燃煤鍋爐機組摻燒城市污泥的工藝技術

馬鴻良

（山東神華山大能源環境有限公司 山東濟南 250014）

我國城市污泥產量越來越大，且成分愈加復雜，如何對城市污泥加以處置與利用已成為人們所關注的問題。污泥的處理處置應該以“減量化、穩定化、無害化”為最終目的[1]，在此原則下應選擇技術優越、經濟性好的技術。

污泥的處置方法主要有填埋、堆肥和焚燒等。填埋法優點是處理成本低，無需高度脫水；缺點是占用大量土地，污泥中的重金屬和病原微生物有可能污染土地和水資源。堆肥法能夠改善土壤的物理和生物性能，但是處理過程中必須對工藝參數進行嚴格的控制，避免造成對重金屬、病原菌等對土壤造成污染[2]。相比之下，焚燒法減容量大，有機物熱分解徹底，尤其適合與燃煤鍋爐機組聯合使用，已經成為處置污泥的最有效技術之一。

1 燃煤鍋爐機組摻燒城市污泥工藝

1.1 工藝的提出

城市污泥的含水率采用機械脫水裝置處理后，一般仍高于75%，如此高的含水率不能維持燃燒過程的自持進行，而且燃燒的穩定性對含水率的變化適應很差；另外高含水率使污泥體積龐大，增加了焚燒過程中運輸、存儲的難度。因此污泥干化是焚燒法必須解決的首要問題，而焚燒完成后的尾氣和灰渣處理、熱量的回收利用同樣需要考慮。

焚燒是一個復雜的熱處理系統，焚燒系統是主要設施，配套設施有三部分，（1）污泥干化系統；（2）煙氣凈化設系統，對尾氣進行處理，以便達到規定的排放標準；（3）熱量回收利用系統，對焚燒所釋放的熱量進行回收利用[3]。

單獨建設城市污泥焚燒系統必須設置以上的各部分系統，從而使整個工藝的流程變得復雜，而將干化后的污泥送入火力發電廠、熱電廠、工廠的自備電廠等的燃煤鍋爐機組，與燃煤混合后進行摻燒，充分利用現有機組的相關設施，能同步解決整個工藝流程的各種問題。

1.2 工藝流程

干化原料為城市的污水處理廠經過初步脫水后的污泥，含水率為80%左右，采用鍋爐機組的煙氣余熱作為熱源，在干燥機內對污泥進行加熱，水分蒸發后被煙氣攜帶返回機組與排煙混合后經處理排放。經過干燥后的干污泥含水率降為40%左右，輸送入機組的輸煤系統，與燃煤混合后摻燒。

1.3 主要系統組成

1.3.1 濕污泥儲存與輸送系統

來泥通常由翻斗車運入廠內，存儲于污泥池，通過池底的污泥輸送設備定量輸送入干燥機，輸送設備通常采用螺桿泵或螺旋輸送機。

1.3.2 干化系統及煙氣系統

工藝熱源采用機組空預器前的煙氣，在干燥機內煙氣同濕污泥發生直接的傳熱和傳質作用，蒸發帶走污泥中的水分，從而將濕污泥干燥到含水率40%。煙氣攜帶干污泥顆粒經過氣固分離器分離后，通過引風機排出。干污泥含水率可以通過調整濕污泥的給料量或高溫煙氣量可以來控制。

1.3.3 干化后廢煙氣凈化系統

經過氣固分離器的廢氣為煙氣和從污泥中蒸發出的水蒸氣的混合氣體，并攜帶有從分離器逃脫的粉塵，將其排入鍋爐機組的環保島入口的煙道，經過凈化后排放。

1.3.4 干污泥儲存與輸送系統

干化后的污泥進入干污泥儲倉，最終經過輸送設備送入機組的輸煤系統，與鍋爐燃煤摻雜混合，進入爐膛燃燒。

1.3.5 臭氣收集系統

污泥在儲存和倒運過程中，會產生惡臭氣體，必須采取防護措施。污泥池、污泥輸送設備及管道、儲倉等都進行封閉設計，并將其工作狀態抽為微負壓，避免污染物外溢，抽出的氣體可以作為機組的進風使用。

