基于運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的污泥焚燒工程優(yōu)化設(shè)計(jì)探索

彭吉良

（上海環(huán)境集團(tuán)股份有限公司，上海市 200336）

1 項(xiàng)目概況

上海市青浦區(qū)污泥干化焚燒項(xiàng)目服務(wù)于轄區(qū)內(nèi)10 座污水廠污泥“減量化、穩(wěn)定化和無害化”處置，是長三角一體化進(jìn)程中生態(tài)環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)和諧發(fā)展的示范項(xiàng)目。項(xiàng)目位于上海市青浦工業(yè)園天辰路西段北側(cè)地塊，占地約55 畝。項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)模600 t/d（含水率80%），分2 期建成。1 期設(shè)計(jì)規(guī)模為300 t/d（含水率80%），設(shè)施設(shè)備按400 t/d 能力配置，生產(chǎn)線2條，投資約5.45 億元人民幣（含土地投資），預(yù)留2期擴(kuò)建用地。

項(xiàng)目南側(cè)為天辰路（東西走向），北側(cè)緊貼河岸。項(xiàng)目主要建筑物及設(shè)施分布從南往北依次為綜合樓、2 期建設(shè)預(yù)留地、1 期廠房（含公輔間）、臭氣/ 污水等環(huán)保設(shè)施。1 期廠房西側(cè)為進(jìn)泥端，2 條干化焚燒線由西向東布置。

項(xiàng)目干化焚燒采用“薄層干化+ 鼓泡式流化床”處理工藝；煙氣凈化選用“爐內(nèi)脫硫+SNCR（選擇性非催化還原）脫硝+ 靜電除塵+ 干法脫酸+（活性炭噴射）布袋除塵+濕式脫酸”工藝；臭氣治理采用“多級物化法+生物除臭法+活性炭法（應(yīng)急）”工藝；脫酸廢水及有機(jī)廢水分別選用“預(yù)處理+ 多介質(zhì)過濾器”、“2 級A/O+外置式MNR+高級氧化”工藝。

煙氣、臭氣和廢水處理后，排放標(biāo)準(zhǔn)分別按上海市《生活垃圾焚燒大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 31/768—2013）、《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 31/199—2018）、《惡臭(異味）污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 31/1025—2016）執(zhí)行，其中煙氣排放指標(biāo)參照“歐盟2010”中較嚴(yán)項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。爐渣與一般飛灰外送填埋；布袋飛灰視檢測結(jié)果再定性，若重金屬含量不超標(biāo)，按一般飛灰處置，若超出范圍，則經(jīng)廠內(nèi)穩(wěn)定化處理后送指定填埋場處置。

上海市青浦區(qū)污泥干化焚燒項(xiàng)目鳥瞰圖見圖1。

圖1 上海市青浦區(qū)污泥干化焚燒項(xiàng)目鳥瞰圖

2 優(yōu)化要點(diǎn)

2.1 總平面布局規(guī)劃設(shè)計(jì)優(yōu)化

國內(nèi)近十多年來開始建設(shè)運(yùn)行市政污泥干化焚燒項(xiàng)目，由于項(xiàng)目投資高、運(yùn)行成本高、污泥處置規(guī)劃不清晰等因素，建設(shè)相對遲緩[1]。與國內(nèi)已建同類項(xiàng)目均位于污水廠界內(nèi)或近鄰不同，本項(xiàng)目建設(shè)地址距最近的青浦第二污水廠至少5 km 以上，建設(shè)運(yùn)行具“孤島”特征。按現(xiàn)行環(huán)保政策要求，項(xiàng)目除建設(shè)完備的生產(chǎn)生活設(shè)施外，需獨(dú)立建造廢水、臭氣處理等環(huán)保治理設(shè)施；地塊內(nèi)建設(shè)設(shè)施多，用地緊張。本項(xiàng)目東側(cè)和北側(cè)緊鄰河岸，邊界曲折，不規(guī)則邊界不利設(shè)施布局。而且，對于項(xiàng)目運(yùn)行中環(huán)境敏感因子臭氣的控制，在總平面布置中需提前規(guī)劃，以便項(xiàng)目運(yùn)行管理。

