燃煤鍋爐機(jī)組摻燒城市污泥的工藝技術(shù)

馬鴻良

（山東神華山大能源環(huán)境有限公司 山東濟(jì)南 250014）

我國城市污泥產(chǎn)量越來越大，且成分愈加復(fù)雜，如何對城市污泥加以處置與利用已成為人們所關(guān)注的問題。污泥的處理處置應(yīng)該以“減量化、穩(wěn)定化、無害化”為最終目的[1]，在此原則下應(yīng)選擇技術(shù)優(yōu)越、經(jīng)濟(jì)性好的技術(shù)。

污泥的處置方法主要有填埋、堆肥和焚燒等。填埋法優(yōu)點(diǎn)是處理成本低，無需高度脫水；缺點(diǎn)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(shù)進(jìn)行嚴(yán)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(jī)物熱分解徹底，尤其適合與燃煤鍋爐機(jī)組聯(lián)合使用，已經(jīng)成為處置污泥的最有效技術(shù)之一。

1 燃煤鍋爐機(jī)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(jī)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(jìn)行，而且燃燒的穩(wěn)定性對含水率的變化適應(yīng)很差；另外高含水率使污泥體積龐大，增加了焚燒過程中運(yùn)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(gè)復(fù)雜的熱處理系統(tǒng)，焚燒系統(tǒng)是主要設(shè)施，配套設(shè)施有三部分，（1）污泥干化系統(tǒng)；（2）煙氣凈化設(shè)系統(tǒng)，對尾氣進(jìn)行處理，以便達(dá)到規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)；（3）熱量回收利用系統(tǒng)，對焚燒所釋放的熱量進(jìn)行回收利用[3]。

單獨(dú)建設(shè)城市污泥焚燒系統(tǒng)必須設(shè)置以上的各部分系統(tǒng)，從而使整個(gè)工藝的流程變得復(fù)雜，而將干化后的污泥送入火力發(fā)電廠、熱電廠、工廠的自備電廠等的燃煤鍋爐機(jī)組，與燃煤混合后進(jìn)行摻燒，充分利用現(xiàn)有機(jī)組的相關(guān)設(shè)施，能同步解決整個(gè)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(jīng)過初步脫水后的污泥，含水率為80%左右，采用鍋爐機(jī)組的煙氣余熱作為熱源，在干燥機(jī)內(nèi)對污泥進(jìn)行加熱，水分蒸發(fā)后被煙氣攜帶返回機(jī)組與排煙混合后經(jīng)處理排放。經(jīng)過干燥后的干污泥含水率降為40%左右，輸送入機(jī)組的輸煤系統(tǒng)，與燃煤混合后摻燒。

1.3 主要系統(tǒng)組成

1.3.1 濕污泥儲存與輸送系統(tǒng)

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

1.3.2 干化系統(tǒng)及煙氣系統(tǒng)

工藝熱源采用機(jī)組空預(yù)器前的煙氣，在干燥機(jī)內(nèi)煙氣同濕污泥發(fā)生直接的傳熱和傳質(zhì)作用，蒸發(fā)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(jīng)過氣固分離器分離后，通過引風(fēng)機(jī)排出。干污泥含水率可以通過調(diào)整濕污泥的給料量或高溫?zé)煔饬靠梢詠砜刂啤?/p>

1.3.3 干化后廢煙氣凈化系統(tǒng)

經(jīng)過氣固分離器的廢氣為煙氣和從污泥中蒸發(fā)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(jī)組的環(huán)保島入口的煙道，經(jīng)過凈化后排放。

1.3.4 干污泥儲存與輸送系統(tǒng)

干化后的污泥進(jìn)入干污泥儲倉，最終經(jīng)過輸送設(shè)備送入機(jī)組的輸煤系統(tǒng)，與鍋爐燃煤摻雜混合，進(jìn)入爐膛燃燒。

1.3.5 臭氣收集系統(tǒng)

污泥在儲存和倒運(yùn)過程中，會產(chǎn)生惡臭氣體，必須采取防護(hù)措施。污泥池、污泥輸送設(shè)備及管道、儲倉等都進(jìn)行封閉設(shè)計(jì)，并將其工作狀態(tài)抽為微負(fù)壓，避免污染物外溢，抽出的氣體可以作為機(jī)組的進(jìn)風(fēng)使用。

2 重點(diǎn)工藝技術(shù)分析

2.1 用于摻燒機(jī)組的適用性

城市污水處理廠多建于郊區(qū)，污泥不宜進(jìn)行長途運(yùn)輸。一方面，含水污泥的運(yùn)輸多是對其中所含水分做的無用功，造成對運(yùn)力的大量浪費(fèi)；另一方面，運(yùn)輸過程中可能造成污泥泄露、惡臭氣體散發(fā)等問題，危害城市居民生活環(huán)境。因此，摻燒適用于該城市及周邊轉(zhuǎn)運(yùn)距離不遠(yuǎn)的燃煤鍋爐機(jī)組，這符合相關(guān)國家規(guī)范的要求[4]。

火力發(fā)電廠、熱電廠、工廠的自備電廠等的燃煤鍋爐機(jī)組大小形式各異，而污泥干化的熱源來自于鍋爐空預(yù)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(jù)待處理的污泥量選擇合適的鍋爐機(jī)組，以免影響到機(jī)組的正常運(yùn)行。

