深度脫水與干化單元協同技術在污泥焚燒處置中的應用研究

關鍵詞：深度脫水；干化單元；協同技術；污泥楚燒；處置

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500(2025)06-0252-05

DOI: 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.06.074

Study on the Application of Deep Dehydration and Drying Unit Collaborative Technology in Sludge Incineration Disposal

FAN Lin，LU Xueting，CHENJng (ChengfaWaterCo.，Ltd.，Zhengzhou451162，China)

Abstract:Insewage treatment，sludge，asakeybyproduct，playsacrucialroleinmaintainingenvironmentalhealthand promoting sustainabledevelopmentthrough proper treatmentand disposal.The basic principlesofcollaborative technology is introducedbetweendeepdehydrationanddrying units，andtheadvantagesof this technologyareanalyzed interms of treatment eficiency，energyconsumption，andotheraspects.Theresults indicatethatthesynergisticefectof the two unitscanefectivelyreduce the moisturecontentof sludge，improve itscalorific valueand incineration eficiency.The collaborativetechnologyofdeepdehydrationanddryngunitshelpstoachieveharmless，reduced，andresourcefultreatment of sludge，significantlyeducingpolutantemissonsduring incinerationprocesses，andhasbroadappicationprospectsand enormous promotion value.

Keywords:deep dehydration;drying unit; collaborative technology;sludge incineration; disposal

大慶市生活垃圾焚燒發電廣配套污泥集中處置工程日處理300t污泥（含水率 80% ），該項目采用“超高壓立式擠壓深度脫水 + 圓盤熱干化 + 垃圾發電廠協同焚燒”技術，是“擠壓脫水 + 干化”技術首次用于國內污泥協同焚燒的項目。為了提高能源使用效率，系統內集成余熱鍋爐，回收并再利用熱能。此外，項目還配備全面的輔助系統，涵蓋煙氣凈化系統、惡臭氣體處理系統、廢水處理設施以及飛灰固化處理裝置，確保整個處理過程的環保與高效。

1深度脫水與干化單元技術

1.1 深度脫水技術

污泥深度脫水技術的目標是將污泥處理后的含水率控制在 55%～65% ，特定情境下甚至可進一步降低。該技術出現于20世紀，至20世紀末在全球范圍內得到廣泛推廣。針對污泥的深度脫水處理，當前主要存在2種手段，即機械脫水與污泥干化。機械脫水作為一種在全球范圍內廣泛應用的污泥含水率降低技術，憑借其高效且經濟的運作特點，贏得普遍的贊譽。污泥水分主要由自由水和結合水組成，其中，結合水可細分為毛細管結合水、表面結合水及細胞內部水分。傳統機械脫水技術主要致力于脫除污泥中的自由水分，但其效果常受制于固液分離的天然局限，相比之下，污泥干化技術能夠超越這一局限，提升污泥脫水效率。污泥干化實則是一個水分蒸發過程，需要將液態水轉化為氣態，這一轉變過程伴隨大量的能量消耗，同時帶來能耗高、尾氣處理復雜、設備投資大等諸多挑戰[1。本項目采用高壓立式壓濾技術，該技術是一種高效的固液分離技術，同時具備洗滌、脫水和風干功能，能夠顯著提高過濾效率和產品質量，污泥深度脫水系統如圖1所示。本項目是國內首個將高壓立式壓濾技術應用于污泥協同焚燒處置的項目，具有良好的行業示范意義。

1.2干化單元技術

污泥干化技術主要分為3類，即直接加熱式干化技術、間接加熱式干化技術以及直接-間接綜合型干化技術。在直接加熱式干化技術中，高溫煙氣被直接導入設備內部與污泥進行熱交換，此方式顯著提升熱傳遞效率，然而尾氣凈化處理成為亟待解決的關鍵問題。相對而言，間接加熱型干化則采用熱交換器作為媒介，借助導熱油或蒸汽等媒介將高溫煙氣的熱能傳遞給污泥，此過程伴隨一定的熱能損耗。直接－間接型綜合干化技術融合前兩者的優點，然而，隨著技術復雜度的提升，設備性能要求更為嚴苛。該技術的核心是熱物理學理論，其目的在于有效去除污泥水分，促使干化產物常呈現為粉末狀或顆粒狀。在我國，常用的污泥干化方法包括污泥干化床、生物干化以及熱干化等手段[2-3]

