深度脫水與干化單元協(xié)同技術(shù)在污泥焚燒處置中的應(yīng)用研究

關(guān)鍵詞：深度脫水；干化單元；協(xié)同技術(shù)；污泥楚燒；處置

中圖分類號：X703 文獻標(biāo)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(fā)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(fā)電廠協(xié)同焚燒”技術(shù)，是“擠壓脫水 + 干化”技術(shù)首次用于國內(nèi)污泥協(xié)同焚燒的項目。為了提高能源使用效率，系統(tǒng)內(nèi)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(tǒng)，涵蓋煙氣凈化系統(tǒng)、惡臭氣體處理系統(tǒng)、廢水處理設(shè)施以及飛灰固化處理裝置，確保整個處理過程的環(huán)保與高效。

1深度脫水與干化單元技術(shù)

1.1 深度脫水技術(shù)

污泥深度脫水技術(shù)的目標(biāo)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(shù)出現(xiàn)于20世紀(jì)，至20世紀(jì)末在全球范圍內(nèi)得到廣泛推廣。針對污泥的深度脫水處理，當(dāng)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(nèi)廣泛應(yīng)用的污泥含水率降低技術(shù)，憑借其高效且經(jīng)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(jié)合水組成，其中，結(jié)合水可細分為毛細管結(jié)合水、表面結(jié)合水及細胞內(nèi)部水分。傳統(tǒng)機械脫水技術(shù)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(shù)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(fā)過程，需要將液態(tài)水轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，這一轉(zhuǎn)變過程伴隨大量的能量消耗，同時帶來能耗高、尾氣處理復(fù)雜、設(shè)備投資大等諸多挑戰(zhàn)[1。本項目采用高壓立式壓濾技術(shù)，該技術(shù)是一種高效的固液分離技術(shù)，同時具備洗滌、脫水和風(fēng)干功能，能夠顯著提高過濾效率和產(chǎn)品質(zhì)量，污泥深度脫水系統(tǒng)如圖1所示。本項目是國內(nèi)首個將高壓立式壓濾技術(shù)應(yīng)用于污泥協(xié)同焚燒處置的項目，具有良好的行業(yè)示范意義。

1.2干化單元技術(shù)

污泥干化技術(shù)主要分為3類，即直接加熱式干化技術(shù)、間接加熱式干化技術(shù)以及直接-間接綜合型干化技術(shù)。在直接加熱式干化技術(shù)中，高溫?zé)煔獗恢苯訉?dǎo)入設(shè)備內(nèi)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(guān)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(dǎo)熱油或蒸汽等媒介將高溫?zé)煔獾臒崮軅鬟f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(shù)融合前兩者的優(yōu)點，然而，隨著技術(shù)復(fù)雜度的提升，設(shè)備性能要求更為嚴(yán)苛。該技術(shù)的核心是熱物理學(xué)理論，其目的在于有效去除污泥水分，促使干化產(chǎn)物常呈現(xiàn)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(shù)是現(xiàn)代污泥處理中廣泛采用的方法之一，它利用外部熱源驅(qū)動污泥內(nèi)部水分的蒸發(fā)，達成污泥干化的目的。此技術(shù)展現(xiàn)出占地面積小、能顯著減少污泥含水比例的優(yōu)勢，并能依據(jù)后續(xù)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(shù)亦面臨若干挑戰(zhàn)，如設(shè)備運行能耗偏大、存在粉塵引發(fā)爆炸的安全風(fēng)險等問題。鑒于此，為了促進該技術(shù)的廣泛應(yīng)用，持續(xù)的技術(shù)革新與優(yōu)化顯得尤為必要。

2深度脫水與干化單元協(xié)同技術(shù)在污泥焚燒處置中的應(yīng)用

2.1工藝流程

為了實現(xiàn)污泥無害化、減量化和資源化利用的最大目標(biāo)，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(fā)電廠協(xié)同焚燒流程。在此基礎(chǔ)上，項目還配備余熱鍋爐設(shè)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(yè)。此外，項目建立全面的污泥貯存體系、煙氣凈化系統(tǒng)、廢水處理裝置、氣味管理系統(tǒng)及飛灰處置系統(tǒng)等核心環(huán)節(jié)，詳細的工藝流程如圖2所示。

