垃圾焚燒發(fā)電廠中摻燒干化污泥探討*

石靖宇

（上海環(huán)境衛(wèi)生工程設(shè)計(jì)院，上海 200232）

1 污泥焚燒技術(shù)簡(jiǎn)介

污泥焚燒是利用焚燒爐在有氧條件下高溫氧化污泥中的有機(jī)物，使污泥完全礦化為少量灰燼的處置方式。以焚燒技術(shù)為核心的污泥處理方法是最徹底的處理方式，在發(fā)達(dá)國(guó)家普遍采用［1］。綜合各種焚燒方式，污泥焚燒大致可分為2大類：聯(lián)合焚燒和單獨(dú)焚燒。

污泥的單獨(dú)焚燒包括污泥直接焚燒、污泥全干化焚燒、污泥半干化焚燒。脫水污泥直接焚燒是將脫水污泥直接投入到專用的污泥焚燒爐（流化床、回轉(zhuǎn)窯等）中進(jìn)行焚燒處理，在國(guó)外工程案例較多。由于污泥含水量大、熱值低，因此入爐的輔助燃料要遠(yuǎn)多于污泥才能維持穩(wěn)定燃燒，焚燒后的尾氣量也比較大。后續(xù)尾氣處理需要龐大的設(shè)備，操作控制難度大。直接焚燒方式對(duì)污泥處理量有所限制，因此污泥的直接焚燒正逐漸被干化后焚燒所代替［2］。污泥全干化焚燒是將污泥干化至含固率90%以上后進(jìn)行焚燒，污泥干化后熱值較高，焚燒煙氣能量可進(jìn)行回收，但全干化后污泥易產(chǎn)生粉塵，存在自燃爆炸危險(xiǎn)，系統(tǒng)在安全運(yùn)行上要求較高。污泥半干化焚燒是將污泥干化至含固率90%以下后進(jìn)行焚燒，半干化可降低含水率，滿足在焚燒時(shí)無(wú)需添加常規(guī)燃料而符合焚燒的工藝條件。半干化污泥含有水分沒(méi)有爆炸風(fēng)險(xiǎn)，運(yùn)輸和儲(chǔ)存都較安全。

聯(lián)合焚燒包括電廠煤粉爐摻燒、工業(yè)爐摻燒、垃圾焚燒爐摻燒等。在煤粉爐內(nèi)共燃時(shí)，污泥須脫水，預(yù)先干燥。污泥和煤粉可以預(yù)先混合通過(guò)煤粉燃燒器噴入或2種燃料單獨(dú)從不同燃燒器噴入，爐膛溫度可達(dá)1500～1600℃。對(duì)于可燃用高水分燃料的鍋爐，最多可以摻燒含水率10%的污泥，而設(shè)計(jì)煤種為褐煤時(shí)，污泥含水率最高可達(dá)40%～50%。污泥摻入比例的范圍通常在2%～20%之間［3］。目前，利用工業(yè)爐焚燒污泥主要是利用水泥制造廠的水泥窯爐。水泥窯爐具有燃燒爐溫高和處理物料量大等特點(diǎn)，且水泥廠均配備有大量的環(huán)保設(shè)施，環(huán)境自凈能力強(qiáng)。城市污泥的化學(xué)特性與水泥生產(chǎn)所用的原料基本相似。利用水泥回轉(zhuǎn)窯處理城市污泥，不僅具有焚燒法的減容、減量化特征，且燃燒后的殘?jiān)蔀樗嗍炝系囊徊糠郑恍枰獙?duì)焚燒灰進(jìn)行填埋處置［4］，是一種環(huán)境效益較好的水泥生產(chǎn)途徑。垃圾焚燒廠摻燒污泥不僅可以充分利用現(xiàn)有的垃圾焚燒發(fā)電廠的剩余處理能力，且以廢治廢，有效降低城市環(huán)保設(shè)施的綜合造價(jià)和運(yùn)行成本。目前國(guó)內(nèi)外常用的生活垃圾焚燒爐為爐排爐，如滾動(dòng)爐排、水平往復(fù)推飼爐排和傾斜往復(fù)爐排，包括順推和逆推傾斜往復(fù)爐排等。國(guó)內(nèi)也有幾座生活垃圾焚燒廠采用循環(huán)流化床焚燒爐。