污泥熱干化技術是現代污泥處理中廣泛采用的方法之一，它利用外部熱源驅動污泥內部水分的蒸發，達成污泥干化的目的。此技術展現出占地面積小、能顯著減少污泥含水比例的優勢，并能依據后續污泥處置的具體需求靈活適配多種干化方式。然而，在實際部署中，熱干化技術亦面臨若干挑戰，如設備運行能耗偏大、存在粉塵引發爆炸的安全風險等問題。鑒于此，為了促進該技術的廣泛應用，持續的技術革新與優化顯得尤為必要。

2深度脫水與干化單元協同技術在污泥焚燒處置中的應用

2.1工藝流程

為了實現污泥無害化、減量化和資源化利用的最大目標，本項目采用超高壓立式擠壓深度脫水、圓盤熱干化及垃圾發電廠協同焚燒流程。在此基礎上，項目還配備余熱鍋爐設施，旨在回收熱量并生成蒸汽，這些蒸汽隨后被用于污泥的干化作業。此外，項目建立全面的污泥貯存體系、煙氣凈化系統、廢水處理裝置、氣味管理系統及飛灰處置系統等核心環節，詳細的工藝流程如圖2所示。

2.2關鍵設備

本項目的關鍵設備在于深度脫水裝置與干化裝置，其選型對于確保整個工廠的穩定運行與高效作業至關重要。鑒于項目污泥來源的多樣性，選型過程綜合權衡安全性、可靠性、能效性以及運行穩定性，最終決定采用立式壓濾機與臥式圓盤干化機作為核心的深度脫水與干化設備，利用垃圾焚燒爐進行協同處理。

2.2.1 立式壓濾機

采用超高壓立式壓濾機，單套處理能力為 100t/d 配套移動式壓濾料框、裝卸料一體機、絲杠升降機、液壓站和工作平臺等，壓濾主機采用碳鋼防腐材質，自帶控制柜。超高壓立式壓濾機利用高壓擠壓與高壓氣吹干的作用，將漿料中的濾液壓出，達到固液分離的目的。該設備依托成熟的液壓系統，采用垂直壓榨的方式對濾布包覆的分層疊放的污泥進行擠壓脫水。設備液壓壓頭直接作用在泥餅上，受力均勻，單位面積壓強較大，壓濾后泥餅直徑僅為 5～6mm ，遠小于板框壓濾機的泥餅厚度（ 10～15mm ），易破碎。為提高效率及滿足后續處理工藝要求，該高壓機械脫水干化設備可根據終端處理工藝對泥餅含水率的要求，配置1～4級脫水工藝，含水率可控制在 60% 以下，泥餅含水率隨著壓榨脫水工藝級數的增加而降低，脫水干化污泥的單位時間產能不變，電耗只有少量增加。