2.1.1 優(yōu)化敏感氣態(tài)污染物排放點(diǎn)布局

運(yùn)行中產(chǎn)生的臭氣、煙氣為項(xiàng)目最主要?dú)鈶B(tài)污染排放物。本項(xiàng)目需收集外排臭氣（中低濃度）總量約8～10 萬m3/h，排放高度H≥15 m；煙氣排放量（工況狀態(tài)）約2.5～3 萬m3/h，排放高度H≥60 m。根據(jù)上海市及國內(nèi)同類項(xiàng)目的運(yùn)行情況，臭氣為最敏感污染因素之一。本項(xiàng)目選擇氣量大、排放高度低的臭氣產(chǎn)生區(qū)域及排放點(diǎn)，置于本地塊西邊偏北方向，即常年主導(dǎo)風(fēng)下風(fēng)向。同時(shí)，結(jié)合廠界北側(cè)不規(guī)則現(xiàn)狀，將占地相對小、運(yùn)行中有臭氣散發(fā)的廢水處理設(shè)施優(yōu)先布置于北側(cè)偏西方向，以減輕生產(chǎn)過程對廠區(qū)自身環(huán)境的影響。此外，將人流進(jìn)出通道、宿舍區(qū)、辦公樓在條件許可的前提下，盡量處于常年主導(dǎo)風(fēng)向上方，遠(yuǎn)離廠內(nèi)環(huán)境最敏感因子，避免臭氣因素對人員的侵?jǐn)_。

2.1.2 優(yōu)化物料轉(zhuǎn)運(yùn)組織和管線布局

根據(jù)本項(xiàng)目地塊特點(diǎn)，綜合考慮生產(chǎn)和生活設(shè)施之間的位置關(guān)系，將主廠房布置在地塊中部，南側(cè)布置廠前區(qū)（綜合樓），北側(cè)和東側(cè)邊界不規(guī)則區(qū)域布置生產(chǎn)輔助設(shè)施，通過流線優(yōu)化，優(yōu)化管線布置，縮短管線長度，實(shí)現(xiàn)減少管網(wǎng)投資、降低動(dòng)力消耗、提高物料輸送可靠性的目標(biāo)。其中，中低濃度臭氣集中散發(fā)區(qū)與臭氣凈化設(shè)施做到最近距離布置，將輸送總管道長度縮短至40 m 以內(nèi)。

2.1.3 統(tǒng)籌運(yùn)行安全和近遠(yuǎn)期用地布局

近遠(yuǎn)期平面布置方案優(yōu)選示意圖見圖2。

圖2 近遠(yuǎn)期平面布置方案優(yōu)選示意圖

本項(xiàng)目分2 期建設(shè)，根據(jù)1 期工程平面布局，2期預(yù)留地塊可置于1 期廠房南側(cè)與綜合樓之間（方案一），或置于1 期廠房北側(cè)與環(huán)保設(shè)施之間（方案二）。如2 期預(yù)留地塊置于1 期車間北側(cè)，地塊上已建的各類管線設(shè)施將限制2 期施工和作業(yè)面的拓寬，并對1 期生產(chǎn)設(shè)施的正常運(yùn)行帶來安全隱患。而將2 期預(yù)留用地置于1 期車間南側(cè)，盡管2 期施工期間對辦公區(qū)短期影響較大，但對1 期生產(chǎn)安全穩(wěn)定進(jìn)行和2 期的進(jìn)度推進(jìn)、安全施工創(chuàng)造了較好的作業(yè)空間和條件。此外，在2 期實(shí)施前，該預(yù)留地塊綠化后，可成為辦公生活區(qū)與1 期生產(chǎn)區(qū)的緩沖隔離地帶，提高人員工作環(huán)境質(zhì)量。

