污泥焚燒廠房中典型區(qū)域通風設計分析

徐騰飛

上海電力設計院有限公司

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險[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處理階段，對各個區(qū)域的通風方案進行分析介紹，以便為今后的設計作為參考依據(jù)。

1 污泥焚燒車間工藝處理流程

污泥處理采用機械濃縮脫水+干化焚燒的工藝流程，污泥焚燒后灰渣外運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)處理后進入濕污泥接收倉，再經(jīng)干燥機內(nèi)通過的180 ℃的飽和蒸汽處理成為干化污泥，并從干燥機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房，污泥接收坑，干化區(qū)，焚燒區(qū)，空壓機房，污泥循環(huán)泵房，電氣設備間，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車間，聚集在車間內(nèi)的熱量如不能及時的排出將會使車間溫度持續(xù)升高，嚴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計，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，芳香族化合物甚至會產(chǎn)生致癌作用。因此，合理的通風方式能對保證人員健康和焚燒工藝的安全運行有著重要意義。

2 焚燒工藝涉及主要區(qū)域的通風

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。污泥機械脫水主要是去除污泥顆粒間的毛細水，機械脫水后的污泥含水率65%～80%，呈泥餅狀。污泥濃縮脫水機房在運行過程中會產(chǎn)生大量的臭氣，該區(qū)域通常會設置除臭措施來對臭氣進行收集，但是考慮到但考慮到運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，該部分通風設置結(jié)合除臭設計，車間區(qū)域的全面通風換氣次數(shù)取宜取不小于12 次/h，采用下排風方式[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，使得整個車間區(qū)域存在大量的余熱和臭氣，因此該區(qū)域的通風量應分別計算排除余熱、污染物的最小通風量取大值，根據(jù)以往項目經(jīng)驗，排除污染物的最小通風量常取換氣次數(shù)不小于12 次/h 設計。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，該區(qū)域的通風設計可結(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。污泥焚燒車間屬于丁類建筑，《建筑設計防火規(guī)范》 對大于 5000 m2的此類建筑物需設置排煙設施。

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。整個項目占地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設計參數(shù)

表1 為污泥焚燒主要工藝房間的通風設計參數(shù)。

表1 污泥焚燒主要工藝房間的通風設計參數(shù)

3.3 焚燒焚燒車間的通風設計

污泥焚燒車間建筑面積 14950 m2（含干化、焚燒、煙氣處理等配套設施，其中焚燒區(qū)面積 4707 m2，鋼平臺面積 6000 m2另計），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）運行工況

污泥焚燒區(qū)是整個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)可僅做上部排風處理，通風量以工藝提供的發(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、反應器、干燥機等設備，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)部工藝設備散熱量統(tǒng)計表

由工藝專業(yè)提供的設備發(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計算溫度31.2 ℃。

從式（1）可求出去除余熱通風量L1=121.95×104m3/h。

2）事故工況通風

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

3）排煙工況

對高大空間的排煙量設計采用熱釋放量來計算，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。該計算值大于規(guī)范中查表所得數(shù)據(jù)，確定為排煙量計算值。

4）不工作工況

在整個焚燒系統(tǒng)不運行時，為了避免燃氣泄漏保證廠房的安全，整個區(qū)域要求按照3 次的換氣次數(shù)來設計不工作工況的通風，在本工程中，L4=3×4707×20=28.24×104m3/h。

4 通風設計需注意問題

1）設計中設備的選擇。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，因此在選擇通風設備時應考慮選擇耐腐蝕產(chǎn)品。

2）通風與除臭的協(xié)同設計。通風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。通風主要是為了把區(qū)域內(nèi)的氣體排至室外，同時室外安全區(qū)域的空氣流進室內(nèi)。而除臭是通過對區(qū)域內(nèi)空氣進行處理后排出，再把凈化后的空氣送至室內(nèi)。同通風工程相比，除臭工藝涉及到氣體的處理凈化，它的運行費用遠大于平時通風，而在除臭的過程要求所處理區(qū)域密閉，因此通風工程的設計與運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的工藝流程進行介紹，污泥焚燒車間的通風工況主要包括正常通風工況，事故通風工況，排煙工況及不工作工況。在對應工況下選擇合理的通風模式對保證安全運行及經(jīng)濟性有著重要意義。