2.2.2 臥式圓盤干化機

污泥干化采用臥式圓盤干化機（間接加熱），使用蒸汽作為熱媒，單套處理能力為 100t/d 。干化裝置由固定組件定子以及內置其中并旋轉的熱轉子構成，其中熱轉子是核心部件。熱轉子設計為一個水平配置的中空主軸，其上垂直焊接多個相連的中空圓盤，這些圓盤通過主軸相互貫通，以傳輸熱介質，整個轉子結構由滾動軸承支撐，在固定的圓筒形外殼（即定子）內部進行緩慢旋轉。定子作為圓柱狀空心筒體，可配置加熱夾套，而圓盤（連同定子的加熱夾套）可采用蒸汽、熱水或導熱油作為熱源進行加熱。圓盤直徑小于定子內徑，其間環形間隙供物料通過，圓盤邊緣裝有攪拌污泥的插板（包括固定和可調插板），供貨商調試時優化調定，以確保干化效果，圓盤間有定子上的刮刀，防止物料黏結并攪拌混合。污泥經刮板輸送機送入干化機，在圓盤和攪拌刀作用下緩慢通過，干化后半干物料由卸料螺旋排出，干化機內保持負壓，防臭氣外溢，蒸汽經管道進入除塵器和冷凝器，排汽溫度為 105^°C ，防止腐蝕。干化機運行中僅需微調，以穩定物料水分和溫度，通過調節熱媒參數、填料狀況和給料量，可改變干化效果，物料在干化機內的輸送速度通過調節插板角度和攪拌器進行控制，達到最佳干化效果。

2.2.3 垃圾燒爐

垃圾焚燒發電技術具有資源化利用率高、無害化處理效果好及占地面積小等優點，近年來見證了焚燒發電站數量的迅猛增長，成為污泥焚燒處置的有效設施之一。垃圾焚燒爐的運作機制主要依賴煤、燃油、天然氣等燃料的燃燒過程，旨在通過高溫焚化將垃圾碳化，實現消毒與無害化處理目標。焚燒作業期間，垃圾于爐膛內充分燃燒，釋放的高溫煙氣隨后進入二次燃燒室，在燃燒裝置的強制助燃作用下確保垃圾完全燃燒，然后通過除塵等處理后排放到大氣中。本項目選用垃圾電廠的3臺單臺處理能力 500t/d 的焚燒爐，采用污泥與生活垃圾混合焚燒，為污泥的輸送和給料配備專門設備，不與生活垃圾共用。同時，考慮污泥焚燒飛灰量大對尾部受熱面和煙氣凈化系統的影響，混燒溫度不得低于 850^°C 。

2.3入爐污泥含水率選定

污泥入爐時的含水率是系統設計的關鍵參數，對系統的構建成本及運營費用具有至關重要的影響。從熱力學平衡的視角來看，污泥焚燒生成的蒸汽若能被有效用于污泥的干燥過程，當系統達到最小額外蒸汽補充量并實現熱利用最大化時，系統的能效將最為理想。因此，進行詳盡的計算，為了確定既能滿足干化需求又能保證焚燒爐在最小蒸汽補充下維持自穩燃燒的最佳污泥含水率，分析不同含水率污泥焚燒后產生的蒸汽量，若污泥人爐含水率低于最優值，可能會導致爐膛溫度超出安全限值，則需要采取噴水降溫措施；反之，若污泥含水率高于最優水平，則需增添燃料，以保持爐膛溫度，從而確保污泥能夠穩定燃燒[4-5]。經過深人的熱力學平衡分析和優化計算，全面考量污泥的黏性特征、熱值變化等因素，確定污泥入爐前的最佳含水率應控制在 40% 以下，以更好地契合項目的實際需求。

2.4工藝及配套設計

2.4.1 接收儲存系統

本項目引入3套高效能的濕污泥液壓滑架料倉，每套料倉的有效容積高達 150m³ ，總儲存能力達到

450m³ 。這些鋼制滑架料倉能夠穩固接收來自污水處理廠的脫水污泥，還能有效防止污泥在儲存過程中的變質和泄漏。每套濕污泥液壓滑架料倉的底部均配備1臺柱塞泵，以實現污泥的高效輸送。其中，1臺柱塞泵的流量設定為 25m³/h ，以滿足大流量輸送的需求；2臺柱塞泵的流量則均為 10m³/h ，以提供更加靈活和多樣的輸送選擇。這樣的配置不僅提高輸送效率，還增強系統的穩定性和適應性。為了進一步提升系統的靈活性和智能化水平，在輸送系統中融入電動閥門技術。這些電動閥門可以輕松切換污泥的輸送路徑，使其能夠進入不同的立式擠壓機或干化機進行處理。這一創新設計不僅可以簡化操作流程，還大大提高污泥處理的效率和靈活性。針對含水率高達 80% 的污泥，在底部采用柱塞泵輸送，這種輸送方式不僅能夠有效應對高含水率污泥的輸送難題，還能確保污泥在輸送過程中的穩定性和連續性。同時，柱塞泵的高效性能大大縮短污泥的輸送時間，提高整體處理效率。

