城市污泥焚燒處理及耦合發電的技術研究

方永平

摘要：隨著國內城市化進程的持續發展，城市產生了大量的污泥，通過對城市污泥焚燒處理，并結合地區熱電廠的現有設備和系統，對污泥的熱量充分利用進行耦合發電，從而達到污泥的利用、無害化以及資源化的目的，具有良好的經濟與社會效益。

1背景

隨著國內城市化進程的持續發展，城市人口快速增加，產生了大量的城市污水及其處理后的大量污泥，目前城市污泥處理方法主要有以下4種：衛生填埋、土地利用、焚燒和投海。其中污泥焚燒是一種污泥最終處置方法，具有良好的經濟與社會效益，受到越來越廣泛的重視和利用。

污泥的焚燒就是利用本身有機物燃燒產生熱量的過程，污泥的焚燒利用了污泥中的能量，燃燒后放出的熱量以尾氣顯熱的形式被鍋爐所回收。焚燒時的溫度可以達850℃，能完全殺死病原微生物，焚燒后污泥體積大大減小，僅為原有體積的10%左右（相對含水率約為75%的污泥）。焚燒后污泥中的水分蒸發為水蒸氣，有機物變成了可燃氣體，無機物則變成了極少量的灰燼。由于焚燒殘渣在性質上發生了根本改變，其最終處置相對較為容易，可作為生產建材如水泥熟料、砌塊磚等原料加以利用;同時污泥的焚燒也可以通過利用廢熱來耦合發電，從而達到污泥的利用、無害化以及資源化的目的。

國家能源局和環境保護部下發了《關于開展燃煤耦合生物質發電技改試點工作的通知》（國能發電力[2017]75號），明確提出“重點在直轄市、省會城市、計劃單列市等36個重點城市和垃圾、污泥產生量大，土地利用較困難或空間有限，以填埋處置為主的地區，優先選取熱電聯產煤電機組，布局燃煤耦合垃圾及污泥發電技改項目”。

2污泥焚燒技術研究

污泥焚燒可實現污泥最大限度的減量化，病原物質均被滅殺，有毒污染物被氧化，污泥灰燼中的重金屬活性較污泥中要低得多，并通過煙氣凈化設備處理使排放氣體達標排放，污泥燃燒產生熱能可發電。根據我國的污泥處置政策和技術要求和本地區現有熱電廠的實際情況，利用電廠協同處置城市污泥是解決污泥處置難題最可靠和有效的途徑。

2.1污泥干化和焚燒的技術路線

污泥在焚燒前，一般應先進行脫水處理甚至熱干化，以減少焚燒負荷和能耗。目前，我國污泥干化焚燒處理的方式主要有：

2.1.1污泥直接送入鍋爐焚燒

含水率80%的污泥，通過輸送設備，直接送入鍋爐爐膛，在爐膛中被加熱、揮發并燃燒。脫水污泥直接焚燒的優點是系統簡單，投資很少，但由于存在處理量小，運行成本高，煙氣量大處理困難，以及對設備的腐蝕等原因，這種處置方式已逐步被其它方式取代，不考慮該方式。

2.1.2污泥深度脫水后送入鍋爐焚燒

污泥經深度脫水后，含水率80%的市政污泥可降低至含水率50%左右，深脫后的污泥相對于含水率80%的污泥，其質量減少了60%，污泥熱值也大幅得到提升。污泥深度脫水與熱干化相比，具有能源消耗少，運行成本低的優點，但脫水后的污泥含水率仍然較高，數量較大，對于處置量大的項目，對設備和運行的要求非常高。

2.1.3污泥深度脫水后干化焚燒

此工藝結合了污泥深度脫水和熱干化的優點，通過深度脫水去除50%的水分，污泥量大幅較低，再進行熱干化到30%含水量，干化后更適應污泥焚燒鍋爐的運行。目前，國內新建的大中型污泥處置項目多采用此方式。污泥深度脫水后干化焚燒，工藝流程較復雜，設備多，但由于深脫后的污泥量大幅減少，污泥熱干化機模塊的投資有所降低，因此本工藝投資適中。

