病死動物回轉(zhuǎn)窯焚燒處理工藝設(shè)計與應用

曹偉華

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司，上海 200092）

1 工程背景概述

病死動物無害化處理是有效防控動物疫病、確保動物產(chǎn)品質(zhì)量安全的重要環(huán)節(jié)。各地開展動物無害化處理工程建設(shè)，將有效緩解病死動物無害化處理能力不足的現(xiàn)狀，提高動物疫病防控整體水平，保障畜牧業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定發(fā)展，保障人民身心健康和生命安全，提高環(huán)境衛(wèi)生水平和人民生活質(zhì)量，改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境，促進社會穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展［1］。

動物無害化處置主要有焚燒、化制、掩埋、發(fā)酵、化學處理等幾種方法［2］。高溫焚燒優(yōu)點是減容量顯著，適應性最廣，可以徹底消滅所有有害病原微生物，是徹底安全的處理方式，但其成本相對較高，國內(nèi)應用還不普遍，目前上海率先進行了焚燒處理的探索［3］，在異味控制、煙氣排放工藝技術(shù)等方面，積累了一定的經(jīng)驗［4-5］，也面臨穩(wěn)定進料、臭氣控制等難點。

上海崇明動物無害化處理廠項目占地2 hm2，場地呈矩形，總圖布置上充分滿足生產(chǎn)工藝流程和運行管理方便的要求，按照功能劃分為3個區(qū)域，分別為管理區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、防疫隔離區(qū)。管理區(qū)主要包括門衛(wèi)、綜合樓等；生產(chǎn)區(qū)主要為綜合處理車間，在其周邊配套了污水處理站、變配電站等輔助設(shè)施；管理區(qū)與生產(chǎn)區(qū)之間設(shè)置防疫隔離區(qū)，防疫隔離區(qū)主要通過綠化帶及圍墻隔離，確保防疫安全。

結(jié)合上海本地已有的動物無害化處理運行經(jīng)驗，該項目仍采用焚燒工藝，將重點遵循工藝穩(wěn)定、環(huán)保達標、衛(wèi)生安全的原則進行設(shè)計，力求在病死動物焚燒處理工程工藝設(shè)計、環(huán)保、衛(wèi)生等方面，探討回轉(zhuǎn)窯焚燒在病死動物處理中的應用，為類似工程的實施提供借鑒。

2 工程設(shè)計流程及參數(shù)

2.1 建設(shè)規(guī)模與物料特性

本工程每日24 h運行，最大處理能力為833 kg/h，處理量20 t/d。主要處理對象為上海崇明區(qū)各類病害動物及動物產(chǎn)品。病死動物主要由蛋白質(zhì)、脂肪、水和無機鹽等組成，由于畜禽類型不同，其成分組成會有一定的變化，所占比例大致為：蛋白質(zhì)約占10%，脂肪約占20%，體液和無機鹽約占70%，平均低位熱值為6 278～8 372 kJ/kg。

根據(jù)地區(qū)畜禽養(yǎng)殖分布情況，病死生豬占處理對象的80%以上。對上海市死亡生豬進行檢測，其低位熱值為7 995 kJ/kg，物料組分平均值見表1。輔助燃料采用0號柴油。

表1 物料組分Table1 Material composition

2.2 工藝總體流程

動物無害化處理中心規(guī)劃重點突出防疫、環(huán)保、耐用。從這個角度出發(fā)，進場病死動物進入卸料區(qū)后，全部在全封閉負壓環(huán)境中操作運行。

動物無害化處理站主要由收集儲存系統(tǒng)、破碎輸送系統(tǒng)、焚燒系統(tǒng)、余熱利用系統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)等組成。主要工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程Figure 1 Process flow

病死動物經(jīng)專用收集車輛收集后送至廠內(nèi)，經(jīng)計量和車輛清洗消毒通道后，送至綜合處理車間的卸料間。不能及時處理的卸料至周轉(zhuǎn)箱后運入冷庫暫存，能及時處理的卸料至半地下設(shè)置的儲罐存放，儲罐中的物料通過底部設(shè)置的螺旋輸送機，輸送至切割機進行破碎處理，切割后的物料由輸送泵送入回轉(zhuǎn)窯焚燒爐。