2.2 污泥干化設(shè)備選型優(yōu)化

根據(jù)國內(nèi)污泥泥性的調(diào)查分析，結(jié)合熱量平衡計(jì)算，發(fā)現(xiàn)當(dāng)濕污泥干化至含水率50%～60%時(shí)，呈半干化狀態(tài)污泥的低位熱值提高后可自持燃燒，能實(shí)現(xiàn)能量利用率最高和經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)狀態(tài)[2-3]。項(xiàng)目濕污泥（含水率80%）對應(yīng)的低位熱值低于544 kJ/kg，需通過半干化至含水率約55%，將污泥熱值上升至6 069 kJ/kg 后，才能實(shí)現(xiàn)污泥自持燃燒。但是，由于污泥黏滯性隨含水率變化呈突變特征，即當(dāng)污泥含水率低于45%～50%或高于60%～65%時(shí)，污泥黏滯系數(shù)將顯著降低，物料流動(dòng)性增強(qiáng)[4-5]；而當(dāng)污泥含水率處于50%～60%半干狀態(tài)時(shí)，污泥黏滯性顯著增強(qiáng)，物料在輸送過程中極易黏附并積聚在輸送設(shè)備內(nèi)腔和活動(dòng)葉片或轉(zhuǎn)子表面，降低輸送設(shè)備的輸送能力，嚴(yán)重時(shí)將堵塞輸送設(shè)備，中斷污泥物料的輸送，導(dǎo)致后續(xù)焚燒系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。

目前，國內(nèi)項(xiàng)目中槳葉式、圓盤式、薄層干化機(jī)等為污泥干化焚燒項(xiàng)目的主要選擇。與槳葉式、圓盤式等干化機(jī)換熱面更新和污泥軸向推送方式不同，薄層干化機(jī)通過轉(zhuǎn)子離心拋撒污泥于外筒內(nèi)壁，并軸向推進(jìn)將附著于內(nèi)側(cè)壁的污泥翻混攤鋪成薄餅，從而提高熱傳遞效率，加速污泥干化過程。在污泥干化過程中，污泥始終處于不斷拋撒、攤薄、翻混、剝落的循環(huán)狀態(tài)中，干化進(jìn)程中松散態(tài)污泥能穩(wěn)定通過污泥黏滯區(qū)，避免污泥在干化設(shè)備中黏滯現(xiàn)象的發(fā)生。結(jié)合干化機(jī)高程布置規(guī)劃、干化污泥進(jìn)爐距離最短化布置、處理規(guī)模以及設(shè)備匹配的合理考慮，本項(xiàng)目干化設(shè)備選擇薄層干化機(jī)，處理能力4×120 t/h（含水率80%），蒸發(fā)能力4×2 t/h。

2.3 半干污泥輸送系統(tǒng)優(yōu)化

半干化污泥因其高黏滯特性，輸送異常困難。國內(nèi)現(xiàn)已建成的污泥干化焚燒項(xiàng)目除成都、赤峰項(xiàng)目外，其余項(xiàng)目都采用“后混”進(jìn)爐焚燒工藝，將部分濕污泥含固率由20%（含水率80%）提高到70%以上，這部分干化污泥再采用水平與垂直組合干泥輸送裝置送至焚燒爐前，與另一部分未干化的濕污泥（含水率80%/含固率20%）混合后進(jìn)爐焚燒，即保證進(jìn)爐污泥熱值趨于自持燃燒熱值，以達(dá)到熱能最佳利用狀態(tài)。

2.3.1 “后混”工藝污泥輸送問題

選擇“后混”進(jìn)爐焚燒工藝，干化機(jī)一般水平布置在爐前，形成干化車間+ 焚燒車間前后布置的格局。在日常運(yùn)行中，干污泥輸送系統(tǒng)不僅會(huì)增大輸送動(dòng)力能耗，從而增加維修工作和管理成本，而且因輸送通道密封材料的老化、損壞等因素，沿線臭氣擴(kuò)散不可避免所引發(fā)的臭氣環(huán)境問題，給項(xiàng)目生產(chǎn)運(yùn)行環(huán)境的改善帶來較大負(fù)面影響。目前，國內(nèi)已建項(xiàng)目中，特別是早期建設(shè)的污泥項(xiàng)目，因干物料輸送不穩(wěn)定及衍生的臭氣問題，既給安全生產(chǎn)帶來隱患，也給操作人員帶來較大的環(huán)境壓力。因此，提高干化污泥輸送的穩(wěn)定性、控制輸送環(huán)節(jié)的臭氣治理，已成為同類項(xiàng)目優(yōu)先技改的重點(diǎn)內(nèi)容[6-7]。