2 垃圾焚燒爐摻燒干化污泥技術(shù)

污泥單獨(dú)干化焚燒的初期投資較大，污泥焚燒產(chǎn)生的熱量只能滿足干化需要熱量的70%，如果不能添加煤或外購(gòu)蒸汽作輔助熱源，而是摻燒油或天然氣作輔助燃料，運(yùn)營(yíng)成本較高。而生活垃圾摻燒污泥可以利用現(xiàn)有生活垃圾焚燒工程的焚燒爐主體、熱回收系統(tǒng)和煙氣處理系統(tǒng)等主要裝備，節(jié)約項(xiàng)目初期投資，在運(yùn)行方面，由于規(guī)模效應(yīng)的原因還可適當(dāng)節(jié)約運(yùn)行和人工成本。

將干化污泥直接輸送到垃圾發(fā)電廠焚燒鍋爐內(nèi)參與直接燃燒，達(dá)到深度無(wú)害化、穩(wěn)定化、減量化，這樣既在保證垃圾焚燒鍋爐正常負(fù)荷運(yùn)行的情況下，解決大量污泥處置出路問(wèn)題，又可以充分利用現(xiàn)有資源，減少投資成本。早期歐洲、日本等國(guó)處理市政污泥的方式是把市政污泥運(yùn)到垃圾焚燒廠按10%左右的比例與垃圾直接摻燒(德國(guó)早期的市政污泥在垃圾焚燒廠的摻燒量為20%～30%)，可以解決一定量的市政污泥［5］。

國(guó)內(nèi)的垃圾焚燒爐以機(jī)械爐排爐為主，工藝相對(duì)完善，并具有一定的規(guī)模，基本具備摻燒污泥的條件。但是生活垃圾直接摻燒污泥一定程度上會(huì)造成燃燒工況的不穩(wěn)定性。所以，一般在生活垃圾熱值達(dá)到或超過(guò)5860 kJ/kg時(shí)，才適當(dāng)摻燒部分污泥進(jìn)行混燒。目前國(guó)內(nèi)垃圾焚燒發(fā)電廠都趨于大型化，以10%的摻燒比例計(jì)算，1000 t/d的垃圾焚燒廠每天就可以處理100 t污泥。

3 工藝流程與尾氣處理

污水處理廠污泥經(jīng)裝載車(chē)運(yùn)送至焚燒廠，經(jīng)過(guò)稱重系統(tǒng)后至污泥儲(chǔ)倉(cāng)，一般可以在垃圾儲(chǔ)坑單獨(dú)開(kāi)辟出污泥儲(chǔ)倉(cāng)，污泥在儲(chǔ)倉(cāng)內(nèi)經(jīng)過(guò)充分瀝水后（一般使含水率低于30%），由特殊的垃圾抓斗投入垃圾料斗，之后進(jìn)入焚燒爐。脫水污泥與垃圾一并焚燒，國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)是每噸垃圾添加15%～20%含水率為30%的污泥。典型的垃圾焚燒爐摻燒污泥工藝流程如圖1所示。

圖1 垃圾焚燒爐摻燒污泥工藝流程

目前，污泥焚燒廠尚無(wú)專門(mén)的煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)，已建或擬建的污泥焚燒廠均執(zhí)行垃圾焚燒廠的煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)EU2000/76/EC。因此，筆者將按照滿足歐盟2000標(biāo)準(zhǔn)的垃圾焚燒廠的煙氣處理工藝進(jìn)行論述。

污泥焚燒煙氣處理與垃圾焚燒廠基本相同，主要是對(duì)NOx、酸性氣體（HCl、HF、SOx）、顆粒物、有機(jī)物（包括二惡英）及重金屬等進(jìn)行控制［6］。

