市政污泥干化焚燒工藝設計與思考

周志強 張騰 王美蓉

（江蘇優聯環境發展有限公司，江蘇南通 226010）

1 引言

隨著我國經濟的發展，工業廢水、生活污水的排放量與日俱增，廢水處理過程中產生的污泥量不斷增加。污泥中含有大量的病原微生物、寄生蟲卵、重金屬及鹽類等成分，處理不當易造成嚴重的環境污染。同時，污泥中含有大量有機質、P、K 等元素，具有一定的利用價值。

結合國內的污泥特性和國外的工程案例，遵循“穩定化、減量化、資源化和無害化”的原則，我國已研究出成熟的污泥處置技術，主要包括污泥發酵后進行土地利用、厭氧消化制沼氣、污泥干化后土地利用、污泥干化焚燒、污泥協同焚燒等。其中，“污泥干化+焚燒”的處置工藝是減量化、無害化效果最好的處置方式之一，但其建設成本和運行成本相對較高［1］。目前已建成的污泥干化焚燒工程主要在經濟發達地區，如上海市石洞口片區污泥干化焚燒處理工程、上海市竹園污泥干化焚燒工程、上海市白龍港污泥干化焚燒處理工程、蘇州工業園區污泥干化焚燒工程。

2 工程概況

南方某污泥干化焚燒工程采用“干化+焚燒發電”的污泥處置工藝，主要用來處理當地市政污泥和印染企業的印染污泥，工程設計處理能力為100 tDS/d，經過半干化、焚燒處理后，污泥減量化達90%以上，剩余產物性能穩定，可用于制磚或其他建筑材料。工程于2017 年7 月開始建設，2019 年年底建成投產。

3 工程工藝設計及特點

3.1 總體工藝設計

污泥處置工程采用“污泥離心干化+循環流化床焚燒發電”的處置工藝，工藝流程見圖1。離心干化機將含水率為80%左右的污泥半干化至25%～30%，半干化的污泥成為循環流化床鍋爐的主要燃料，汽輪發電機組與余熱鍋爐配套使用，將污泥焚燒的熱能轉化為電能，為廠區設備供電。生產過程中產生的各污染物都在處理后達標排放。

圖1 系統工藝流程

3.2 干化系統

3.2.1 工藝流程

80%含水率的外來污泥儲存于濕污泥料倉中，經螺旋輸送機和螺桿泵輸送至離心干化機。離心干化機以1.0 MPa、180 ℃的飽和蒸汽為熱源，將污泥含水率由80%干化至25%～30%，半干化的污泥通過皮帶機和斗提機輸送至干污泥料倉儲存。干化廢氣經板式換熱器冷卻除濕后，輸送至鍋爐焚燒處理，干化廢水排放至廢水處理系統。

3.2.2 主要設計參數

干化系統主要設計參數見表1。

表1 干化系統主要設計參數

3.2.3 系統設計

濕污泥料倉為地下式設計，污泥運輸車可在地面直接傾倒。濕污泥的輸送方式設計為“螺旋輸送機+螺桿泵”的輸送組合，輸送穩定。

干化系統中離心干化機的加熱方式為多段式單獨進汽方式，根據污泥的干化特性，可調整污泥黏滯區的進汽量，降低污泥在黏滯區的停留時間，提高設備運行穩定性。

離心干化機的每段加熱夾層下都設置疏水裝置，蒸汽、冷凝水通過疏水裝置分離。干化機進泥管道為夾層式，濕污泥經蒸汽凝結水預熱后溫度提高10～15 ℃。蒸汽凝結水作為焚燒系統的補給水回收利用。

3.3 焚燒發電系統

3.3.1 工藝流程

焚燒發電系統采用“循環流化床鍋爐+余熱鍋爐+汽輪機+發電機”的工藝組合。循環流化床鍋爐以半干化污泥和生物質為燃料，焚燒熱量被余熱鍋爐利用，將104 ℃的除鹽水加熱成4.0 MPa、400 ℃的過熱蒸汽，再通過汽輪發電機組的作用，將熱能轉化成電能，為廠區設備供電。減溫、減壓后的過熱蒸汽成為飽和蒸汽，為干化系統提供熱源。焚燒產生的廢氣進入煙氣處理系統處理達標后排放，爐渣經冷渣機冷卻后，輸送至渣倉儲存，外運后用于建材，廢水排入廢水處理系統。

3.3.2 主要設計參數

焚燒系統主要設計參數見表2。

表2 焚燒系統主要設計參數

3.3.3 系統設計

污泥與生物質的成分與熱值見表3。

表3 污泥與生物質的成分與熱值

由表3 可知，擬處置的污泥中N，S 含量較高，燃燒中將產生大量的NOX，SO2，增加煙氣處理難度。選用污泥、生物質的干基低位發熱量為1 830～2 276 kcal/kg，遠低于標煤、天然氣等常規燃料。鑒于燃料特點，焚燒爐選用循環流化床鍋爐，該鍋爐燃燒效率高、污染物產生量少。

