西安市城鎮污水處理廠污泥干化焚燒工程實踐分析

王 攀

（陜西省西咸新區開發建設管理委員會,陜西 西咸新區 712044）

實施污泥無害化處理,推進資源化利用,是深入打好污染防治攻堅戰,實現減污降碳協同增效,建設美麗中國的重要舉措。西安市主城區推薦焚燒+建材利用,輔以水泥窯協同處理+建材利用的污泥處置路線。污泥焚燒技術可破壞污泥中全部有機質,殺死一切病原體,并最大限度地減少污泥體積,迅速和較大程度地實現污泥減量化和無害化[1]。污泥焚燒本身就是直接利用污泥有機熱值的方式,利用自身熱值對自身進行處理,體現了能源的循環利用和可持續的發展理念,燃燒后放出的熱量可以以尾氣顯熱的形式被鍋爐回收利用,在污泥的最終處置方法中占有比較大的優勢[2]。

1 工程概況

為解決西安市污泥安全處置能力缺口而在城區東北方向建造的污泥處置項目,占地約為76 畝,處置能力為400 t/d（以含水率80%計,實際進泥含水率為60%～65%）,采用污泥干化+焚燒工藝路線,工藝系統設置兩條并行的處理線：兩條干化處理線,單條處理能力120 t/d（含水率65%計）；兩條污泥焚燒處理線,單條處理規模40 tDS/d。

2 污泥特性

根據對西安市市域內十一座城市污水處理廠污泥組分數據分析結果：污泥有機質含量為56%～63%,且污泥礦物油含量較高,不宜直接填埋；另外污泥含砂量較高,在選用污泥處理設備時要重點考慮磨損帶來的不利影響；污泥熱值是焚燒處理重要的參數之一,調查范圍內各廠污泥干基低位熱值范圍為2121 kcal/kgDS～3654 kcal/kgDS,加權平均后污泥平均干基低位熱值為2859 kcal/kgDS,均滿足單獨焚燒用泥質標準熱值。

表1 西安部分城市污水處理廠泥質數據表

3 工藝設計

3.1 工藝路線選擇

本污泥處置工程總體方案采用熱干化+焚燒方案,按處理單元各自特征將總體工藝流程分解為以下幾個子系統：濕污泥接收系統、污泥干化系統、污泥焚燒系統、煙氣凈化系統、除臭系統及其他配套系統,工藝流程圖見圖1。

圖1 工藝流程圖

進場濕污泥由運泥車運至本項目,經地磅站計量后卸料進入負壓封閉的儲泥坑。本處理工程每天可處理含水率80%的濕污泥400 t,經圓盤式干化機干燥后含水率可降為20%～40%,污泥重量減少了約65%,提高了單位重量污泥的熱值。干燥后的污泥被輸送至鼓泡式流化床焚燒爐,在鼓入空氣的作用下使物料處于流化狀態,流化速度為0.6 m/s～2 m/s,在最低焚燒溫度為850℃的工況下,停留時間不少于2 s。由床下點火燃燒器和床上助燃器的共同作用下,完成污泥焚燒。焚燒過程及煙氣經余熱回收系統產生的蒸汽被輸送至干化機,以污泥焚燒產生的熱量作為污泥干化的熱源,滿足濕污泥干燥所需蒸汽耗量,形成焚燒系統和干化系統的熱力循環系統。污泥干化焚燒過程產生的臭氣、煙氣、固廢、廢水等污染物經煙氣凈化系統、除臭系統及其他配套系統處理后達標排放或綜合利用。

3.2 工藝系統介紹

3.2.1 濕污泥接收系統

濕污泥接收間設計為雙道快速密封門,待污泥車進入卸料間后,對外的大門關閉,卸料的內門開啟,進行卸料。儲料坑為一個封閉且負壓的水泥大坑,總容積1000 m3,不小于4 天的污泥儲量。

3.2.2 污泥干化系統

本項目選用圓盤式干化機屬間接加熱方式的干化設備,飽和蒸汽通入轉子中軸和盤片,處于定子轉子之間的濕污泥在轉子上推進片的作用下從干化機的一端緩慢推進到另一端的過程中完成熱干化。可將含水率60%～65%的原生污泥烘干至含水率不大于40%的半干污泥,作為燃料供污泥焚燒鍋爐燃燒使用。其主要技術參數包括：公稱傳熱面積426.6 m2；額定出口污泥量66.7 t/d（按40%含水率計）；蒸汽進口溫度175℃；冷凝水出口溫度170℃；干化機本體蒸汽容積6.7 m3；干化機本體污泥容積26 m3。

圓盤式干化機具有以下優點：①出泥含水率可在20%～40%范圍內靈活調節；②工藝流程較簡單,附屬設備數量較少,所需建設用地較小；③出泥顆粒度較好,有利于后續污泥的輸送；④進泥含水率變化對設備的影響較小,對進泥含水率波動適應性較好。

3.2.3 污泥焚燒系統

污泥焚燒過程可以破壞全部有機質,殺死一切病原體,可最大限度地實現污泥無害化和減量化[3]。污泥的燃燒失重過程分為4 個階段：50℃～150℃左右為水分析出階段；150℃～400℃左右為揮發分析出階段；400℃～530℃左右為揮發分燃盡階段；530℃～670℃左右為固定碳燃盡階段[4]。