2 重點工藝技術分析

2.1 用于摻燒機組的適用性

城市污水處理廠多建于郊區，污泥不宜進行長途運輸。一方面，含水污泥的運輸多是對其中所含水分做的無用功，造成對運力的大量浪費；另一方面，運輸過程中可能造成污泥泄露、惡臭氣體散發等問題，危害城市居民生活環境。因此，摻燒適用于該城市及周邊轉運距離不遠的燃煤鍋爐機組，這符合相關國家規范的要求[4]。

火力發電廠、熱電廠、工廠的自備電廠等的燃煤鍋爐機組大小形式各異，而污泥干化的熱源來自于鍋爐空預器之前的煙氣，抽取煙氣用于干燥必然會影響鍋爐效率。因此需要根據待處理的污泥量選擇合適的鍋爐機組，以免影響到機組的正常運行。

2.2 干化車間的選址

污泥干化車間在廠區內位置的選擇十分重要，除滿足廠區的總體規劃之外，還應兼顧以下幾點：（1）運輸濕污泥的車輛一般為大中型的翻斗車，所以污泥池宜靠近道路布置，方便車輛交通、卸料；（2）車間宜距離熱源近，減少能源在輸送過程中的損耗；（3）干污泥一般采用機械輸送的方式輸入機組的輸煤系統，最終輸入原煤倉。機械輸送方式不適宜長距離進行，所以車間宜布置在靠近輸煤廊、轉運站等處。

2.3 干燥熱源的選擇

污泥干化按加熱方式可分為直接和間接加熱，直接加熱是將高溫熱煙氣直接引入干燥機，通過熱煙氣與濕物料的直接接觸換熱，熱效率較高，但需要處理的廢氣量大。間接加熱介質一般采用蒸汽、導熱油等，在一個封閉的環路中循環，與污泥沒有接觸，存在較大的熱損失，產生的廢氣量小。

采用蒸汽為熱源雖然最終產生的廢氣量較小，但是以從污泥中蒸發出的水蒸氣為主要成分，并夾雜有部分粉塵，這種廢氣需要由一定量的空氣或煙氣攜帶排出，否則在干燥機內和管道中極易發生堵塞、粉塵粘結等問題。鍋爐機組的煙氣溫度隨著經過各換熱面逐漸降低，煙氣的取用點通常有兩處，一為省煤器和空預期之間的煙道段，一為空預器之后的煙道段。煙氣溫度分別為300℃～400℃和100℃～150℃。取用空預器之后煙氣雖對鍋爐效率的影響小，但其中的有效熱量已經很小，如用于干化需要取用大量的煙氣，這對干燥機的設計以及整套工藝的設置都不利。而取用省煤器和空預期之間的煙氣，其中的有效熱量較多，可提高干燥機的換熱效率，最終的廢氣溫度可控制與機組排煙溫度相當。

2.4 與輸煤系統的配合

污泥干化后收集下來呈現顆粒狀，通過輸送設備送入爐前煤倉。干污泥輸送可以采用機械輸送或氣力輸送的方式。如采用氣力輸送，為了安全，輸送氣體應采用惰性氣體，而且煤倉也需要進行排氣和除塵，這勢必會造成系統的復雜以及投資運行費用的提高，由此采用機械輸送的方式將干污泥輸送至輸煤皮帶上或轉運站更為合適。鍋爐機組的輸煤系統通常是不連續運行的，因此需要設置干污泥儲倉，以用于暫存輸煤系統停運時的干污泥，同時也能起到穩定物料輸送的作用。

2.5 干化和儲存的安全性

濕污泥不具備自燃和爆炸的危險，但在池內長時間儲存會釋放出甲烷，甲烷聚集則極不安全，當機組停運而污泥池尚有余泥時，應保持污泥池的臭氣抽除持續工作，將甲烷濃度控制在1%以下[5]。

