利用煙氣余熱的污泥低溫干化技術研究

張江華

（深圳德爾科機電環保科技有限公司，廣東深圳 518000）

1 污泥低溫干化技術基本原理和特點

污泥屬于污水處理中產生的副產物，有機物含量比較多，并且容易出現腐化情況。同時含水率高、脫水難度大，傳統處理模式中，主要運用堆肥、填埋等方式。這些方式雖然可以使污泥整體產量多的問題得以解決，但是可能會出現二次污染隱患。怎樣運用經濟、安全的方式處理污泥是當前社會發展中應重點關注和解決的問題，在解決這一問題時，應盡量實現減量化、無害化、資源化。

在污泥中，水主要以毛細水、間隙水、結合水、吸附水等形態存在。運用機械脫水和濃縮方式可以使大量間隙水被除去，但是殘存的毛細水、吸附水等仍為微生物的滋生提供條件。機械脫水污泥中重金屬含量隨著時間的推移變化較大，這主要和工業廢水比例、來源相關，并且重金屬具有不穩定特點。體積減小、含水量降低是污泥進行資源化處理以及無害化處理得以實現的關鍵。故此，污泥堆放在外會使土壤環境等存在被污染的風險，有必要深層次脫除污泥中的水分，并且讓重金屬成分穩定。

低溫干化技術工作原理源自熱泵干燥技術。20世紀70年代，西方發達國家針對熱泵干燥除濕相關技術進行了研究，我國20世紀80年代引進了這一技術，逐漸運用于農副產品行業、食品行業等領域，實踐中獲得了良好效果。當前環境問題得到了廣泛重視與關注，能源節約需求推動了技術的發展，熱泵干燥設備已經在各行各業獲得了應用，其中包括污泥處理、蔬菜脫水、陶瓷烘焙、食品加工等。

污泥低溫干化多數采用帶式，烘干溫度處于40～75 ℃。濕泥通過切條機進行切條以后進入到帶式干化機鋼帶位置，通過一定速度逐漸向前輸送。切條下料速度和網帶速度連續可調，除濕熱泵或者其他熱源產生的熱空氣在干燥器內的循環速率可調，繼而使不同烘干的工藝需求得到滿足。

經過干燥之后的污泥從泥條變為干硬顆粒，由出料口排出后使用運輸設備能夠直接運送到倉庫中。干燥器中攜濕回風的熱量可以提取回用，降溫除濕后再加熱，一次循環結束以后便會進入到下一個循環，整個過程封閉進行。低溫干化技術杜絕了干燒、粉塵爆炸、燃氣泄露等安全隱患。封閉循環，不會受到外界溫度影響，也不會排放高溫高濕度臭氣。干燥機組通過模塊化方式進行生產，安裝簡單、維修便捷、使用壽命比較長。低溫干化時僅僅排放烘干產生的冷凝水，無需復雜的尾氣處理系統，在后處理設備方面投入成本很低。低溫干燥的整個系統不需要復雜的管線和燃料供應路徑，在能源消耗、占地面積上均存在一定優勢。

2 利用煙氣余熱進行污泥低溫干化處理

在工業生產的各種熱量損耗中，排煙損失是最大的，一般在5%～12%。利用煙氣余熱干化污泥，不僅能使污泥得到安全、經濟的處理，還能使火力發電的能源利用率提高0.16%，減少CO2排放量，非常有節能減排意義。水泥廠、熱電廠日常排放的煙氣量比較大，排入大氣的煙氣溫度在120 ℃左右。此溫度煙氣相對熱值仍然可觀，具有回收利用價值。煙氣直接干燥污泥，煙氣熱量加熱污泥，并將污泥蒸發的水分，隨煙氣一起經過除塵、廢氣處理后，達標排放。這種方式采取的干燥機為轉筒式干燥機，要求煙氣溫度高、流量大。雖然濕污泥會吸附一部分煙塵，但隨著干化程度加深，煙塵裹挾污泥粉塵，排氣粉塵濃度大增，現有垃圾焚燒電廠的煙氣凈化系統應付不了，需要進行負荷增強改造。同時，也不利于控制二惡英。

對于水泥廠來說，煙氣余熱低溫干燥有效地利用了中溫脫硝、布袋除塵后溫度偏低的窯爐排氣，不必對現有生產工藝做出調整。干化過程粉塵濃度較低，無粉塵起爆風險，安全性好。其運行電耗處于較低水平，出料含水率調節性好，滿足后續多方面資源化利用需求。煙氣余熱低溫干燥與其他干燥方式的比較見表1。

表1 煙氣余熱低溫干燥與其他干燥方式的比較

污泥干化后有機成分大都得以保留，資源化利用潛力高。污泥干固體具有很高的燃燒熱值，但是濕污泥中含有大量的水分，水分含量越高其低位熱值就越低。各地污泥的熱值差別較大，以典型干基低位熱值3 000 kcal/kg（1 2540 kJ/kg）的市政污泥為例（有機質含量30%～45%），不同含水率狀況下污泥的低位熱值見表2。

表2 不同含水率的典型市政污泥低位熱值

從熱值上分析，1 kg 的25%含水率的市政污泥干料的低位熱值相當于0.375 kg 的標煤（1 kg 熱值5 600 kcal），替代燃燒可減少水泥廠的能源投入。焚燒后的污泥只留下硅酸鹽和其他金屬鹽等，重金屬成分以非常穩定的形式存在，是建筑材料中較為理想的原料，例如做水泥熟料、環保磚、瓷磚、陶粒等。而在水泥窯協同處置中，污泥既作為原料也作為燃料，水泥窯爐既作為干化熱源提供者，又是干化物料的處置終點，由此對污泥生產單位、水泥生產單位和環境保護皆有利，整體投資得到很大程度的節省。