污泥焚燒工藝的重點是如何回收利用熱量,減少輔助燃料的添加量,降低運行成本,強化煙氣凈化處理,保證達標排放。污泥是均質物料,適合于采用焚燒效率較高的流化床焚燒爐。流化床床溫控制在850℃～900℃之間,污泥呈顆粒狀在流化床內燃燒,其所占床料重量比很小。污泥進入流化床內即被大量處于流化狀態的高溫惰性床料沖散,因此,污泥在流化床內焚燒時不會發生粘結[5]。

本工程選用低流化速度的流化床焚燒爐,即鼓泡流化床焚燒爐,其流化速度多在0.6 m/s～2 m/s 之間,因污泥含砂量較高,在相對較低的流化速度下可減少焚燒室內煙氣對傳熱面的磨損程度,能耗也較低。爐本體由流化床密相區、過渡段和稀相區構成,采用石英砂/惰性物料作為床料,設計高度控制在0.6 m～1.5 m 之間,以保證爐內停留時間滿足污泥充分燃燒及床料和流化介質在密相區內充分接觸并穩定流化。其主要技術參數包括, 最低焚燒溫度≥850℃；該溫度下的最小停留時間≥2 s；焚燒爐設計額定處理量：（入爐）136.7 t/d（含水率40%）；入爐污泥量波動范圍：70%～110%設計工況；飽和蒸汽出口溫度175℃；飽和蒸汽產量4.74 t/h；飽和蒸汽壓力0.8 MPa。

3.2.4 煙氣凈化系統

煙氣中主要污染物有：顆粒物、氮氧化物、二氧化硫、一氧化碳和重金屬等。經余熱回收系統進行熱能回收利用后的煙氣經以下處理工藝達到排放標準后排放,凈化流程為：爐內脫硝+靜電除塵+干法脫硫+布袋除塵+濕法脫硫+煙氣再熱+煙囪。煙氣處理系統與焚燒系統配套,本工程共設置2 條煙氣凈化處理生產線,每條最大煙氣處理量為25000 Nm3/h,處理達標后經2 根D=800 mm,H=60 m 的煙囪排放,排放標準中執行《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB 18485-2014）中相應標準。

3.2.5 除臭系統

臭氣的處理分兩部分：濕污泥輸送、濕污泥料倉及污水處理站等低濃度臭氣產生區域采用生物除臭系統處理,經水洗+生物過濾除臭設備處理后達標排放；干化車間及干污泥輸送裝置等高濃度臭氣轉送至焚燒爐進行焚燒除臭,當焚燒爐故障或檢修情況下,利用化學除臭系統處理高濃度臭氣。臭氣排放廠界標準按《環境空氣質量標準》（GB 3095-2012）二類區,執行《惡臭污染物排放標準》（GB 14554-93）的二級標準。

4 實施效果分析

以焚燒為核心的污泥處理方法是目前污泥處置最徹底、最快捷的方法,它能使有機物全部碳化,并能最大限度地減少污泥體積。本工程污泥經焚燒后主要固體產物有兩種：灰和渣,其中渣量約為36.69 t/d,屬一般固廢,可為建材所利用；灰量3.74 t/d,屬危險性固體廢物,經鰲合固化系統處理后,固體總量約5.9 t/d。煙氣和臭氣均被集中收集并得到有效處理后達標排放。污泥處理工藝各個階段產生的生產廢水及廠區運維人員的生活污水被收集暫存在容積為1000 m3的污水暫存池內,后期接入臨近正在實施的污水處理廠處理后達到再生水標準后用于廠區內道路澆撒、綠化灌溉、池體沖洗等。

污泥經本工程處理后可實現100%的穩定化、無害化,約90%的減量化,0.935%的資源化利用。

5 經營分析

年運行成本主要包括水電費、藥劑費、燃氣費、危廢外運及處置費用、職工工資及福利費、維修費和固定資產折舊等費用。單位生產成本為442.00 元/t 濕泥,單位經營成本242.09 元/t 濕泥（以含水率80%污泥計）。對比全國其他區域類似工藝單位經營成本,本工程節約成本約14%～48%,主要原因如下：①工藝設計階段不斷對設計方案進行優化,設備選型注重降本增效；②廠區所產污水直接排入統一運維單位的污水處理廠；③利用焚燒鍋爐產生的蒸汽保證廠區生活區供暖。

本工程運營過程中造成經營成本波動最大的影響因素是污泥熱值。天然氣助燃設備的開啟程度直接取決于污泥熱值是否能夠維持燃燒過程,所以熱值的波動直接影響經營成本。

6 結論

污泥獨立干化焚燒工藝在城市污泥的處理處置方面具有現實可行性和良好的發展前景,能夠實現100%的穩定化、無害化,最大程度的減量化以及部分資源化。通過工藝設計優化和設備選型,余熱利用可實現經營成本較之全國其他區域略低,如考慮余熱發電將進一步增加經營成本的競爭力。