污泥熱干化的流程：脫水污泥由接收系統接收后，通過污泥輸送系統輸送至污泥干燥機組干燥，將脫水污泥的含水率由50%降至30%以下，然后干污泥被輸送至燃料倉。干燥機組采用電廠提供的蒸汽作為干燥熱源對污泥進行干燥，蒸汽換熱后成為冷凝水回至電廠作鍋爐給水循環使用，干燥機干燥污泥蒸發出的水分和不凝氣經冷凝或洗滌后去除水分，不凝氣體經除臭等處理后排放或作為電廠鍋爐一次風送至鍋爐焚燒。

2.1.4污泥熱干化后焚燒

污泥干化焚燒是利用熱源（蒸汽、導熱油、煙氣、電等），通過熱干化設備，使污泥中的水分蒸發，使污泥半干化或完全干化。實際運行中，將含水率80%的污泥干化到含水率30%左右送入鍋爐焚燒。熱干化后的污泥相對于含水率80%的污泥，其質量減少了71.43%，干化后的污泥由于數量大幅減少，熱值較高，對鍋爐的影響最小，因此焚燒的處理量可以較大，運行較穩定。但由于干化機模塊投資高，總投資大。

2.2摻燒污泥對電站鍋爐的影響

根據文獻《1000MW燃煤鍋爐污泥摻燒試驗研究與工程應用_張宗振》、《700MW燃煤發電廠污泥摻燒技術應用分析_邵華》、《300MW亞臨界燃煤鍋爐污泥摻燒性能試驗研究_韓俊剛》，燃煤中摻入少量污泥（比例不宜大于10%），對燃料燃燒的穩定、鍋爐參數和受熱面工作的安全性不會產生不良影響。根據一些電廠對摻燒市政污泥的相關試驗結果表明，當摻燒比例較小時，對爐內的燃燒進行觀察，發現火焰均很明亮，燃燒穩定。直接按摻燒量來計算，混合后燃料的組分變化非常小，無論是熱值、水分、灰分或者是硫份都在實際燃燒的燃料變化范圍以內，不會對鍋爐的穩定燃燒產生太大的影響。

當直接摻燒濕污泥時，最主要是水分對熱效率的影響，其中包括了增加水分帶走的熱量損失，這部分損失作為熱能消耗成本考慮。按現有污泥成分，摻燒比例5%時，BRL工況下排煙溫度會增加約2℃，鍋爐效率會降低約0.21%。

2.3摻燒污泥后凈化處理

在現有熱電廠進行污泥摻燒能充分利用現有電站的脫硫除塵排放系統，城市污泥含硫量普遍較低，同時相對鍋爐耗煤量摻燒量不大，因此對機組排放煙氣的二氧化硫濃度不會造成影響;污泥本身容易燃燒，含塵量相對設計煤種低，同時摻入的比例較小，對機組排放煙氣含塵量不會造成影響。

3結論

1）通過利用電廠現有的系統和設施，對市政污泥進行處理、凈化并最終輸送進鍋爐爐膛完成摻燒。對熱電廠所處區域的污泥、藥渣等城市廢棄物進行摻燒處理符合國家有關部門電廠耦合發電、保護環境相關文件和要求，對保護好環境，節約資源和開發新能源，實施可持續發展的戰略有重要意義;

2）隨著國家“碳達峰”、“碳中和”戰略的實施，火電廠轉型的任務更為緊迫。通過高效清潔處理城市廢棄物，解決當地環境保護和城市發展過程中的難點和痛點，能增強電廠與所處地區的粘合力，并增加電廠部分收益，有利于提高火電廠的生存能力。

3）目前污泥摻燒用的工藝方案已在某些國內項目上得到應用，成熟的技術路線和成熟可靠，不存在工程技術風險，有大規模推廣利用價值。