目前，部分焚燒廠采用的“SNCR+半干法+干法+活性炭噴射+袋式除塵器”處理工藝就可滿足歐盟2000標(biāo)準(zhǔn)，如圖2所示。

圖2 煙氣處理工藝流程

SNCR是在高溫（800～1000℃）條件下，以NH3·H2O（氨水） 或CO(NH2)2（尿素） 作為還原劑，將其噴入焚燒爐內(nèi)。NOx在高溫下被還原為N2和H2O。SNCR法可將NOx排放濃度控制在200 mg/m3以下。

半干法除酸一般采用吸收劑為CaO或Ca(OH)2為原料，制備成Ca(OH)2溶液，由噴嘴或旋轉(zhuǎn)噴霧器將Ca(OH)2溶液噴入反應(yīng)器中，形成粒徑極小的液滴。由于水分的揮發(fā)從而降低廢氣的溫度并提高其濕度，使酸氣與石灰漿反應(yīng)成為鹽類，掉落至底部。消石灰吸附HCl等酸性氣體并起中和反應(yīng)，要有一個(gè)合適溫度，約140℃，而從余熱鍋爐出來(lái)的煙氣溫度往往高于這個(gè)溫度，為增加反應(yīng)塔的脫酸效率，需通過(guò)換熱器或噴水調(diào)整煙氣溫度，一般采用噴水法來(lái)實(shí)現(xiàn)降溫。煙氣和石灰漿采用順流或逆流設(shè)計(jì)，無(wú)論反應(yīng)器采用何種流動(dòng)方式，其主要的目的均為維持煙氣與石灰漿微粒充分反應(yīng)的接觸時(shí)間，以獲得高的除酸效率。半干反應(yīng)塔通常置于除塵設(shè)備之前，因?yàn)樽⑷胧覞{后在反應(yīng)塔中形成大量的顆粒物，必須由除塵器收集去除。

干式除酸可以有2種方式，一種是干式反應(yīng)塔，干性藥劑和酸性氣體在反應(yīng)塔內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，然后一部分未反應(yīng)的藥劑隨氣體進(jìn)入除塵器內(nèi)與酸進(jìn)行反應(yīng)。另一種是在進(jìn)入除塵器前噴入干性藥劑，藥劑在除塵器內(nèi)和酸性氣體反應(yīng)。除酸的藥劑大多采用消石灰（Ca(OH)2），讓Ca(OH)2微粒表面直接和酸氣接觸，產(chǎn)生化學(xué)中和反應(yīng)，生成無(wú)害的中性鹽顆粒，在除塵器里，反應(yīng)產(chǎn)物連同煙氣中粉塵和未參加反應(yīng)的吸收劑一起被捕集下來(lái)，達(dá)到凈化酸性氣體的目的。

為了有效去除二惡英及重金屬，凈化系統(tǒng)中設(shè)置了活性炭噴入系統(tǒng)。利用二惡英及重金屬氣溶膠能被多孔物質(zhì)吸附的特點(diǎn)，噴入具有較大比表面積、發(fā)達(dá)的空隙結(jié)構(gòu)的活性炭作吸附劑，進(jìn)一步增強(qiáng)重金屬和二惡英的去除率。從活性炭有效利用的角度出發(fā)，活性炭布置在脫酸反應(yīng)器與布袋除塵器之間更合理［7］。

袋式除塵器可除去粒狀污染物及重金屬。袋式除塵器通常包含多組密閉集塵單元，其中包含多個(gè)由龍骨支撐的濾袋。煙氣由袋式除塵器下半部進(jìn)入，然后由下向上流動(dòng)，當(dāng)含塵煙氣流經(jīng)濾袋時(shí)，粒狀污染物被濾布過(guò)濾，并附著在濾布上。濾袋清灰方法通常有3種方式：反吹清灰法、搖動(dòng)清除法及脈沖噴射清除法。清灰下來(lái)的粉塵掉落至灰斗并被運(yùn)走。在袋式除塵器的設(shè)計(jì)上，氣布比是非常重要的因素，對(duì)投資費(fèi)用及去除效率有決定性的影響。袋式除塵器同時(shí)兼有二次酸氣清除的功能，上游的酸氣清除設(shè)備中部分未反應(yīng)的堿性物附著在濾袋上，在煙氣通過(guò)時(shí)再次和酸氣反應(yīng)。