2.4.2 污泥超高壓擠壓脫水系統

污泥超高壓擠壓脫水系統配備2套立式設備，日處理量各達 100t （針對含水率 80% 的污泥）。該系統運用高壓與摩擦機理初步破壁，后加調理劑于調理罐中攪拌，改變污泥性質，提升其固液分離性能。改性污泥再經高壓破壁，均勻鋪于濾布間（厚度約 1cm ），以之字形運輸至壓濾倉疊加，待污泥填滿料框（單次最大質量6t），啟動液壓系統增壓至 15～20MPa ，污泥受壓后濾水，含水率降至 55% 以下，隨后濾布拉出，泥餅自動脫落至輸送系統，每批次約耗時 ^1h ，日處理量為 100t 該系統集薄層布料、多級高壓壓榨、泥餅出料于一體，可根據需求配置 1～4 級脫水工藝，泥餅含水率控制在 60% 以下，產能穩定，電耗微增。

2.4.3 污泥熱干化系統

本項目采用一種結合熱干化與載氣冷凝技術的污泥干化流程，該流程采用余熱鍋爐供給的飽和水蒸氣作為熱能傳輸媒介，詳細流程如圖3所示。項目部署3臺臥式圓盤干化裝置，設計的污泥入料含水率為80% ，而出料污泥的含水率則被減至 40% ，每臺干化機的換熱面積設定為 50m² ，具備 2.8t/h 的蒸發能力。污泥水分蒸發過程會釋放含有惡臭物質的廢氣，此廢氣在干化設備內部逆向流動上升，直至被設置在污泥進料端口上端的廢氣收集設備截留，并被引導至尾氣冷凝系統。在該冷凝系統內，廢氣通過與冷卻循環水的間接熱傳遞進行熱交換，從而實現水分的冷凝和回收，隨后，不凝氣體與水蒸氣經過除霧器的深度除雜處理，由尾氣風機抽取并傳送至焚燒爐，以進行后續的尾氣處理。污泥干化處理后，其含水率被有效降低至約 40% ，隨后這些污泥被送人焚燒爐的中間干污泥儲存倉暫存，接著通過污泥螺旋輸送裝置，這些污泥被有序地送入燒爐內部進行燒處理。

2.5運行性能

經成分分析，所得干化污泥組成與相關物理性質參數如表1所示。數據顯示，干化污泥的含水率已降低至 40% 以下，其低位熱值約為 7900.30kJ/kg ，這一數值充分表明干污泥能夠滿足焚燒工藝的要求，還能作為補充燃料為整個系統供給附加的能量。此外，干污泥的硫含量極低，僅為 0.64% ，這一水平接近低硫煤的含硫量，從而顯著降低污泥焚燒過程中尾氣處理的復雜性和難度。

在污泥焚燒處置領域，深度脫水與干化單元協同技術的探索與實踐標志著污泥處理技術的一大進步，也為應對環境污染與資源回收的雙重挑戰提供創新思路。這一技術綜合應用后，污泥含水率得以顯著降低，不僅大幅提升焚燒效率與熱能利用率，還有效減少污染物排放，促進污泥處理過程的節能減排與資源循環。未來，隨著技術的不斷優化與成本的進一步降低，深度脫水與干化單元協同技術有望在污泥處理項目中得到更廣泛的應用，為實現污泥處理的綠色化、高效化、資源化目標貢獻更大力量。在科研工作者與工程技術人員的共同努力下，這一領域將持續創新，為環境保護與可持續發展事業開辟更加廣闊的道路。

3結論

參考文獻

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