病死動物回轉窯焚燒處理工藝設計與應用

曹偉華

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海 200092）

1 工程背景概述

病死動物無害化處理是有效防控動物疫病、確保動物產品質量安全的重要環節。各地開展動物無害化處理工程建設，將有效緩解病死動物無害化處理能力不足的現狀，提高動物疫病防控整體水平，保障畜牧業生產穩定發展，保障人民身心健康和生命安全，提高環境衛生水平和人民生活質量，改善區域生態環境，促進社會穩定和可持續發展［1］。

動物無害化處置主要有焚燒、化制、掩埋、發酵、化學處理等幾種方法［2］。高溫焚燒優點是減容量顯著，適應性最廣，可以徹底消滅所有有害病原微生物，是徹底安全的處理方式，但其成本相對較高，國內應用還不普遍，目前上海率先進行了焚燒處理的探索［3］，在異味控制、煙氣排放工藝技術等方面，積累了一定的經驗［4-5］，也面臨穩定進料、臭氣控制等難點。

上海崇明動物無害化處理廠項目占地2 hm2，場地呈矩形，總圖布置上充分滿足生產工藝流程和運行管理方便的要求，按照功能劃分為3個區域，分別為管理區、生產區、防疫隔離區。管理區主要包括門衛、綜合樓等；生產區主要為綜合處理車間，在其周邊配套了污水處理站、變配電站等輔助設施；管理區與生產區之間設置防疫隔離區，防疫隔離區主要通過綠化帶及圍墻隔離，確保防疫安全。

結合上海本地已有的動物無害化處理運行經驗，該項目仍采用焚燒工藝，將重點遵循工藝穩定、環保達標、衛生安全的原則進行設計，力求在病死動物焚燒處理工程工藝設計、環保、衛生等方面，探討回轉窯焚燒在病死動物處理中的應用，為類似工程的實施提供借鑒。

2 工程設計流程及參數

2.1 建設規模與物料特性

本工程每日24 h運行，最大處理能力為833 kg/h，處理量20 t/d。主要處理對象為上海崇明區各類病害動物及動物產品。病死動物主要由蛋白質、脂肪、水和無機鹽等組成，由于畜禽類型不同，其成分組成會有一定的變化，所占比例大致為：蛋白質約占10%，脂肪約占20%，體液和無機鹽約占70%，平均低位熱值為6 278～8 372 kJ/kg。

根據地區畜禽養殖分布情況，病死生豬占處理對象的80%以上。對上海市死亡生豬進行檢測，其低位熱值為7 995 kJ/kg，物料組分平均值見表1。輔助燃料采用0號柴油。

表1 物料組分Table1 Material composition

2.2 工藝總體流程

動物無害化處理中心規劃重點突出防疫、環保、耐用。從這個角度出發，進場病死動物進入卸料區后，全部在全封閉負壓環境中操作運行。

動物無害化處理站主要由收集儲存系統、破碎輸送系統、焚燒系統、余熱利用系統、煙氣凈化系統等組成。主要工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程Figure 1 Process flow

病死動物經專用收集車輛收集后送至廠內，經計量和車輛清洗消毒通道后，送至綜合處理車間的卸料間。不能及時處理的卸料至周轉箱后運入冷庫暫存，能及時處理的卸料至半地下設置的儲罐存放，儲罐中的物料通過底部設置的螺旋輸送機，輸送至切割機進行破碎處理，切割后的物料由輸送泵送入回轉窯焚燒爐。

經切割后的動物尸體，在回轉窯及二燃室充分燃燒。物料燃燼后產生的爐渣由專用出渣裝置排出。二燃室出口煙氣依次進入余熱鍋爐和急冷塔降溫，余熱鍋爐利用焚燒產生的熱量生產蒸汽。由于原料成分中硫、氯等酸性成分相對較低，為盡可能地減少廢水處理量，煙氣凈化采用干法脫酸加兩級除塵工藝。鍋爐出口煙氣進入急冷塔急冷，然后進入干式脫酸塔，噴入石灰和活性炭脫除酸性氣體和重金屬類物質，經旋風除塵器去除大部分顆粒物后，進入布袋除塵器進一步降低煙氣中粉塵濃度，最后經引風機，從煙囪達標排放。

經物料平衡計算，按照處理規模833 kg/h、熱值7 995 kJ/kg計算，回轉窯需助燃空氣2 571.3 m3/h，二燃室需助燃空氣1 714.2 m3/h，進入煙囪煙氣量7 228.1 m3/h。焚燒線爐渣產生量28.88 kg/h，飛灰產生量14.86 kg/h。余熱鍋爐可產生1.03 t/h的飽和蒸汽。

2.3 主要系統參數

2.3.1 收集、儲存系統

1）卸料與儲存系統。綜合處理車間一樓設置專門的卸料間，能及時處理的病死禽畜及動物產品直接卸入半地下式儲罐，儲罐容量為40m3；不能及時處理的，卸料至周轉箱，由叉車運入冷庫暫存，處理時通過叉車轉運倒入儲罐。空周轉箱清洗消毒后循環使用。