4 優(yōu)勢(shì)對(duì)比

相對(duì)于單獨(dú)建大型污泥焚燒廠而言，垃圾焚燒廠摻燒污泥，投資將大大降低。污泥焚燒爐及尾氣凈化系統(tǒng)等設(shè)備價(jià)格昂貴，而我國(guó)垃圾焚燒行業(yè)經(jīng)多年發(fā)展，以機(jī)械爐排爐為主的垃圾焚燒工藝已相對(duì)完善，并且具有一定規(guī)模；現(xiàn)有垃圾焚燒爐大都采用了先進(jìn)的技術(shù)，配有完善的尾氣處理裝置，所以，焚燒污泥無(wú)需另行投入較大資金。運(yùn)行成本方面，污泥含水率高、熱值低，必須吸收大量的輔助燃料后才能燃燒，這樣就需要消耗大量的常規(guī)能源。因此，利用垃圾焚燒廠的現(xiàn)有焚燒設(shè)備和技術(shù)焚燒處理污泥，投資少、運(yùn)行成本低、見(jiàn)效快，在經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)上均具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

干化污泥送入垃圾焚燒廠焚燒，只需添加污泥儲(chǔ)倉(cāng)、污泥抓斗即可。因此，垃圾焚燒廠摻燒污泥不僅可以充分利用現(xiàn)有的垃圾焚燒發(fā)電廠的剩余處理能力，且以廢治廢，有效降低城市環(huán)保設(shè)施的綜合造價(jià)和運(yùn)行成本［8］。

綜合上述研究，垃圾焚燒廠摻燒干化污泥，無(wú)論從技術(shù)方面還是從環(huán)保方面都是可行的，可以使污泥處理達(dá)到減量化、無(wú)害化、資源化的目的。對(duì)于不同類型的污泥，摻燒比例也不同，需要針對(duì)各地實(shí)際情況進(jìn)行綜合的技術(shù)分析。

［1］ 俞鈺瑾.污泥干化焚燒處理工藝和設(shè)計(jì)要點(diǎn)［J］.中國(guó)市政工程，2009（3）：64-66.

［2］ 王飛，程剛，蔣旭光，等.城市污泥干化和焚燒處理技術(shù)的研究［C］.第二屆中國(guó)綠色財(cái)富論壇暨科技創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展研討會(huì)，2006：148-160.

［3］ 徐向乾，路春美，張夢(mèng)珠，等.生物質(zhì)與煤共燃技術(shù)［J］.熱力發(fā)電，2008（5）：50-53.

［4］ 廣州市越堡水泥有限公司.水泥窯協(xié)同處置工業(yè)、生活污泥項(xiàng)目介紹［J］.建材發(fā)展導(dǎo)向，2008（6）：54-56.

［5］ 楊海根，易偉.市政污泥與生活垃圾摻燒工藝探討［J］.中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2007（7）:38-40.

［6］ 孫向軍，傅玲瓊，張益.污泥焚燒廠煙氣處理工藝探討［J］.環(huán)境衛(wèi)生工程，2011（19）:16-18.

［7］ 李文剛.淺談垃圾焚燒電廠的爐型與煙氣凈化技術(shù)選擇［C］.全國(guó)化工熱工設(shè)計(jì)技術(shù)中心站2004年年會(huì)論文集，2004：135-144.

［8］ 高亮，邵德洲，張曙光，等.污泥摻燒技術(shù)研究［J］.環(huán)境衛(wèi)生工程，2008，16（4）：48-51.