城市污泥焚燒處理及耦合發(fā)電的技術(shù)研究

方永平

摘要：隨著國內(nèi)城市化進程的持續(xù)發(fā)展，城市產(chǎn)生了大量的污泥，通過對城市污泥焚燒處理，并結(jié)合地區(qū)熱電廠的現(xiàn)有設(shè)備和系統(tǒng)，對污泥的熱量充分利用進行耦合發(fā)電，從而達(dá)到污泥的利用、無害化以及資源化的目的，具有良好的經(jīng)濟與社會效益。

1背景

隨著國內(nèi)城市化進程的持續(xù)發(fā)展，城市人口快速增加，產(chǎn)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(wèi)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(jīng)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(chǎn)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(dá)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(fā)為水蒸氣，有機物變成了可燃?xì)怏w，無機物則變成了極少量的灰燼。由于焚燒殘渣在性質(zhì)上發(fā)生了根本改變，其最終處置相對較為容易，可作為生產(chǎn)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(fā)電，從而達(dá)到污泥的利用、無害化以及資源化的目的。

國家能源局和環(huán)境保護部下發(fā)了《關(guān)于開展燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技改試點工作的通知》（國能發(fā)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(chǎn)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(qū)，優(yōu)先選取熱電聯(lián)產(chǎn)煤電機組，布局燃煤耦合垃圾及污泥發(fā)電技改項目”。

2污泥焚燒技術(shù)研究

污泥焚燒可實現(xiàn)污泥最大限度的減量化，病原物質(zhì)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(shè)備處理使排放氣體達(dá)標(biāo)排放，污泥燃燒產(chǎn)生熱能可發(fā)電。根據(jù)我國的污泥處置政策和技術(shù)要求和本地區(qū)現(xiàn)有熱電廠的實際情況，利用電廠協(xié)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(shù)路線

污泥在焚燒前，一般應(yīng)先進行脫水處理甚至熱干化，以減少焚燒負(fù)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(shè)備，直接送入鍋爐爐膛，在爐膛中被加熱、揮發(fā)并燃燒。脫水污泥直接焚燒的優(yōu)點是系統(tǒng)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(shè)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(jīng)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(zhì)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(yōu)點，但脫水后的污泥含水率仍然較高，數(shù)量較大，對于處置量大的項目，對設(shè)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(jié)合了污泥深度脫水和熱干化的優(yōu)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(yīng)污泥焚燒鍋爐的運行。目前，國內(nèi)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(fù)雜，設(shè)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(tǒng)接收后，通過污泥輸送系統(tǒng)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(huán)使用，干燥機干燥污泥蒸發(fā)出的水分和不凝氣經(jīng)冷凝或洗滌后去除水分，不凝氣體經(jīng)除臭等處理后排放或作為電廠鍋爐一次風(fēng)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(dǎo)熱油、煙氣、電等），通過熱干化設(shè)備，使污泥中的水分蒸發(fā)，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(zhì)量減少了71.43%，干化后的污泥由于數(shù)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(wěn)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(jù)文獻(xiàn)《1000MW燃煤鍋爐污泥摻燒試驗研究與工程應(yīng)用_張宗振》、《700MW燃煤發(fā)電廠污泥摻燒技術(shù)應(yīng)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(wěn)定、鍋爐參數(shù)和受熱面工作的安全性不會產(chǎn)生不良影響。根據(jù)一些電廠對摻燒市政污泥的相關(guān)試驗結(jié)果表明，當(dāng)摻燒比例較小時，對爐內(nèi)的燃燒進行觀察，發(fā)現(xiàn)火焰均很明亮，燃燒穩(wěn)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(nèi)，不會對鍋爐的穩(wěn)定燃燒產(chǎn)生太大的影響。

當(dāng)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(xiàn)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(xiàn)有熱電廠進行污泥摻燒能充分利用現(xiàn)有電站的脫硫除塵排放系統(tǒng)，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(shè)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(jié)論

1）通過利用電廠現(xiàn)有的系統(tǒng)和設(shè)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(qū)域的污泥、藥渣等城市廢棄物進行摻燒處理符合國家有關(guān)部門電廠耦合發(fā)電、保護環(huán)境相關(guān)文件和要求，對保護好環(huán)境，節(jié)約資源和開發(fā)新能源，實施可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略有重要意義;

2）隨著國家“碳達(dá)峰”、“碳中和”戰(zhàn)略的實施，火電廠轉(zhuǎn)型的任務(wù)更為緊迫。通過高效清潔處理城市廢棄物，解決當(dāng)?shù)丨h(huán)境保護和城市發(fā)展過程中的難點和痛點，能增強電廠與所處地區(qū)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(nèi)項目上得到應(yīng)用，成熟的技術(shù)路線和成熟可靠，不存在工程技術(shù)風(fēng)險，有大規(guī)模推廣利用價值。