2）冷庫系統。病死動物產生隨著季節、氣溫的不同而波動，尤其極冷極熱天氣動物尸體產生量較大。同時考慮到突發動物疫情大量畜禽集中處置的應急能力，并確保焚燒系統穩定，需設置冷庫。本項目冷庫考慮至少3 d的儲存量，面積約234m2。

3）清洗消毒系統。對卸料區及卸空后的周轉箱采用高壓水槍進行清洗，再經消毒后送入存放間待用。

2.3.2 破碎輸送系統

本系統為動物性物料密閉投料系統的輸送部分，系統包括破碎機、預推進螺旋、輸送泵、密閉管道系統等設備，實現動物性物料經破碎后定時定量輸送。

1）破碎機。利用破碎機來縮減動物尸體以及屠宰場的各種內臟及骨料的大小。破碎后，動物性物料成為約50mm大小的肉塊，并含有大量骨質顆粒、黏度較高的液體（血水等）。

2）預推進螺旋。該設備用于破碎后物料輸送至輸送泵，能夠推進含大量黏稠液體的動物組織，包括堅硬的動物骨頭，確保物料輸入輸送泵的穩定性，螺旋輸送量625～1 000 kg/h，功率4 kW。

3）輸送泵及管道。該部分是自動進料系統的核心，采用不銹鋼輸送泵，配置直徑250mm不銹鋼管道，管道具有電伴熱裝置和壓縮空氣清潔裝置，同時配備自動控制系統，實現動物性物料在恒溫條件下定時定量輸送，輸送量625～1 000 kg/h，滿足焚燒系統進料需求。

4）應急進料系統。應急進料系統由應急料倉、應急進料口和裝載機構等組成，一般情況應急進料系統不工作，當自動進料系統出現故障時，可使用應急進料系統進行臨時上料。

2.3.3 焚燒處理系統

焚燒系統主要包含回轉窯、二燃室。回轉窯適應熱值范圍較大，病死動物的熱值約7 995 kJ/kg，在其適應范圍內，是比較合適的焚燒爐。物料在回轉窯內充分氧化、熱解、燃燒，燃燒后產生的煙氣進入二燃室再次燃燒。回轉窯和二燃室各設置1臺燃燒器，采用0號柴油作為輔助燃料，具備二段調節功能，燃油量50～150 kg/h。二燃室配置二次供風裝置，使未完全燃燒的可燃性氣體得以充分燃燒，并保證二燃室溫度達到850℃以上，燃燒所產生的煙氣從二次供風出口到鍋爐換熱面停留時間應大于2 s。物料燃燼后產生的爐渣由專用出渣裝置排出。本項目設計回轉窯內徑2 000 mm，長度10 000mm，斜度1.5%，設計轉速0.1 ～1.0 轉/min；二燃室本體高度10 000mm，本體直徑2 400mm。

2.3.4 余熱利用系統

余熱利用系統主要包括余熱鍋爐、余熱鍋爐水循環單元和余熱鍋爐輔助設備，考慮余量，配置余熱鍋爐額定蒸發量2 t/h、1.25 MPa飽和蒸汽。

2.3.5 煙氣凈化系統

項目執行GB 18485—2014生活垃圾焚燒污染控制標準、DB 31/768—2013生活垃圾焚燒大氣污染物排放標準的要求，為確保煙氣達標排放，二燃室出口處設置SNCR脫硝裝置，焚燒煙氣凈化工藝采用“煙氣急冷+干法脫酸（含活性炭吸附）+旋風除塵+布袋除塵”的組合工藝。急冷塔煙氣入口溫度550℃，煙氣出口溫度小于200℃，急冷塔尺寸直徑2 800mm，高10 000mm，雙流體噴嘴1個，可形成30～70μm的霧粒，水壓0.6 MPa，氣壓0.6 MPa，設置4m3/h的水泵；干式脫酸塔煙氣入口溫度200℃，脫酸塔立式，順流添加消石灰、活性炭；旋風除塵器煙氣入口溫度180℃，設備阻力小于1 000 Pa；布袋除塵器過濾面積200m2，阻力小于1 500Pa；引風機風量14 000 m3/h，全壓5 500 Pa；煙囪出口直徑800mm，高35 000mm。

2.3.6 安全設施

車間進行可靠的安全設計，配置消防水池和消防系統，在卸料區等位置設置安全洗眼器。出入口設置明顯安全標志，回轉窯周邊設置安全圍欄等。

2.4 除臭系統設計

根據項目特點，綜合處理車間負責動物尸體的卸料、暫存、破碎和焚燒，是臭味的主要來源。焚燒系統自進料開始均處于密封、負壓狀態，二燃室內動物尸體高溫焚燒，焚燒過程已將惡臭污染物分解，出渣無惡臭氣味。因此動物尸體的卸料、暫存、破碎作業的卸料大廳、破碎間、冷庫和應急工況的人工備用加料作業區域是本項目除臭處理的重點區域。