2.3.2 利用垂直空間縮短輸送距離

基于上海市青浦區(qū)污泥特性，對污泥自持燃燒所對應(yīng)的半干化污泥狀態(tài)評估及熱值測算，借鑒赤峰項(xiàng)目并吸取其他項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，將污泥半干化段與焚燒段的水平向布置優(yōu)化為上下錯(cuò)層高低布置；同時(shí)，將污泥多級提升入爐的工藝流程改變?yōu)橐淮翁嵘罄弥亓T性進(jìn)爐前倉的入爐方式，充分利用焚燒車間約24 m 垂直空間以縮短輸送距離，從而突破污泥黏滯特性對污泥輸送的障礙，簡化污泥流程，減少輸送系統(tǒng)的設(shè)備臺(tái)套數(shù)量，提高輸送效能，降低輸送能耗和檢修維護(hù)成本，避免“后混”工藝的諸多運(yùn)行頑疾。具體措施為將干化機(jī)布置于焚燒主車間12.5 m 平臺(tái)，半干化污泥利用重力，自由跌落至下方平臺(tái)的半干污泥緩沖倉，再依靠短距離水平輸送，經(jīng)拋料機(jī)均勻拋灑至焚燒爐焚燒。

污泥垂直輸送示意圖見圖3。

圖3 污泥垂直輸送示意圖（單位：m）

2.3.3 污泥輸送系統(tǒng)臭氣控制優(yōu)化

通過干化段與焚燒段高低錯(cuò)位的布置、縮短污泥輸送距離、將污泥輸送過程全程置于可靠的密閉管道和腔體內(nèi)完成、污泥干化段至爐前料倉段全密封；同時(shí)，利用干化設(shè)備抽吸不凝氣的引風(fēng)機(jī)，維持輸送段、爐前倉負(fù)壓，其過程產(chǎn)生的高濃度臭氣全部通過風(fēng)機(jī)引導(dǎo)，有組織地送入爐內(nèi)燃燒，可徹底解決原有水平布置工藝輸送污泥過程產(chǎn)生的臭氣問題。

2.4 煙氣脫硫工藝優(yōu)化

煙氣脫硫工藝主要包括爐內(nèi)脫硫、干法脫硫、半干法脫硫、濕法脫硫等工藝。除香港T-PARK 污泥焚燒項(xiàng)目采用干法脫硫工藝外，國內(nèi)同類型項(xiàng)目基本采用半干法脫硫、濕法脫硫工藝。濕法脫硫工藝成熟穩(wěn)定、去除效率高，較半干法脫硫操作簡單，獨(dú)立采用可達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)，國內(nèi)同類項(xiàng)目的選址均位于污水廠界內(nèi)或緊鄰污水廠，按現(xiàn)行規(guī)定廢水可準(zhǔn)許直排，節(jié)約了脫鹽廢水處理及分離雜質(zhì)鹽處置成本，因此應(yīng)用更為普遍[8]。

本項(xiàng)目的污泥含硫率相對較高，焚燒后產(chǎn)生的煙氣SO2源強(qiáng)濃度可高達(dá)3 500 mg/L 以上。若選用濕法脫硫工藝凈化煙氣，則因“孤島”建設(shè)運(yùn)行不具備廢水直排條件，廢水設(shè)施投資及處理成本較大；同時(shí)，按上海市納管標(biāo)準(zhǔn)，廢水鹽度將至少超標(biāo)20 倍以上。因此，本項(xiàng)目通過爐內(nèi)石灰石脫硫、小蘇打干法脫硫組合工藝來凈化煙氣，以實(shí)現(xiàn)煙氣治理的達(dá)標(biāo)排放，避免高鹽濃度廢水產(chǎn)生。由于污泥源于10座污水廠，污泥性質(zhì)較復(fù)雜，其中的含硫量存在高于設(shè)計(jì)值的可能。在極端高含硫污泥焚燒工況下，為滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保監(jiān)管要求，凈化系統(tǒng)末端增設(shè)濕法脫硫裝置，利用其低煙氣濃度下的高脫硫特性，與前端“爐內(nèi)脫硫+ 小蘇打干法脫硫”聯(lián)用，可確保煙氣排放值100%滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 除臭控制措施優(yōu)化設(shè)計(jì)

