市政污泥干化焚燒技術分析

文_劉玉坤 管志云 上海環境工程設計研究院有限公司

近年來城鎮化水平的加快，城鎮污水處理廠污泥量不斷加大。目前主要的處置途徑主要是外送至熱電廠和水泥窯等協同焚燒、堆肥、填埋等。但隨著我國環境保護標準的日益嚴格，對污泥協同焚燒的煙氣污染控制標準也必將越來越嚴格，并且污泥的處置受熱電廠和水泥窯廠的市場影響，存在不穩定因素，污泥的處置受到影響。為實現污泥處置高標準排放、連續穩定處置，需要尋求更為穩妥的處置方式，污泥單獨處理處置技術非常迫切。

1 污泥單獨干化焚燒

焚燒目前是污泥處置最徹底的方法，焚燒處理后的灰渣僅為原污泥體積的5%～10%，且灰渣性質穩定可以實現建材利用，但污泥直接焚燒含水量大，能耗非常嚴重，在焚燒前需要進行干化處置，降低其含水率提高入爐污泥的熱值。

污泥單獨干化焚燒處置工藝流程如圖1所示。

圖1 污泥單獨干化焚燒工藝流程

2 污泥干化技術

污泥干化的核心目的是降低其含水率，分為全干化和半干化。全干化指干化后的含固率75%以上；而半干化是含固率在65%～75%的類型。為確保污泥輸送的穩定性，干化產物必須跨越DS的45%～60%粘滯區，否則將影響污泥穩定可靠的輸送。

污泥干化是依靠熱量來完成的，熱量一般都是由能源燃燒產生的。利用形式有以下兩類：①直接加熱：將高溫煙氣直接引入干化器，通過高溫煙氣與濕物料的接觸、對流進行換熱。②間接加熱：將熱量通過熱交換器，傳給某種介質，這些介質可能是導熱油、蒸汽或者空氣。

干化工藝是一種綜合性、實驗性和經驗性很強的污泥處理技術，其核心在于干燥器本身。目前國內外應用最多的干化技術主要有包括以下幾種。

2.1 攪拌式滾筒干燥機

攪拌式滾筒干燥機利用650～700℃的焚燒爐排放煙氣與污泥直接接觸干燥。干燥機為臥式轉鼓型，滾筒內部設有攪拌軸、攪拌棒的攪拌裝置，高溫煙氣在圓筒內攪拌通過，出口煙氣溫度為200℃。被攪起的物料由攪拌裝置不斷的被粉碎和分散，在此過程中污泥與煙氣充分直接接觸，達到高效干化。

拌式滾筒干燥機具有以下優勢：①攪拌效果好、干化速度快。②利用煙氣直接干化，熱效率高。③使用高溫煙氣，故廢棄量少，煙氣和除塵裝置小。④干燥物的形狀和大小為普通顆粒狀（1～5mm，含水率20%），后續處理簡單，粉塵小。⑤對物料變化適應性好，操作簡單。⑥內部構造簡單、且旋轉較慢（攪拌軸轉速200r/min），故能較好地適用含沙量較高的污泥。⑦內部設有鏈條，隨著外殼的旋轉，敲打污泥，可以避免污泥粘殼。

2.2 渦輪薄層干燥機

渦輪薄層干燥機是一種連續工藝，具有夾套用于導熱油或蒸汽強制循環。工藝為間接加熱形式，可以采用各種來源的能源供熱，包括廢熱煙氣、廢熱蒸汽、燃煤、沼氣、天然氣、重油、柴油等，介質為耐高溫油品。熱媒在渦輪干化器的外套內循環，同時也通過熱交換器對工藝氣體進行加熱。污泥在旋轉的渦輪和循環氣體的共同作用下，在渦輪干化器的內壁表面形成薄層，該薄層以一定的速率從反應器進料一側移動到另一側，從而完成接觸、反應和干化。渦輪薄層干燥機如圖2所示。

圖2 渦輪薄層干燥機

2.3 兩段式組合型干燥

兩段式組合型工藝分別利用薄層干化機或其它機型與帶式干化機技術相結合。該工藝實現全干化，將薄層實現半干化的優勢和帶式干燥機全干化的優勢充分體現在一起。

第一階段，脫水污泥由螺桿泵連續地投入水平薄層蒸發器中。蒸發器的旋轉葉片將污泥涂成薄層緊貼在中空的殼體內壁。導熱油在中空殼體間循環流動，對附著在內壁的污泥加熱。污泥含固率提高到40%～55%，呈可塑狀態的污泥在出口處進入切碎機，該裝置使污泥形成直徑為6～10mm的面條狀長條，然后被均勻分布在緩慢移動的帶式干化機傳輸帶上。干化后的污泥顆粒在最后一段的傳送帶上，溫度已下降到 40～50℃。

一級處理階段多余的能量部分轉換成熱量，提供給二級處理階段。能量回收系統使每蒸發1m3水量的耗能量僅為650～800kWh。通過在第二處理階段進行適當調整，可產生不同干度的干污泥顆粒，干污泥干化度范圍為65% ～ 90%。根據污泥最終用途不同，污泥顆粒的尺寸也可在1～10mm的范圍內進行調整。兩段式組合型干燥機如圖3所示。