1）設備密封、土建隔斷、氣流阻隔。單獨設置卸料大廳和破碎間，卸料倉帶密封蓋板，對臭氣濃度較高的破碎間區域作相應隔斷，以減少破碎作業時臭氣溢出。卸料大廳外門口設向下吹風風幕機，以減少動物尸體轉運車進出卸料大廳產生的氣流擾動。

2）風管收集和末端處置。本項目設有2組臭氣收集處理系統：①收集綜合車間內卸料區、儲罐、破碎機平臺區、物料輸送設備區、周轉箱清洗區等產生的臭氣，其特點是大風量、中低濃度，臭氣污染物質成分較為復雜，采用單一的除臭措施不能達到較好的除臭效果。洗滌法，具有抗負荷沖擊能力強、運行啟停靈活等優點。活性炭吸附法除臭對低濃度臭氣處理效果好，結合經濟運行，常用于環境空氣品質控制要求高、串聯于其他除臭工藝之后的工序。離子氧法，除能分解有機惡臭外，還具有一定的抑制細菌作用。因此采用“植物液洗滌法+活性炭吸附法+離子氧法”的組合除臭工藝，可以確保整體除臭效果。處理規模80 000m3/h，經直徑1.2 m、高15m排氣筒排放。②主要收集污水站產生的臭氣，收集范圍包括格柵井、調節池、氣浮池、MBR系統、污泥池、污泥脫水間、污泥儲存間等，其臭氣量少，濃度低，采用離子氧法除臭處理，處理規模2 000m3/h，合并至綜合車間除臭排氣筒排放。

2.5 清洗消毒系統

清洗消毒系統是衛生設計的重點，包含車輛清洗消毒和人員更衣消毒兩部分。

設置兩個出入口，分別為管理區的人員出入口和生產區的物流出入口，有效減少人流和物流之間的干擾。物流通道上設置車輛清洗系統和車輛消毒系統，清洗系統主要用清水，消毒系統采用霧化噴頭，消毒劑為0.5%～1%的聚維酮碘溶液。

在管理區和生產區之間的防疫隔離區設置了更衣消毒間，來往兩個功能區的人員必須經過更衣消毒間，確保廠區衛生安全。更衣消毒系統采用兩級更衣消毒，即一級為更換工作服和工作鞋，二級為穿上防疫服，通過地面消毒池和頂部噴霧消毒的消毒通道。消毒劑為0.5%～1%的聚維酮碘溶液。

3 測試指標與分析方法

本項目正常運行情況下產生的有組織廢氣主要為焚燒工藝煙氣和項目除臭設施臭氣。

廢氣在線監測根據HJ/T 75—2007固定污染源煙氣排放連續監測技術規范（試行）的要求，焚燒工藝煙氣CEMS安裝在煙囪取樣平臺上，指標主要是煙氣量、煙氣溫度、氧含量、HCl、SO2等。除臭設施臭氣采用取樣監測方式，監測采樣方法參照GB/T 16157—1996固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態污染物采樣方法。

4 運行效果分析

在調試運行期間二燃室溫度穩定達到850℃以上，連續穩定運行超過半個月。由于原始物料中硫、氯等污染成分較低，煙囪排放的HCl為3.2 mg/m3，SO2為18.3 mg/m3，明顯低于GB 18485—2014及DB 31/768—2013的要求。綜合處理車間產生的臭氣經收集處理后達到GB 14554—1993惡臭污染物排放標準中二級標準排放，廠區無臭感。初期雨水、生產廢水及生活污水經三級處理（含消毒）達到回用水標準后，回用于生產環節和沖洗，不外排環境。項目產生的爐渣屬于一般固廢，飛灰經鑒定不屬于危險廢物，進入崇明飛灰填埋場填埋處置。

總體而言，項目調試試運行后各項參數滿足設計要求和環保排放標準，并通過環保驗收，生態環境效益明顯。

5 成本經濟分析

項目總投資7 551萬元，其中工程費用5 513萬元，按20 t/d，折算工程費投資約27.6 萬元/t。項目年運行成本613萬元，主要來自動力費、人工費、修理費及殘渣處理費等。按6 000 t/a，運行成本約1 021元/t。從投資和運行成本來看，相比化制法等處理工藝，焚燒處理工藝的投資和運行成本均略高。但考慮到焚燒處理滅殺病菌最徹底，總體安全風險可控，在處理量達20 t/d的經濟發達地區是具有可接受度的。

6 總結與展望

在各種處理工藝中，作為殺滅病菌最徹底的方式，回轉窯焚燒處理工藝能確保病死動物無害化處置過程的安全與環保，實際運行穩定可靠。上海崇明動物無害化處理項目工藝設計整體突出環保和防疫理念，切割及進料系統在封閉負壓的環境內運行，并且確保切割產生的血水、設備沖洗用水及臭氣全部進入焚燒爐焚燒，避免了臭氣溢散及各種疫病的傳播，同時注重防疫隔離區設計，滿足環保及防疫要求。該項目已經安全運行超過兩年，其成功實施為我國動物無害化處理項目建設起到良好的示范作用。