臭氣是困擾污泥干化焚燒項(xiàng)目高效運(yùn)行的重要因素之一。本項(xiàng)目基于臭氣濃度高低進(jìn)行分質(zhì)控制處理來提升治理效果及運(yùn)行靈活性，將高濃度、中低濃度臭氣從散發(fā)點(diǎn)負(fù)壓密閉、臭氣收集、臭氣處理三個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化綜合治理。具體而言，根據(jù)進(jìn)爐總風(fēng)量及1 次配風(fēng)和2 次配風(fēng)的比例關(guān)系，將污泥接收倉、儲(chǔ)倉、干化機(jī)等產(chǎn)生的高濃度低氣量臭氣，分別由1 次風(fēng)機(jī)和干化機(jī)不凝氣風(fēng)機(jī)引入焚燒爐燃盡。該部分高濃度臭氣占項(xiàng)目臭氣污染當(dāng)量50%以上，將其引入爐內(nèi)燃燒凈化，不僅降低了臭氣處理系統(tǒng)投資及運(yùn)行成本，而且大幅度減少了末端臭氣處理負(fù)荷。

同時(shí)，依據(jù)中低濃度臭氣散發(fā)區(qū)域空間特征，對相關(guān)散發(fā)空間進(jìn)行科學(xué)分割，以減少不必要的換氣空間，降低每個(gè)隔斷空間的單次換氣量，并根據(jù)不同臭氣濃度及不同運(yùn)行工況條件，借助各隔斷空間收集支管上設(shè)置的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)不同散發(fā)空間換氣總量的差異性控制，從而達(dá)到項(xiàng)目中低濃度臭氣凈化的最優(yōu)化運(yùn)行和凈化效果。通過最優(yōu)氣量和靈活可控的組織方式，中低濃度臭氣量從最初測算量約20 萬m3/h 降至9 萬m3/h，大幅度降低了臭氣治理投資及運(yùn)行成本。此外，在卸料車間等臭氣濃度相對高、人員工作頻次多的重點(diǎn)區(qū)域，增加植物液噴淋除臭設(shè)備，以改善作業(yè)工作環(huán)境。

3 結(jié) 語

（1）借鑒已建項(xiàng)目運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化總平面規(guī)劃設(shè)計(jì)，對提高項(xiàng)目建設(shè)水平和運(yùn)行管理效能切實(shí)有效?；诃h(huán)境影響敏感因子分析，優(yōu)化敏感氣態(tài)污染物排放點(diǎn)布局，結(jié)合生產(chǎn)工藝布置特點(diǎn)，統(tǒng)籌1、2 期生產(chǎn)建設(shè)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理的平面布置，提升項(xiàng)目環(huán)境治理能力、改善環(huán)境質(zhì)量，同時(shí)降低工程投資，減少運(yùn)行成本。

（2）從生產(chǎn)實(shí)踐出發(fā)，優(yōu)化污泥干化、輸送、煙氣脫硫等關(guān)鍵工藝和關(guān)鍵設(shè)備選型，實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新和工藝可靠的具體結(jié)合，在高效運(yùn)行的同時(shí)，踐行“節(jié)能減排”、“綠色環(huán)?！?。項(xiàng)目重視生產(chǎn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，通過識(shí)別臭氣源、區(qū)隔臭氣產(chǎn)生空間、分質(zhì)臭氣處理的方式，對降低臭氣處理系統(tǒng)投資、提高廠區(qū)臭氣治理效果、提高廠區(qū)大氣環(huán)境，具有積極意義。