患和風(fēng)險(xiǎn)[1]。污泥焚燒是對污水處理廠中原廢水經(jīng)處理產(chǎn)生后的污泥進(jìn)行焚燒處理，通過減量，穩(wěn)定和無害化處理后作為資源加以綜合利用。在以往的工程案例中，針對污泥焚燒過程的通風(fēng)研究鮮有出現(xiàn)，本文以工藝流程為步驟通過分析污泥焚燒過程的各個(gè)處理階段，對各個(gè)區(qū)域的通風(fēng)方案進(jìn)行分析介紹，以便為今后的設(shè)計(jì)作為參考依據(jù)。

1 污泥焚燒車間工藝處理流程

污泥處理采用機(jī)械濃縮脫水+干化焚燒的工藝流程，污泥焚燒后灰渣外運(yùn)至填埋基地綜合填埋場填埋。污泥焚燒工藝流程中（見圖1），濕污泥經(jīng)過污泥脫水系統(tǒng)處理后進(jìn)入濕污泥接收倉，再經(jīng)干燥機(jī)內(nèi)通過的180 ℃的飽和蒸汽處理成為干化污泥，并從干燥機(jī)末端排出之后送入流化床焚燒爐焚燒。在以上處理過程中涉及到污泥濃縮脫水機(jī)房，污泥接收坑，干化區(qū)，焚燒區(qū)，空壓機(jī)房，污泥循環(huán)泵房，電氣設(shè)備間，值班室等大量附屬房間的協(xié)同工作。

圖1 污泥焚燒工藝流程簡圖

污泥焚燒過程中會散發(fā)大量的熱量，該部分熱以 對流和輻射的形式傳遞給整個(gè)車間，聚集在車間內(nèi)的熱量如不能及時(shí)的排出將會使車間溫度持續(xù)升高，嚴(yán)重影響其工作人員的身體健康和工藝環(huán)境要求。另一方面，由于污泥中含有大量的諸如硫化氫，硫醇和二甲基硫氣體以及芳香族化合物等有毒有害氣體，雖然工藝專業(yè)在污泥接收、干化車間等處做了除臭設(shè)計(jì)，但仍會有大量的有害氣體散發(fā)到空氣中,這些氣體會對人體呼吸，內(nèi)分泌及神經(jīng)系統(tǒng)都會造成不同程度的危害，芳香族化合物甚至?xí)a(chǎn)生致癌作用。因此，合理的通風(fēng)方式能對保證人員健康和焚燒工藝的安全運(yùn)行有著重要意義。

2 焚燒工藝涉及主要區(qū)域的通風(fēng)

2.1 污泥脫水及接受車間

污泥濃縮主要是去除污泥顆粒間的間隙水，濃縮后的污泥含水率95%～98%，污泥仍然可保持流體特性。污泥機(jī)械脫水主要是去除污泥顆粒間的毛細(xì)水，機(jī)械脫水后的污泥含水率65%～80%，呈泥餅狀。污泥濃縮脫水機(jī)房在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生大量的臭氣，該區(qū)域通常會設(shè)置除臭措施來對臭氣進(jìn)行收集，但是考慮到但考慮到運(yùn)行效率及管理水平等因素，仍會有大量的有害氣體散發(fā)到室內(nèi)空氣中,這些氣體會對人體呼吸，內(nèi)分泌及神經(jīng)系統(tǒng)都會造成不同程度的危害，該部分通風(fēng)設(shè)置結(jié)合除臭設(shè)計(jì)，車間區(qū)域的全面通風(fēng)換氣次數(shù)取宜取不小于12 次/h，采用下排風(fēng)方式[2-3]。

2.2 污泥焚燒車間

1）污泥干化區(qū)

污泥干化主要是去除污泥顆粒間的吸附水和內(nèi)部水，干化后的污泥呈顆粒狀或粉末狀，以機(jī)械熱力干化為主。污泥干化過程中使用了大量的干蒸汽，使得整個(gè)車間區(qū)域存在大量的余熱和臭氣，因此該區(qū)域的通風(fēng)量應(yīng)分別計(jì)算排除余熱、污染物的最小通風(fēng)量取大值，根據(jù)以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，排除污染物的最小通風(fēng)量常取換氣次數(shù)不小于12 次/h 設(shè)計(jì)。污泥干化間位于污泥焚燒車間內(nèi)，焚燒產(chǎn)生的熱量同干蒸汽的熱量使得室內(nèi)能夠形成穩(wěn)定的向上熱氣流，因此該部分僅做上部排風(fēng)，該區(qū)域的通風(fēng)設(shè)計(jì)可結(jié)合焚燒區(qū)整體的考慮。

2）污泥焚燒區(qū)

污泥焚燒是利用焚燒爐在有氧條件下高溫氧化污泥中的有機(jī)物，使污泥完全礦化為少量灰燼的處置方式。在污泥焚燒過程中通常采用天然氣作為燃料，因此需要考慮車間的防爆措施及事故通風(fēng)。污泥焚燒車間屬于丁類建筑，《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》 對大于 5000 m2的此類建筑物需設(shè)置排煙設(shè)施。

3 工程介紹

3.1 工程概況

本工程位于上海市，污泥處理規(guī)模為 128 tDs/d。整個(gè)項(xiàng)目占地53200 m2，建筑面積22168 m2，包括污泥池，污泥脫水及接收車間，污泥焚燒車間，污水泵房，雨水泵房，堿液罐區(qū)，冷卻塔，地磅房及門衛(wèi)，蒸汽鍋爐房，35 kV 總降壓站，35 kV 公共開關(guān)站，綜合樓，機(jī)修車間及倉庫等建筑物或構(gòu)筑物。