干化后的污泥一般要求含水率降到40%，這種狀態下的污泥多呈現小顆粒狀，并含有大量的微細粉塵，在一定的氧氣、溫度、濕度等儲存和轉運條件下，容易發生自燃和爆炸。

為防止危險的發生，可采取的措施包括：（1）嚴格控制干化系統的氧含量。干燥熱源使用煙氣，本身就降低了氧含量，干燥過程中水蒸氣析出，又增加了煙氣的濕度，能夠有效抑制了污泥爆燃的發生。運行中需要盡量維持鍋爐煙氣氧含量的穩定性，同時保證煙氣管道和設備本體的密封性，避免漏入大量空氣；（2）對干污泥儲倉、輸送設備進行惰性氣體保護，特別是在系統長時間停用的情況下；（3）在干污泥儲倉內設置噴水管，一旦發生污泥溫度過高或自燃的情況，可立即噴水降溫、滅火。

2.6 污染物的排放控制

污泥的儲存、干化、燃燒各過程都會產生污染物，在工藝設計中應充分考慮予以控制：（1）臭氣收集系統的設置可有效防止惡臭氣體危害工作環境，同時廠房也要進行合理的通風設計。（2）污泥干化后的廢氣是煙氣、水蒸氣、煙塵、污泥粉塵等的混合物，廢氣的溫度通常為110℃～120℃。將廢氣與機鍋爐煙混合，通過除塵、脫硫系統凈化后可達標排放。廢氣的溫度與鍋爐排煙溫度近似，其中的粉塵含量也與煙氣近似，而且廢氣量僅占總煙氣量的約10%，混合后不會對煙氣性質帶來很大的改變，也不會增加環保島的負荷壓力。（3）污泥與燃煤混合摻燒過程中，也會產生氣體污染物，污染物種類也與燃煤類似，由于污泥的摻燒比例不超過鍋爐燃煤量的5%，不會對煙氣性質造成較大影響，完全可利用機組的環保設施予以處理。需要特別注意的是，在污泥燃燒溫度小于400℃時，會產生二惡英類物質，而機組的正常燃燒溫度通常超過800℃，在此溫度下燃燒停留時間超過2s則不會產生二惡英。因此在機組的起爐和停爐階段，由于燃燒溫度較低，燃燒不穩定，不能啟用污泥干化摻燒系統，待穩定運行后再進行摻燒。（4）干污泥的灰分通常在10%～40%，實際上與電廠燃煤相差不大，且污泥焚燒灰渣主要成分也是Si、Al、Fe、Ca等元素，與鍋爐灰渣相似，在燃燒過程中，重金屬大部分在高溫下固化為爐渣，或者吸附于飛灰上，可與鍋爐灰渣共同處置。

3 結語

污泥的干化摻燒符合國家相關產業政策要求，能夠達到污泥處置的“減量化、穩定化、無害化”的目標。利用燃煤鍋爐機組中溫煙氣作為干燥熱源具有一定的工藝技術優勢，實用中應該根據具體的工況進行合理的工藝設計，對重點的工藝問題進行特別分析，以達到與鍋爐機組的協同運行，發揮最大效能，避免不利情況的發生。

[1]環境保護技術文件城鎮污水處理廠污泥處理處置污染防治最佳可行技術指南（試行）HJ-BAT-002[S].

[2]唐銀健，陳玲，程五良,等.施用污泥堆肥對灘涂土壤理化性質的影響[J].四川環境，2006（12）.

[3]黃凌軍，杜紅，楊錦，深圳特區污泥處理處置的探索與建議[C].2004年國際污泥無害化經驗交流會論文匯編，34-41.

[4]城鎮污水處理廠污泥處理處置技術規范（征求意見稿）[S].

[5]王羅春,李熊,趙由才,等.污泥干化與焚燒技術[M].北京:冶金工業出版社，2010.