經(jīng)切割后的動物尸體，在回轉(zhuǎn)窯及二燃室充分燃燒。物料燃燼后產(chǎn)生的爐渣由專用出渣裝置排出。二燃室出口煙氣依次進入余熱鍋爐和急冷塔降溫，余熱鍋爐利用焚燒產(chǎn)生的熱量生產(chǎn)蒸汽。由于原料成分中硫、氯等酸性成分相對較低，為盡可能地減少廢水處理量，煙氣凈化采用干法脫酸加兩級除塵工藝。鍋爐出口煙氣進入急冷塔急冷，然后進入干式脫酸塔，噴入石灰和活性炭脫除酸性氣體和重金屬類物質(zhì)，經(jīng)旋風除塵器去除大部分顆粒物后，進入布袋除塵器進一步降低煙氣中粉塵濃度，最后經(jīng)引風機，從煙囪達標排放。

經(jīng)物料平衡計算，按照處理規(guī)模833 kg/h、熱值7 995 kJ/kg計算，回轉(zhuǎn)窯需助燃空氣2 571.3 m3/h，二燃室需助燃空氣1 714.2 m3/h，進入煙囪煙氣量7 228.1 m3/h。焚燒線爐渣產(chǎn)生量28.88 kg/h，飛灰產(chǎn)生量14.86 kg/h。余熱鍋爐可產(chǎn)生1.03 t/h的飽和蒸汽。

2.3 主要系統(tǒng)參數(shù)

2.3.1 收集、儲存系統(tǒng)

1）卸料與儲存系統(tǒng)。綜合處理車間一樓設(shè)置專門的卸料間，能及時處理的病死禽畜及動物產(chǎn)品直接卸入半地下式儲罐，儲罐容量為40m3；不能及時處理的，卸料至周轉(zhuǎn)箱，由叉車運入冷庫暫存，處理時通過叉車轉(zhuǎn)運倒入儲罐?？罩苻D(zhuǎn)箱清洗消毒后循環(huán)使用。

2）冷庫系統(tǒng)。病死動物產(chǎn)生隨著季節(jié)、氣溫的不同而波動，尤其極冷極熱天氣動物尸體產(chǎn)生量較大。同時考慮到突發(fā)動物疫情大量畜禽集中處置的應急能力，并確保焚燒系統(tǒng)穩(wěn)定，需設(shè)置冷庫。本項目冷庫考慮至少3 d的儲存量，面積約234m2。

3）清洗消毒系統(tǒng)。對卸料區(qū)及卸空后的周轉(zhuǎn)箱采用高壓水槍進行清洗，再經(jīng)消毒后送入存放間待用。

2.3.2 破碎輸送系統(tǒng)

本系統(tǒng)為動物性物料密閉投料系統(tǒng)的輸送部分，系統(tǒng)包括破碎機、預推進螺旋、輸送泵、密閉管道系統(tǒng)等設(shè)備，實現(xiàn)動物性物料經(jīng)破碎后定時定量輸送。

1）破碎機。利用破碎機來縮減動物尸體以及屠宰場的各種內(nèi)臟及骨料的大小。破碎后，動物性物料成為約50mm大小的肉塊，并含有大量骨質(zhì)顆粒、黏度較高的液體（血水等）。

2）預推進螺旋。該設(shè)備用于破碎后物料輸送至輸送泵，能夠推進含大量黏稠液體的動物組織，包括堅硬的動物骨頭，確保物料輸入輸送泵的穩(wěn)定性，螺旋輸送量625～1 000 kg/h，功率4 kW。

3）輸送泵及管道。該部分是自動進料系統(tǒng)的核心，采用不銹鋼輸送泵，配置直徑250mm不銹鋼管道，管道具有電伴熱裝置和壓縮空氣清潔裝置，同時配備自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)動物性物料在恒溫條件下定時定量輸送，輸送量625～1 000 kg/h，滿足焚燒系統(tǒng)進料需求。

4）應急進料系統(tǒng)。應急進料系統(tǒng)由應急料倉、應急進料口和裝載機構(gòu)等組成，一般情況應急進料系統(tǒng)不工作，當自動進料系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可使用應急進料系統(tǒng)進行臨時上料。

2.3.3 焚燒處理系統(tǒng)

焚燒系統(tǒng)主要包含回轉(zhuǎn)窯、二燃室?；剞D(zhuǎn)窯適應熱值范圍較大，病死動物的熱值約7 995 kJ/kg，在其適應范圍內(nèi)，是比較合適的焚燒爐。物料在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)充分氧化、熱解、燃燒，燃燒后產(chǎn)生的煙氣進入二燃室再次燃燒。回轉(zhuǎn)窯和二燃室各設(shè)置1臺燃燒器，采用0號柴油作為輔助燃料，具備二段調(diào)節(jié)功能，燃油量50～150 kg/h。二燃室配置二次供風裝置，使未完全燃燒的可燃性氣體得以充分燃燒，并保證二燃室溫度達到850℃以上，燃燒所產(chǎn)生的煙氣從二次供風出口到鍋爐換熱面停留時間應大于2 s。物料燃燼后產(chǎn)生的爐渣由專用出渣裝置排出。本項目設(shè)計回轉(zhuǎn)窯內(nèi)徑2 000 mm，長度10 000mm，斜度1.5%，設(shè)計轉(zhuǎn)速0.1 ～1.0 轉(zhuǎn)/min；二燃室本體高度10 000mm，本體直徑2 400mm。

