污泥干化焚燒處理工藝分析
——以上海白龍港污泥處理工程為例

貝舒瑜

（安德里茨（中國）有限公司，廣東 佛山 528421）

隨著我國經濟的發展、人民生活水平的提高、環保意識和政策的加強，我國城鎮污水排放量日益增加。與此同時，污水處理廠污泥產量也快速增加。據測，2020 年，全國污泥產量達到6000 萬噸。根據國家發改委、住建部印發的《“十三五”全國城鎮污水處理及再生利用設施建設規劃》，需重視污泥無害化處理，規劃要求到2020 年地級市及以上城市污泥無害化處理處置率應達到90%。城市污水污泥（以下簡稱污泥）是城市污水處理廠凈化污水過程中的必然產物。污泥中含有大量病原菌、寄生蟲，銅，鉛、鋅、鉻、汞等重金屬，鹽類以及二噁英、多氯聯苯（PCBs）、多環芳烴（PAHs）、放射性核素等難降解的有毒有害物質，如果處理不當，容易造成二次污染。

1 污泥處理方式

污泥處理的通常方式有堆肥、自然干化，填埋和焚燒等。目前主要以填埋方式處理污泥。這種處理方式，容易造成二次污染，容易對生態環境造成大的危害。依據污泥處置的“減量化、穩定化、無害化和資源化”的原則，焚燒處置是污泥處理的最佳方式。因為污泥經過焚燒處理，能夠完全碳化污泥中的有機物，對污泥中病原菌等有害微生物進行無害化處理；同時，污泥焚燒后的剩余灰渣體積大大縮小，實現污泥最大程度的減量化。

污泥焚燒處理主要有單獨焚燒和摻雜焚燒兩種處理方式，從報道的相關文獻研究結果和實際運行的經驗，電廠污泥摻燒處置方案存在各種弊端，且不能穩定保證污泥的全量處置，污泥的含水率和摻混率會對鍋爐的安全可靠運行造成一定的影響，容易造成爐膛結焦、腐蝕，也不利于電廠粉煤灰的利用和煙氣處理的穩定達標；同樣，利用水泥窯協同處置污泥作為跨行業的協同處置方式，存在諸多的前提條件，有較大風險。而污泥單獨焚燒則可以克服以上弊端，通過前期選擇適合的焚燒爐結構、污泥干化工藝和煙氣凈化處理工藝，可以實現污泥的無害化、減量化和穩定化處理。

本文以上海白龍港污水處理廠污泥焚燒工程為例，項目采用新型鼓泡床對污泥進行焚燒。此污泥焚燒工藝可以作為今后我國污泥處理的參考技術路線。

2 規模分析

項目位于上海市白龍港污水處理廠內，服務對象為白龍港污水處理廠提標到一級A 后280 萬m3/d 污水處理產生的污泥，和虹橋污水處理廠投產后的20 萬m3/d 污水處理產生的污泥。工程設計項目規模：其中干化設計規模為486tDS/d,折合含水率80%的污泥量為2430t/d，焚燒和煙氣處理設施設計規模為451tDS/d。焚燒系統的污泥分成三部分，包括白龍港新建干化系統產生的污泥，額定污泥量為378tDS/d,白龍港污泥一期干化系統產生的污泥，額定處理量為35tDS/d,含水率為30%左右。虹橋污水處理廠產生的污泥，額定處理量為38tDS/d,含水率在40%以下。

本項目建成后，白龍港污水處理廠將成為全球最大的污泥處置中心，也是具體貫徹落實《上海市污水處理系統及污泥處置處置規劃（2015-2040）》指導意見中對污泥處理的要求。

3 污泥焚燒工藝分析

本新建項目工程采用引進奧地利某公司的鼓泡床鍋爐技術，通過配套的熱干化工藝，實現污泥焚燒過程的自燃型。由于焚燒爐的獨特設計，能夠實現分級燃燒、低溫燃燒，在有效處理污泥的同時，減少氮氧化物的產生，是值得推廣的環保高效處理污泥的一種技術。