圖3 兩段式組合型干燥機

3 污泥焚燒爐

污泥焚燒爐按結構和工作方式分為回旋式焚燒爐、回轉窯爐、鼓泡式流化床焚燒爐，其中用于污泥處理的回旋式焚燒爐、回轉窯焚燒爐與鼓泡式流化床焚燒爐應用較為廣泛。

3.1 回旋式焚燒爐

回旋式焚燒爐是專為污泥焚燒設計的，可以專門高效焚燒經過干燥達到含固率80%左右的顆粒粒徑為 1～5mm 的干燥污泥?；匦椒贌隣t是一種攪拌吹風連續作業的單體爐，從爐體中回轉臂下部，按照篝火吹氣原理，焚燒爐上部設置“脫臭段”，將干化的煙氣和焚燒煙氣在此段進行焚燒，減輕后續煙氣處理工作量。噴出燃燒所需要的空氣，是物料邊攪拌邊燃燒的一種焚燒方式。爐體呈圓柱形，爐內有轉動設備?；匦椒贌隣t示意圖見圖4。

圖4 回旋式焚燒爐

回旋式焚燒爐具有以下優點：①物料和空氣接觸好，燃燒速度快。②熱效率高、渣塊較少。③竹筒吹火原理和良好攪拌促使燃燒完全，燃燒灰渣的熱余量小。④空氣量需求少，可實現煙氣處理和集塵裝置小型化。⑤燃燒后物質以焚燒爐渣為主，飛灰少。

3.2 回轉窯焚燒爐

回轉窯焚燒爐是用冷卻水管或耐火材料沿爐體排列，爐體水平放置并略為傾斜。通過爐身的不停運轉，使爐體內的污泥充分燃燒，同時向爐體傾斜的方向移動，直至燃盡并排出爐體。回轉窯焚燒爐是活動床式中應用最多的爐型，廣泛用于焚燒各種污泥、渣漿、油膏及廢渣釀粨等廢物，尤其適應于焚燒含水率較高的污泥和蠟狀物。

3.3 鼓泡式流化床焚燒爐

鼓泡式流化床焚燒爐燃燒溫度在850℃以上。燃燒后產生的高溫煙氣進入空氣預熱器，通過空氣預熱器對循環流化床焚燒爐的助燃空氣進行加熱，加熱后的空氣進入爐床。從空氣預熱器出來的煙氣進入余熱鍋爐，由余熱鍋爐產生的導熱油或蒸汽進入污泥干化機作為熱源對污泥進行干化。溫度降低的廢氣進入干式反應器、布袋除塵器、洗滌塔等進行尾氣處理。由余熱鍋爐和布袋除塵器收集的灰渣進入灰渣收集系統。

該系統包括：進料系統、燃燒器、鼓泡式流化床焚燒爐、助燃空氣、爐渣排出和床砂回流等。鼓泡式流化床焚燒爐是一個立式的鋼殼，內襯耐火絕熱層，如圖5所示。

圖5 鼓泡式流化床焚燒爐

4 案例分析

4.1 回旋式污泥單獨干化焚燒項目

目前污泥單獨干化焚燒項目在我國應用逐漸增多，以常州市英科環境項目為例，項目一期投資3.42億元，日處理規模400t（含水率80%），采用攪拌式滾筒干燥技術與回旋式焚燒爐技術，真正意義上實現了城鎮污水處理廠污泥無害化處理處置。回旋式污泥單獨干化焚燒項目工藝路線如圖6所示。

圖6 回旋式污泥單獨干化焚燒項目工藝流程

污泥首先通過攪拌式滾筒干燥機將含水率降至10%左右，熱源采用燃燒后的熱煙氣，干燥后的氣體進入焚燒爐上部進行二次燃燒，避免了臭氣的外排與處置。焚燒輔助燃料為天然氣，焚燒后的熱煙氣部分進入攪拌式滾筒干燥機，部分進入煙氣與空氣的換熱器，提高進入焚燒爐的空氣的溫度，實現熱量回收，該項目最大處理量可實現500t/d。

4.2 流化床單獨干化焚燒項目

上海市竹園污泥處理工程建設規模為干污泥：150t/d，設計處理能力為干污泥：7.3t/h，主要系統包括污泥接收和儲運系統、污泥干化系統、污泥焚燒系統、余熱利用系統、煙氣處理系統、公輔系統等。污泥干化系統選用槳葉式干化機，熱源為蒸汽，干燥機出口污泥含固率60%。設置2臺鼓泡流化床焚燒爐，焚燒煙氣經過高溫空氣換熱器后溫度為760℃左右，然后進入余熱鍋爐，余熱鍋爐出口的煙氣依次通過靜電除塵器、布袋除塵器、洗滌塔并經再熱器后達標排放。

5 結語

污泥協同焚燒處理工藝隨著環保要求提升，熱電廠運行不穩定等因素，會造成污泥處理處置保障性不足。污泥干化焚燒處理工藝可以最大程度地實現污泥減量化目的，同時排放指標滿足國家及地方的環保要求。