2.3.4 余熱利用系統(tǒng)

余熱利用系統(tǒng)主要包括余熱鍋爐、余熱鍋爐水循環(huán)單元和余熱鍋爐輔助設(shè)備，考慮余量，配置余熱鍋爐額定蒸發(fā)量2 t/h、1.25 MPa飽和蒸汽。

2.3.5 煙氣凈化系統(tǒng)

項目執(zhí)行GB 18485—2014生活垃圾焚燒污染控制標準、DB 31/768—2013生活垃圾焚燒大氣污染物排放標準的要求，為確保煙氣達標排放，二燃室出口處設(shè)置SNCR脫硝裝置，焚燒煙氣凈化工藝采用“煙氣急冷+干法脫酸（含活性炭吸附）+旋風除塵+布袋除塵”的組合工藝。急冷塔煙氣入口溫度550℃，煙氣出口溫度小于200℃，急冷塔尺寸直徑2 800mm，高10 000mm，雙流體噴嘴1個，可形成30～70μm的霧粒，水壓0.6 MPa，氣壓0.6 MPa，設(shè)置4m3/h的水泵；干式脫酸塔煙氣入口溫度200℃，脫酸塔立式，順流添加消石灰、活性炭；旋風除塵器煙氣入口溫度180℃，設(shè)備阻力小于1 000 Pa；布袋除塵器過濾面積200m2，阻力小于1 500Pa；引風機風量14 000 m3/h，全壓5 500 Pa；煙囪出口直徑800mm，高35 000mm。

2.3.6 安全設(shè)施

車間進行可靠的安全設(shè)計，配置消防水池和消防系統(tǒng)，在卸料區(qū)等位置設(shè)置安全洗眼器。出入口設(shè)置明顯安全標志，回轉(zhuǎn)窯周邊設(shè)置安全圍欄等。

2.4 除臭系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)項目特點，綜合處理車間負責動物尸體的卸料、暫存、破碎和焚燒，是臭味的主要來源。焚燒系統(tǒng)自進料開始均處于密封、負壓狀態(tài)，二燃室內(nèi)動物尸體高溫焚燒，焚燒過程已將惡臭污染物分解，出渣無惡臭氣味。因此動物尸體的卸料、暫存、破碎作業(yè)的卸料大廳、破碎間、冷庫和應急工況的人工備用加料作業(yè)區(qū)域是本項目除臭處理的重點區(qū)域。

1）設(shè)備密封、土建隔斷、氣流阻隔。單獨設(shè)置卸料大廳和破碎間，卸料倉帶密封蓋板，對臭氣濃度較高的破碎間區(qū)域作相應隔斷，以減少破碎作業(yè)時臭氣溢出。卸料大廳外門口設(shè)向下吹風風幕機，以減少動物尸體轉(zhuǎn)運車進出卸料大廳產(chǎn)生的氣流擾動。

2）風管收集和末端處置。本項目設(shè)有2組臭氣收集處理系統(tǒng)：①收集綜合車間內(nèi)卸料區(qū)、儲罐、破碎機平臺區(qū)、物料輸送設(shè)備區(qū)、周轉(zhuǎn)箱清洗區(qū)等產(chǎn)生的臭氣，其特點是大風量、中低濃度，臭氣污染物質(zhì)成分較為復雜，采用單一的除臭措施不能達到較好的除臭效果。洗滌法，具有抗負荷沖擊能力強、運行啟停靈活等優(yōu)點?；钚蕴课椒ǔ魧Φ蜐舛瘸魵馓幚硇Ч?，結(jié)合經(jīng)濟運行，常用于環(huán)境空氣品質(zhì)控制要求高、串聯(lián)于其他除臭工藝之后的工序。離子氧法，除能分解有機惡臭外，還具有一定的抑制細菌作用。因此采用“植物液洗滌法+活性炭吸附法+離子氧法”的組合除臭工藝，可以確保整體除臭效果。處理規(guī)模80 000m3/h，經(jīng)直徑1.2 m、高15m排氣筒排放。②主要收集污水站產(chǎn)生的臭氣，收集范圍包括格柵井、調(diào)節(jié)池、氣浮池、MBR系統(tǒng)、污泥池、污泥脫水間、污泥儲存間等，其臭氣量少，濃度低，采用離子氧法除臭處理，處理規(guī)模2 000m3/h，合并至綜合車間除臭排氣筒排放。