2.2 干化車間的選址

污泥干化車間在廠區(qū)內(nèi)位置的選擇十分重要，除滿足廠區(qū)的總體規(guī)劃之外，還應(yīng)兼顧以下幾點(diǎn)：（1）運(yùn)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(jī)械輸送的方式輸入機(jī)組的輸煤系統(tǒng)，最終輸入原煤倉。機(jī)械輸送方式不適宜長距離進(jìn)行，所以車間宜布置在靠近輸煤廊、轉(zhuǎn)運(yùn)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?zé)釤煔庵苯右敫稍餀C(jī)，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(zhì)一般采用蒸汽、導(dǎo)熱油等，在一個(gè)封閉的環(huán)路中循環(huán)，與污泥沒有接觸，存在較大的熱損失，產(chǎn)生的廢氣量小。

采用蒸汽為熱源雖然最終產(chǎn)生的廢氣量較小，但是以從污泥中蒸發(fā)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(jī)內(nèi)和管道中極易發(fā)生堵塞、粉塵粘結(jié)等問題。鍋爐機(jī)組的煙氣溫度隨著經(jīng)過各換熱面逐漸降低，煙氣的取用點(diǎn)通常有兩處，一為省煤器和空預(yù)期之間的煙道段，一為空預(yù)器之后的煙道段。煙氣溫度分別為300℃～400℃和100℃～150℃。取用空預(yù)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(jīng)很小，如用于干化需要取用大量的煙氣，這對干燥機(jī)的設(shè)計(jì)以及整套工藝的設(shè)置都不利。而取用省煤器和空預(yù)期之間的煙氣，其中的有效熱量較多，可提高干燥機(jī)的換熱效率，最終的廢氣溫度可控制與機(jī)組排煙溫度相當(dāng)。

2.4 與輸煤系統(tǒng)的配合

污泥干化后收集下來呈現(xiàn)顆粒狀，通過輸送設(shè)備送入爐前煤倉。干污泥輸送可以采用機(jī)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(yīng)采用惰性氣體，而且煤倉也需要進(jìn)行排氣和除塵，這勢必會造成系統(tǒng)的復(fù)雜以及投資運(yùn)行費(fèi)用的提高，由此采用機(jī)械輸送的方式將干污泥輸送至輸煤皮帶上或轉(zhuǎn)運(yùn)站更為合適。鍋爐機(jī)組的輸煤系統(tǒng)通常是不連續(xù)運(yùn)行的，因此需要設(shè)置干污泥儲倉，以用于暫存輸煤系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)的干污泥，同時(shí)也能起到穩(wěn)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(xiǎn)，但在池內(nèi)長時(shí)間儲存會釋放出甲烷，甲烷聚集則極不安全，當(dāng)機(jī)組停運(yùn)而污泥池尚有余泥時(shí)，應(yīng)保持污泥池的臭氣抽除持續(xù)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(tài)下的污泥多呈現(xiàn)小顆粒狀，并含有大量的微細(xì)粉塵，在一定的氧氣、溫度、濕度等儲存和轉(zhuǎn)運(yùn)條件下，容易發(fā)生自燃和爆炸。

為防止危險(xiǎn)的發(fā)生，可采取的措施包括：（1）嚴(yán)格控制干化系統(tǒng)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(fā)生。運(yùn)行中需要盡量維持鍋爐煙氣氧含量的穩(wěn)定性，同時(shí)保證煙氣管道和設(shè)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(shè)備進(jìn)行惰性氣體保護(hù)，特別是在系統(tǒng)長時(shí)間停用的情況下；（3）在干污泥儲倉內(nèi)設(shè)置噴水管，一旦發(fā)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(chǎn)生污染物，在工藝設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮予以控制：（1）臭氣收集系統(tǒng)的設(shè)置可有效防止惡臭氣體危害工作環(huán)境，同時(shí)廠房也要進(jìn)行合理的通風(fēng)設(shè)計(jì)。（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(jī)鍋爐煙混合，通過除塵、脫硫系統(tǒng)凈化后可達(dá)標(biāo)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(zhì)帶來很大的改變，也不會增加環(huán)保島的負(fù)荷壓力。（3）污泥與燃煤混合摻燒過程中，也會產(chǎn)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(zhì)造成較大影響，完全可利用機(jī)組的環(huán)保設(shè)施予以處理。需要特別注意的是，在污泥燃燒溫度小于400℃時(shí)，會產(chǎn)生二惡英類物質(zhì)，而機(jī)組的正常燃燒溫度通常超過800℃，在此溫度下燃燒停留時(shí)間超過2s則不會產(chǎn)生二惡英。因此在機(jī)組的起爐和停爐階段，由于燃燒溫度較低，燃燒不穩(wěn)定，不能啟用污泥干化摻燒系統(tǒng)，待穩(wěn)定運(yùn)行后再進(jìn)行摻燒。（4）干污泥的灰分通常在10%～40%，實(shí)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(jié)語

污泥的干化摻燒符合國家相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策要求，能夠達(dá)到污泥處置的“減量化、穩(wěn)定化、無害化”的目標(biāo)。利用燃煤鍋爐機(jī)組中溫?zé)煔庾鳛楦稍餆嵩淳哂幸欢ǖ墓に嚰夹g(shù)優(yōu)勢，實(shí)用中應(yīng)該根據(jù)具體的工況進(jìn)行合理的工藝設(shè)計(jì)，對重點(diǎn)的工藝問題進(jìn)行特別分析，以達(dá)到與鍋爐機(jī)組的協(xié)同運(yùn)行，發(fā)揮最大效能，避免不利情況的發(fā)生。

[1]環(huán)境保護(hù)技術(shù)文件城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置污染防治最佳可行技術(shù)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(zhì)的影響[J].四川環(huán)境，2006（12）.

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

[4]城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術(shù)規(guī)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(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2010.