3.1 主體工藝

白龍港污泥處理二期工程，主體工藝采用污泥熱干化+焚燒路線。項目配置9 臺干化機，單臺干化水蒸發能力為9600kg/h。6 臺鼓泡床焚燒鍋爐，單臺焚燒每臺鍋爐污泥處理能力100tDS/d。

焚燒系統焚燒的污泥來自三部分，分別是：（1）白龍港新建干化系統產生的污泥，額定污泥量為378tDS/d，含水率＜10%；（2）白龍港污泥一期干化系統產生的污泥，額定處理量為35tDS/d,含水率為30%左右；（3）虹橋污水處理廠產生的污泥，額定處理量為38tDS/d,含水率在40%以下。

工藝流程為干化和焚燒兩個核心部分。污泥干化是焚燒的前置工藝，主要是為焚燒服務。通過自動控制干化后污泥的和濕污泥的混合量，使焚燒率維持自然狀態。

干化工藝：污水處理后產生的含水污泥經過機械脫水處理成含水率為80%左右污泥，進入干化車間干化處理。經過干化后的污泥含水率小于10%。干化后的污泥通過螺旋輸送機輸送至干污泥料倉儲存。

焚燒工藝：采用鼓泡流化床鍋爐焚燒。正常燃燒狀態，爐膛內的床砂處于懸浮狀態，床砂蓄熱量大，投入的燃料與床砂接觸，能快速地脫水、燃燒。送入鍋爐的污泥有三種，分別為干化污泥（含水率小于10%）、濕污泥（含水率80%）和虹橋處理廠運來的污泥（含水率小于40%）。通過調節干污泥及濕污泥投料的混合比，能最大程度地維持燃燒處于自然狀態。

干化機和焚燒爐的運行要求趨勢是相反的，當需要較多的干化線投入運行時，會要求較少的焚燒線投入運行。反之亦然。

在正常燃燒狀態時，燃燒的高溫煙氣經過過熱器后，進入兩級空氣預熱器預熱流化風和二次風。再經過省煤器預熱鍋爐給水。然后，煙氣經過尾氣處理系統進行處理達標后排放到大氣中。過熱器產生的高溫蒸汽，直接送入干化機干化污泥。當焚燒爐產生的高溫蒸汽不足時，可以由焚燒爐中通入天然氣燃燒產生高溫蒸汽，也可以由輔助蒸汽鍋爐補充?？紤]到成本原因，首先由輔助鍋爐補充，特殊情況下才采用焚燒爐燃燒天然氣補充。干化焚燒工藝流程如圖1。

圖1 污泥干化焚燒工藝簡易流程圖

3.2 焚燒系統

污泥焚燒過程可分為污泥焚燒，煙氣循環、余熱回收、爐床填料砂補充及循環，灰渣收集、打包外運等子系統。

白龍港污泥處理項目有6 臺焚燒爐，其中2 臺焚燒爐組成一個系統，共用一套汽水裝置，砂系統和灰渣收集、外送系統。

經過干化的污泥（含水率＜10%）通過螺旋輸送器輸送至17.3m3容積的緩沖罐中，通過喂料器，連續、定量地供給鼓泡床鍋爐。機械脫水后的濕污泥（含水率80%）儲存在儲泥池中，通過泵經過管道輸送至100m3容器的濕污泥料倉中，再通過螺旋泵連續、定量地輸入供給焚燒鍋爐。通過控制干污泥和濕污泥的混合比，可以有效地維持自持燃燒。此外，當虹橋污水處理廠初步處理的污泥運至白龍港項目的外來污泥接收倉后，也可以通過螺桿泵，連續、定量地供給焚燒爐。

白龍港項目采用的是奧地利某公司的鼓泡流化床鍋爐（BFB）。所謂鼓泡流化床鍋爐，是指鍋爐在正常運行狀態，從爐底布風管吹進的一次風使砂床處于懸浮的沸騰流化狀態。鼓泡床鍋爐的床砂顆粒平均尺寸大小為250μm 的石英砂，石英砂用作床料不僅作為機械載體介質，而且最重要的是作為傳熱和蓄熱介質：熱砂子將熱量傳遞給冷燃料，使其干燥并加熱到著火溫度。反過來，燃料燃燒釋放的熱能被床料吸收并輸送到較高的爐膛部位。由于混合效應強，床層蓄熱能力大，燃料份額相對較低，通過控制一次風流量，使床溫控制在700～800℃的低床溫，再通過調節再循環風在一次風中的風量，從而實現“低溫燃燒”。因此,可以實現低NOx排放，減少爐床燒結結垢風險。