3.2 典型工藝房間的通風(fēng)設(shè)計(jì)參數(shù)

表1 為污泥焚燒主要工藝房間的通風(fēng)設(shè)計(jì)參數(shù)。

表1 污泥焚燒主要工藝房間的通風(fēng)設(shè)計(jì)參數(shù)

3.3 焚燒焚燒車間的通風(fēng)設(shè)計(jì)

污泥焚燒車間建筑面積 14950 m2（含干化、焚燒、煙氣處理等配套設(shè)施，其中焚燒區(qū)面積 4707 m2，鋼平臺面積 6000 m2另計(jì)），地上 1 層（局部夾層），平面尺寸124 m×90.4 m，高20 m。污泥焚燒車間防火類別屬于丁類。污泥焚燒車間內(nèi)工藝設(shè)備包括污泥干化系統(tǒng)、污泥焚燒系統(tǒng)、余熱利用系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)、飛灰輸送系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)等。

1）運(yùn)行工況

污泥焚燒區(qū)是整個(gè)焚燒車間的核心部分，焚燒區(qū)是典型的散熱型廠房，盡管污泥在焚燒中仍然會散發(fā)有毒有害氣體，但焚燒爐散發(fā)的大量余熱能夠形成穩(wěn)定的熱對流使得污染物隨熱空氣浮升至車間上部，因此，對焚燒區(qū)可僅做上部排風(fēng)處理，通風(fēng)量以工藝提供的發(fā)熱量為依據(jù)。污泥焚燒車間內(nèi)的發(fā)熱量包括焚燒爐、煙氣管道、余熱鍋爐、靜電除塵器、反應(yīng)器、干燥機(jī)等設(shè)備，本工程共四條焚燒干線，三用一備。具體數(shù)據(jù)詳見表2。

表2 焚燒車間內(nèi)部工藝設(shè)備散熱量統(tǒng)計(jì)表

由工藝專業(yè)提供的設(shè)備發(fā)熱量表格可知，污泥焚燒車間焚燒區(qū) 3 條焚燒干線總發(fā)熱量為Q=6037.92 MJ/h=1677.2 kW。

式中：Q為廠房發(fā)熱量，kW；c為空氣比熱容，kJ/kg℃，取1.01 kJ/kg℃；ρ為空氣密度，k g/m3，取 1.29 kg/m3；tn為室內(nèi)平均溫度，℃，本文工藝要求室內(nèi)溫度不超過 35 ℃；tw為室外平均溫度，℃，室外溫度取上海通風(fēng)計(jì)算溫度31.2 ℃。

從式（1）可求出去除余熱通風(fēng)量L1=121.95×104m3/h。

2）事故工況通風(fēng)

污泥焚燒車間內(nèi)的焚燒爐通過天然氣輔助污泥燃燒，其事故通風(fēng)量取12 次/h 的換氣通風(fēng)，則本工程的事故通風(fēng)量L2=12×4707×20=112.97×104m3/h。

3）排煙工況

對高大空間的排煙量設(shè)計(jì)采用熱釋放量來計(jì)算，根據(jù) 《建筑防排煙技術(shù)規(guī)程》 中的相關(guān)章節(jié)，該高大空間熱釋放速率取 8.0 MW，最小清晰高度取 4.0 m，燃料面到煙氣層底部的高度取 20.0 m，因此根據(jù)熱釋放速率公式可得出排煙量L3=43.15×104m3/h。該計(jì)算值大于規(guī)范中查表所得數(shù)據(jù)，確定為排煙量計(jì)算值。

4）不工作工況

在整個(gè)焚燒系統(tǒng)不運(yùn)行時(shí)，為了避免燃?xì)庑孤┍ＷC廠房的安全，整個(gè)區(qū)域要求按照3 次的換氣次數(shù)來設(shè)計(jì)不工作工況的通風(fēng)，在本工程中，L4=3×4707×20=28.24×104m3/h。

4 通風(fēng)設(shè)計(jì)需注意問題

1）設(shè)計(jì)中設(shè)備的選擇。同污水處理過程產(chǎn)生的廢氣類似，污泥處理過程產(chǎn)生的氣體也具有腐蝕性，因此在選擇通風(fēng)設(shè)備時(shí)應(yīng)考慮選擇耐腐蝕產(chǎn)品。

2）通風(fēng)與除臭的協(xié)同設(shè)計(jì)。通風(fēng)與除臭的目的都是為了改善區(qū)域內(nèi)的空氣品質(zhì)，二者的處理方式有所不同。通風(fēng)主要是為了把區(qū)域內(nèi)的氣體排至室外，同時(shí)室外安全區(qū)域的空氣流進(jìn)室內(nèi)。而除臭是通過對區(qū)域內(nèi)空氣進(jìn)行處理后排出，再把凈化后的空氣送至室內(nèi)。同通風(fēng)工程相比，除臭工藝涉及到氣體的處理凈化，它的運(yùn)行費(fèi)用遠(yuǎn)大于平時(shí)通風(fēng)，而在除臭的過程要求所處理區(qū)域密閉，因此通風(fēng)工程的設(shè)計(jì)與運(yùn)行需與除臭工程綜合考慮。

5 結(jié)論

本文主要對污泥焚燒處理過程中的涉及通風(fēng)的工藝流程進(jìn)行介紹，污泥焚燒車間的通風(fēng)工況主要包括正常通風(fēng)工況，事故通風(fēng)工況，排煙工況及不工作工況。在對應(yīng)工況下選擇合理的通風(fēng)模式對保證安全運(yùn)行及經(jīng)濟(jì)性有著重要意義。