在使用垃圾焚燒產生的煙氣余熱時，雖然煙氣成分更加復雜，但仍可選用耐硫腐蝕的換熱器配置給低溫干燥機組，而污泥亦可作為燃料。含水率40%～50%的半干市政污泥低位熱值接近發電垃圾的低位熱值要求，可由垃圾機械排爐、流化床等為依托進行協同摻燒處置。污泥與生活垃圾的摻燒比例合理且穩定的話，不需要對已有焚燒爐的尾氣處理系統做出大的調整，就能達標排放。例如，部分垃圾焚燒廠采用的“SNCR+半干法+活性炭噴射+袋式除塵器”處理工藝就可滿足歐盟2000標準，且能有效去除污泥焚燒產生的二惡英。垃圾焚燒爐燃燒所剩灰渣、飛灰。所含成分大都是性質穩定的無機物，例如硅酸鹽、鋁酸鹽等，可作為建材使用，制成輕質節能磚、石板磚、陶粒或者作為水泥原料。

3 污泥處理技術路線工藝流程

水泥廠的廢氣主要在回轉窯和立窯中產生，經過中溫脫硝、除塵等工藝，排入大氣的煙氣溫度在125℃左右。轉筒干燥機、圓盤干燥機、槳葉干燥機等傳統干燥設備并不適合利用這種品況的余熱資源。雖然水泥廠在一些場合有高溫余熱空氣或者余熱蒸汽，但是這些熱力資源首先要滿足廠內基本的工藝所需或者生活所需。采用低溫帶式余熱干燥，可以有效利用外排煙氣的廢熱資源。查表知一個大氣壓下，125 ℃煙氣密度0.899 5 kg/m3，熱值91.916 76 kcal/m3，即384.58 kJ/m3。煙氣經過煙氣換熱器，加熱余熱循環熱水至80～90 ℃，在干燥箱中產生60～70 ℃的熱風，可對污泥進行較為溫和的封閉式干燥。煙氣溫度降至90 ℃，密度變為0.984 5 kg/m3，熱值90.951 6 kcal/m3（380.54 kJ/m3）。10 000 m3/h 的120 ℃煙氣經過換熱器釋放的熱量為368 950 kJ/h=102.5 kW，可供3.4 t/d 濕污泥從80%含水率降到30%含水率。

外排的煙氣已經經過脫硫、脫硝、除塵處理，煙氣換熱器的工作環境已經大為改善，對材質的耐腐性能沒有太高的要求。當煙氣中細灰較多，可以使用垂直布置的換熱管排，并使煙氣以較高速度縱向沖刷管排，方便管底落灰清理。水—空氣換熱器置于干化機內，用于將得自煙氣余熱的熱水水熱轉換為循環熱風熱量。排濕回風經由水冷冷卻器降溫除濕。干化機內除了換熱器外，只有風機、網帶輸送機等少量部件，結構不復雜，干化程度連續可控。利用煙氣余熱干燥污泥的水泥廠協同處置流程如圖1所示。

圖1 利用煙氣余熱干燥污泥的水泥廠協同處置流程

4 污泥干化處理中有害氣體有效控制

污泥本身在開放環境中就會散放氣體，其中惡臭成分具有污染性，主要包括硫化氫、甲硫化醇、甲基硫醚等硫化物，氨氣、二甲胺等含氮化合物，低級醇、醛類、脂肪酸等其他有機物等。進行干化處理時，還有一些有機物會分解釋放出氣體，不限于鏈狀烷烴、芳香烴以及環烷烴等。低溫干燥條件下，芳香烴、環烷烴的占比很低。

在干燥除濕的過程中，污泥中被蒸發出來的水分會被冷卻器冷凝成為液態流出于干燥機外。有些易揮發的有機質被冷凝出的液滴吸收，包括一些細塵。外排的冷凝水流入污水處理系統進行處理，達標后排放。封閉干化循環，冷凝水的COD、BOD 等含量不高，污水處理負荷較低。

干化機組進出料環節及部分檢修口有些時候可能有臭味氣體散放，為控制工作環境質量，需要在干化車間做通風除臭。污泥料倉和干化車間的臭味氣體被收集起來，可由一次風機送入焚燒爐內作為焚燒用一次風。在水泥窯協同處置中，這些臭氣的一部分作為冷卻風進入水泥窯篦冷機，另一部分可被送入分解爐中高溫分解。相比其他污泥處理場合，不需要化學洗滌、生物除臭等額外配置。在檢修期間臭氣可通過活性炭除臭裝置處理后達標排放。由于封閉干化臭味氣體泄放量少，在焚燒爐用的一次風中摻加比例較低，不會對廠區現有尾氣處理系統增加額外負荷，不影響電力或水泥生產的正常運轉。

5 結束語

低溫污泥干化是安全節能的干燥技術，運營費用低。利用煙氣余熱進行污泥低溫干化處理，不需要對火力發電站或水泥廠現有的生產工藝和廢氣處理系統做調整。干化后泥料有機質的熱值得到很大程度保留，資源化潛力高，可以作為原料，也可以作為燃料，節省煤炭等化石能源的消耗。封閉式的干化生產，臭氣等污染氣體釋放量少，且大多可被投入焚燒環節高溫分解，因此不必投入很多便能對有害氣體進行有效控制。煙氣余熱污泥低溫干化技術可以使污泥處理變得更為經濟、安全，也能使過程中能源利用率獲得明顯提高，實現一種良性循環，具有比較廣闊的發展空間和發展前景。