該鍋爐由于采用獨特的開放式爐床結構，污泥中不可燃物（如金屬、石塊）、大塊顆粒以及焚燒后的灰渣在重力作用下落入爐底，由爐底定期清理。此種設計，減少了由于需要清理大塊爐渣的停爐時間。此外，鼓泡床鍋爐可以根據負荷在50%～100%調節,大大地提高了系統的穩定性，提高了設備的使用率。

此鼓泡床鍋爐通過整體設計，通過膜式水冷壁封閉后形成爐膛。由于爐膛是鍋爐蒸發器的一部分，因此，所有高溫通道內的水冷壁都保持在相同的溫度（飽和蒸汽溫度），避免單獨爐膛和順流式余熱鍋爐在關鍵的過渡區存在固有的設計問題（高溫膨脹）。對比其余采用單獨外部爐膛的焚燒系統，此設計由于耐火內襯更薄，可以實現更快的開機和停機。此外，由于整體設計能夠使鍋爐的建筑面積更少。流化床模塊（床區、自由區、布風室）和鍋爐整合在一個單元內，能夠節省土地資源。

燃燒產生的高溫煙氣首先經過過熱器加熱蒸汽（過熱蒸汽用于干化設備），再經過兩級空預器預熱一次風和二次風，之后煙氣進入省煤器加熱鍋爐水。最后，廢煙進入煙氣處理系統。

3.3 余熱回收系統

鼓泡床鍋爐廢氣出口溫度850℃左右，含有大量的熱能。為了能更好地利用廢氣熱能，減少燃損，本工程通過在煙氣尾部添加2 級空氣余熱器和省煤器2 套余熱回收系統。

3.4 煙氣處理系統

本工藝采用靜電除塵+吸附反應器+布袋除塵器+煙氣洗滌裝置+活性炭吸附裝置。通過靜電除塵設備，可以高效地去除煙氣中98%的粉塵。在煙氣進入布袋除塵器之前，在煙道中噴入氫氧化鈣和活性炭，與煙氣中的有害成分進行反應。通過反應，可以去除煙氣中的酸性氣體，如SO2、HCL 和HF。煙氣中的重金屬如汞、二噁英可以通過活性炭吸收去除。

布袋除塵器可以精細凈化煙氣。多級煙氣洗滌裝置可以確保極地的污染排放。濕法處理工藝是最有效的處理方式。此外，由于煙氣洗滌裝置的高緩沖容量，從而可以為上游處理過程波動的情況下提供額外的安全功能。濕式洗滌塔主要用于中和煙氣中的酸性物質。進入洗滌塔的煙氣中的酸性氣體與循環泵噴淋的NAOH 溶液進行中和反應，經過脫酸后的煙氣，通過設置于洗滌塔上的煙氣冷卻裝置，降低煙氣溫度，再經過洗滌塔頂部除霧器去除液體后，從洗滌塔頂部排除。排除的煙氣經過換熱器，重新加熱至130℃。最后的活性炭吸附裝置是為了去除重金屬，如汞、汞化物或多氯代二噁英、呋喃或者其他煙氣氣體中氯芳烴。

煙氣經過以上煙氣處理裝置，處理后的煙氣排放濃度遠低于國家排放標準。

4 結語

通過鼓泡床鍋爐焚燒技術，可以高效節能地處理城市污水處理廠產生的污泥，能夠解決污水廠長期且日益增長的污泥處理問題。通過對市政污泥減量化、穩定化和無害化處理，改善城市投資、旅游、居住環境，保證了上海市的可持續發展，對發展經濟具有積極作用，為今后我國污泥處理提供了一種借鑒工藝。