2.5 清洗消毒系統(tǒng)

清洗消毒系統(tǒng)是衛(wèi)生設(shè)計的重點，包含車輛清洗消毒和人員更衣消毒兩部分。

設(shè)置兩個出入口，分別為管理區(qū)的人員出入口和生產(chǎn)區(qū)的物流出入口，有效減少人流和物流之間的干擾。物流通道上設(shè)置車輛清洗系統(tǒng)和車輛消毒系統(tǒng)，清洗系統(tǒng)主要用清水，消毒系統(tǒng)采用霧化噴頭，消毒劑為0.5%～1%的聚維酮碘溶液。

在管理區(qū)和生產(chǎn)區(qū)之間的防疫隔離區(qū)設(shè)置了更衣消毒間，來往兩個功能區(qū)的人員必須經(jīng)過更衣消毒間，確保廠區(qū)衛(wèi)生安全。更衣消毒系統(tǒng)采用兩級更衣消毒，即一級為更換工作服和工作鞋，二級為穿上防疫服，通過地面消毒池和頂部噴霧消毒的消毒通道。消毒劑為0.5%～1%的聚維酮碘溶液。

3 測試指標與分析方法

本項目正常運行情況下產(chǎn)生的有組織廢氣主要為焚燒工藝煙氣和項目除臭設(shè)施臭氣。

廢氣在線監(jiān)測根據(jù)HJ/T 75—2007固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范（試行）的要求，焚燒工藝煙氣CEMS安裝在煙囪取樣平臺上，指標主要是煙氣量、煙氣溫度、氧含量、HCl、SO2等。除臭設(shè)施臭氣采用取樣監(jiān)測方式，監(jiān)測采樣方法參照GB/T 16157—1996固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法。

4 運行效果分析

在調(diào)試運行期間二燃室溫度穩(wěn)定達到850℃以上，連續(xù)穩(wěn)定運行超過半個月。由于原始物料中硫、氯等污染成分較低，煙囪排放的HCl為3.2 mg/m3，SO2為18.3 mg/m3，明顯低于GB 18485—2014及DB 31/768—2013的要求。綜合處理車間產(chǎn)生的臭氣經(jīng)收集處理后達到GB 14554—1993惡臭污染物排放標準中二級標準排放，廠區(qū)無臭感。初期雨水、生產(chǎn)廢水及生活污水經(jīng)三級處理（含消毒）達到回用水標準后，回用于生產(chǎn)環(huán)節(jié)和沖洗，不外排環(huán)境。項目產(chǎn)生的爐渣屬于一般固廢，飛灰經(jīng)鑒定不屬于危險廢物，進入崇明飛灰填埋場填埋處置。

總體而言，項目調(diào)試試運行后各項參數(shù)滿足設(shè)計要求和環(huán)保排放標準，并通過環(huán)保驗收，生態(tài)環(huán)境效益明顯。

5 成本經(jīng)濟分析

項目總投資7 551萬元，其中工程費用5 513萬元，按20 t/d，折算工程費投資約27.6 萬元/t。項目年運行成本613萬元，主要來自動力費、人工費、修理費及殘渣處理費等。按6 000 t/a，運行成本約1 021元/t。從投資和運行成本來看，相比化制法等處理工藝，焚燒處理工藝的投資和運行成本均略高。但考慮到焚燒處理滅殺病菌最徹底，總體安全風險可控，在處理量達20 t/d的經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)是具有可接受度的。

6 總結(jié)與展望

在各種處理工藝中，作為殺滅病菌最徹底的方式，回轉(zhuǎn)窯焚燒處理工藝能確保病死動物無害化處置過程的安全與環(huán)保，實際運行穩(wěn)定可靠。上海崇明動物無害化處理項目工藝設(shè)計整體突出環(huán)保和防疫理念，切割及進料系統(tǒng)在封閉負壓的環(huán)境內(nèi)運行，并且確保切割產(chǎn)生的血水、設(shè)備沖洗用水及臭氣全部進入焚燒爐焚燒，避免了臭氣溢散及各種疫病的傳播，同時注重防疫隔離區(qū)設(shè)計，滿足環(huán)保及防疫要求。該項目已經(jīng)安全運行超過兩年，其成功實施為我國動物無害化處理項目建設(shè)起到良好的示范作用。