設計選用的循環流化床鍋爐是在鼓泡式流化床鍋爐技術的基礎上發展起來的爐型，具有熱效率高、燃料適應性強、煙氣中有害氣體排放濃度低等特點［2］。循環流化床鍋爐比鼓泡式流化床鍋爐產渣率更高，可減少煙氣中粉塵的含量，達到降低生產運行成本的目的。考慮到污泥和生物質的熱值，燃燒初期爐膛升溫困難，增設點火燃燒器助燃。

經鍋爐熱平衡計算，燃料干基低溫發熱量能滿足中溫中壓循環流化床鍋爐的自持燃燒，余熱鍋爐與1.1 MW 汽輪發電機組配套使用，合理利用過熱蒸汽的熱能，發電機供電基本滿足廠區工業設備使用。

3.4 煙氣處理系統

3.4.1 工藝流程

煙氣處理系統采用“爐內噴鈣脫硫+SNCR 脫硝+靜電除塵+活性炭噴射+布袋除塵+鈉堿法脫硫+消白”的工藝組合，鍋爐煙氣排放標準參照《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB 18485—2014）。飛灰經過水泥固化后填埋處置，脫硫廢水排入廢水處理系統。

3.4.2 系統設計

飛灰的處置成本是污泥干化焚燒系統成本的重要組成部分。設計中采用靜電除塵和布袋除塵兩級除塵方式，靜電除塵器能去除煙氣中超過98%的粉塵，這部分飛灰按照一般固體廢棄物進行處置；布袋除塵器與活性炭噴射裝置配套使用，活性炭常用于吸附煙氣中揮發性金屬、二英等污染物，布袋除塵器捕獲了前端噴射的活性炭，飛灰參照垃圾處理行業的飛灰處置規范，按照危險固體廢棄物進行處置。多段除塵的設計減少了布袋除塵飛灰的產量，降低了飛灰處理費用。

煙氣處理系統采用濕法去除SO2和HCl 等污染物，濕法脫硫處理效率高于半干法和干法脫硫，但廢水中離子濃度高，增加了廢水處理的難度。煙氣消白系統采用堿液噴淋降溫的方式，在消白的同時，能夠規避煙氣污染物濃度波動的風險，保證煙氣達標排放。

4 思考

4.1 污泥原料的影響

污泥性質是整個干化焚燒系統設計的核心。污泥含水率、有機質含量、污泥雜質等重要參數會隨生產要素、季節條件等波動，在設計階段將影響設計參數的確定和設備的選型。從設計工藝角度考慮，設計中需要考慮各種不利因素，確保系統連續穩定運行；從設計成本上考慮，各不利條件都將增加投資、運行成本。因而在設計階段，業主單位可與產污泥單位進行技術協商，規避一些不利因素，降低項目投資成本和生產成本。

4.2 汽輪發電機組的設計

汽輪發電機組是否配套設計，原料特點是主要的參考因素之一。本工程中，污泥和生物質有較高的熱值，核算燃燒熱平衡和經濟效益，將循環流化床鍋爐設計為中溫中壓鍋爐，配備汽輪發電機組的設計較合理。但從原料的來源考慮，設計燃料為市政污泥、印染污泥和生物質，原料組成多樣，來源會隨生產條件波動，將影響系統穩定性，進而影響焚燒發電系統的整體效率。

部分采用“干化+焚燒”工藝的污泥處置單位，如上海市竹園污泥干化焚燒工程、上海市白龍港污泥干化焚燒處理工程，其采用焚燒系統配套低溫低壓鍋爐，余熱鍋爐的蒸汽直接用于污泥干化［3-4］。針對來源穩定、熱值高的原料，本設計處理工藝將更合理。

4.3 爐渣與飛灰的處置

爐渣作為生活垃圾、污泥等一般固體廢棄物焚燒產生的副產物，主要用于制磚或制作其他建材，產渣單位的收益較低。不同于生活垃圾等燃料，污泥中含有豐富的Mg，P，K 等元素，可進行回收利用。有效回收污泥焚燒灰渣中的元素將是污泥資源化研究的重要方向。

煙氣處理中，布袋除塵器飛灰按規范要求為危險固體廢棄物，處理費遠高于一般固體廢棄物。當焚燒爐溫度低于870 ℃時，大多數的重金屬都處于未蒸發狀態，對其排放量的影響很小［5］。各地區的市政污泥、印染污泥由于水質和工藝的差異，金屬含量各不相同；各焚燒工藝的焚燒爐膛溫度、停留時間和湍流程度互不相同，因而污泥焚燒飛灰是否參照垃圾焚燒規范定性為危險廢棄物，需要環保部門制定更科學的判定方法。這將有利于降低污泥處置的生產成本，有利于污泥處置行業的規范化和可持續發展。

5 結語

污泥干化焚燒工藝設計受污泥性質、污泥來源、各地政策規范和設備性能成本等方面影響。隨著工藝設備的成熟和政策規范因地制宜地制定實施，污泥干化焚燒工藝在國內將有越來越多的應用。