污泥熱干化處理過程要點分析

胡曉亮* 俞 燕 詹曉艷

（新嘉愛斯熱電有限公司）

0 前言

隨著國民經(jīng)濟增長及城鎮(zhèn)化建設(shè)不斷推進，市政污泥與工業(yè)污泥排放量逐年增長。為了確保市政污泥、工業(yè)污泥的減量化、無害化、穩(wěn)定化、資源化[1]，污泥熱干化焚燒處理作為一種大規(guī)模、徹底、高效的處理形式，近年在綜合能源協(xié)同利用中得到了廣泛應(yīng)用。污泥干化是利用蒸汽設(shè)備對污泥中的水分進行降除，使其維持在一個穩(wěn)定的水平。目前，典型的污泥干化設(shè)備是圓盤式干化機和漿葉式干化機。干化的污泥再與煤炭或者生物質(zhì)等耦和后再進行焚燒處置。其中，含水率是一個重要的參數(shù)。

1 含水率

Vesilind 等[2]認為，污泥中的水分一般可分為4種，即間隙水、表面吸附水、背部水和毛細水，分類如圖1 所示。其中間隙水是一種游離水，最容易去除；表面吸附水和毛細結(jié)合水是兩固體顆粒接觸表面之間、固體顆粒自身裂縫中存在著各類毛細結(jié)合水，在污泥總含水量中占比較少；而內(nèi)部水是一種組織水，需要破壞細胞的組織結(jié)構(gòu)。單位質(zhì)量的污泥所含有水分的質(zhì)量分數(shù)稱為含水率，可用下式進行計算：

圖1 污泥內(nèi)部組織示意圖

污泥的含水率對污泥的儲存、轉(zhuǎn)運、處置過程具有較大的影響，也是污泥合理化處置的重要影響因素。在不同的含水率下，污泥會表現(xiàn)出不同的流變特性。此外，當水分高達50%以上時，焚燒過程中水分蒸發(fā)伴隨整個過程，使得這一過程在協(xié)同燃燒中占據(jù)了主要位置，而隨著水分不斷蒸發(fā)，汽化潛熱帶會走爐膛中大部分的熱量，同時也增加了鍋爐的排煙損失，不利于污泥處置過程的經(jīng)濟化運行。通常情況下，污泥的含水率很高，為了便于輸送，在進行干化之前要進行脫水處理，即進入干化機進行進一步深度脫水，使其維持在一個穩(wěn)定的水平。

2 黏附和黏結(jié)特性

污泥的黏附與黏結(jié)特性與污泥的干化時候的溫度、含水率有關(guān)。黏結(jié)主要指污泥的團聚特性，黏附則指污泥的黏附特性，表現(xiàn)為黏附在干化設(shè)備之上；普遍認為含水率達到50%左右時，黏附和黏結(jié)作用力達到峰值。當水分降低到30%左右的時候，黏附和黏結(jié)作用明顯的降低。由于黏附和黏結(jié)特性，污泥干化過程存在黏滯區(qū)。Kudra[3]對污泥干化過程中的黏滯區(qū)進行了分析，認為污泥干化黏滯區(qū)是污泥干化過程中溫度和含水率宏觀參量共同作用的結(jié)果，因此在在污泥干化過程中要嚴格控制其黏度。

3 工藝流程

某熱電廠具有年處理量為83 萬t 的生產(chǎn)線，污泥處理處置過程中首先對污泥實施干化處理，然后再與煤協(xié)同耦合焚燒，同時對焚燒煙氣進行多工序的尾氣治理， 依托該公司的焚燒、發(fā)電、供熱等配套設(shè)施，實現(xiàn)干化污泥與煤協(xié)同焚燒發(fā)電、供熱，其工藝如圖2 所示，工藝參數(shù)如圖3 所示。污泥干化工藝采用超圓盤式干化機相結(jié)合的方式，先將濕污泥進行機械脫水再熱干化處理，在實際的運行過程中發(fā)現(xiàn)，將現(xiàn)濕污泥含水率控制在40%左右，再與煤混合后采用循環(huán)流化床清潔燃燒技術(shù)進行處置，就可以使焚燒產(chǎn)生的熱量將鍋爐內(nèi)的水加熱變成高溫高壓蒸汽。一部分蒸汽用于推動汽輪發(fā)電機組發(fā)電、供熱；另一部分蒸汽則用于推動汽輪機直接帶動空壓機組生產(chǎn)壓縮空氣，這改變了傳統(tǒng)的發(fā)電機發(fā)電后再去驅(qū)動電動空壓機的方式。在焚燒過程程中，對焚燒煙氣采用SNCR-SCR 聯(lián)合脫硝、電袋除塵、石灰石石膏法脫硫、濕電等一系列煙氣凈化處理工藝，使煙氣排放達到超低排放的要求。考慮到污泥轉(zhuǎn)運的過程中，一些有機氣體以及微生物的代謝產(chǎn)物會逃逸出來，彌散在環(huán)境中造成二次污染，包括NH3、H2S、硫醇及硫醚類物質(zhì)，大多會發(fā)出惡臭的氣味，其中NH3、H2S 含量較高。這些有害氣體進入呼吸道會對人體的黏膜產(chǎn)生傷害，極高濃度的氣體甚至?xí)斐煞嗡[、喉頭水腫等疾病。因此，應(yīng)對污泥干化全生命周期進行有效的封閉式處理。

圖2 污泥耦合熱電氣聯(lián)產(chǎn)工藝流程

圖3 污泥干化焚燒的工藝參數(shù)

4 結(jié)論

在某電廠實踐過程中發(fā)現(xiàn)，污泥含水率對污泥處置過程尤為重要，含水率過高很影響污泥協(xié)同燃燒的工況，而含水率過低（30%～50%）時，污泥的黏結(jié)和黏附特性會達到極值，造成干化機出泥困難，甚至出現(xiàn)卡機的情況。實踐表明，將含水率控制在40%左右，能就有效解決上述問題。

此外，污泥干化傳熱動力場中熱量通過壁面?zhèn)鬟f給料層，料層接著傳遞給隔壁的料層，一部分通過蒸發(fā)損失掉，另一部分則通過對流和輻射傳遞到空氣中。其中熱阻主要集中于污泥側(cè)水分蒸發(fā)，強化傳熱的措施也應(yīng)該針對于此。