2.2關(guān)鍵設(shè)備

本項目的關(guān)鍵設(shè)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(wěn)定運行與高效作業(yè)至關(guān)重要。鑒于項目污泥來源的多樣性，選型過程綜合權(quán)衡安全性、可靠性、能效性以及運行穩(wěn)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(shè)備，利用垃圾焚燒爐進行協(xié)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(zhì)，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(shè)備依托成熟的液壓系統(tǒng)，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(shè)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(xù)處理工藝要求，該高壓機械脫水干化設(shè)備可根據(jù)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(shù)的增加而降低，脫水干化污泥的單位時間產(chǎn)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(nèi)置其中并旋轉(zhuǎn)的熱轉(zhuǎn)子構(gòu)成，其中熱轉(zhuǎn)子是核心部件。熱轉(zhuǎn)子設(shè)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(zhì)，整個轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)由滾動軸承支撐，在固定的圓筒形外殼（即定子）內(nèi)部進行緩慢旋轉(zhuǎn)。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?qū)嵊妥鳛闊嵩催M行加熱。圓盤直徑小于定子內(nèi)徑，其間環(huán)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(diào)插板），供貨商調(diào)試時優(yōu)化調(diào)定，以確保干化效果，圓盤間有定子上的刮刀，防止物料黏結(jié)并攪拌混合。污泥經(jīng)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(nèi)保持負壓，防臭氣外溢，蒸汽經(jīng)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(diào)，以穩(wěn)定物料水分和溫度，通過調(diào)節(jié)熱媒參數(shù)、填料狀況和給料量，可改變干化效果，物料在干化機內(nèi)的輸送速度通過調(diào)節(jié)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(fā)電技術(shù)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(yōu)點，近年來見證了焚燒發(fā)電站數(shù)量的迅猛增長，成為污泥焚燒處置的有效設(shè)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(xiàn)消毒與無害化處理目標(biāo)。焚燒作業(yè)期間，垃圾于爐膛內(nèi)充分燃燒，釋放的高溫?zé)煔怆S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(shè)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(tǒng)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(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)，對系統(tǒng)的構(gòu)建成本及運營費用具有至關(guān)重要的影響。從熱力學(xué)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(dāng)系統(tǒng)達到最小額外蒸汽補充量并實現(xiàn)熱利用最大化時，系統(tǒng)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(wěn)燃燒的最佳污泥含水率，分析不同含水率污泥焚燒后產(chǎn)生的蒸汽量，若污泥人爐含水率低于最優(yōu)值，可能會導(dǎo)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(yōu)水平，則需增添燃料，以保持爐膛溫度，從而確保污泥能夠穩(wěn)定燃燒[4-5]。經(jīng)過深人的熱力學(xué)平衡分析和優(yōu)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(yīng)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(shè)計

2.4.1 接收儲存系統(tǒng)

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(wěn)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(zhì)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(xiàn)污泥的高效輸送。其中，1臺柱塞泵的流量設(shè)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(tǒng)的穩(wěn)定性和適應(yīng)性。為了進一步提升系統(tǒng)的靈活性和智能化水平，在輸送系統(tǒng)中融入電動閥門技術(shù)。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(chuàng)新設(shè)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(yīng)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(wěn)定性和連續(xù)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(tǒng)

污泥超高壓擠壓脫水系統(tǒng)配備2套立式設(shè)備，日處理量各達 100t （針對含水率 80% 的污泥）。該系統(tǒng)運用高壓與摩擦機理初步破壁，后加調(diào)理劑于調(diào)理罐中攪拌，改變污泥性質(zhì)，提升其固液分離性能。改性污泥再經(jīng)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(zhì)量6t），啟動液壓系統(tǒng)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(tǒng)，每批次約耗時 ^1h ，日處理量為 100t 該系統(tǒng)集薄層布料、多級高壓壓榨、泥餅出料于一體，可根據(jù)需求配置 1～4 級脫水工藝，泥餅含水率控制在 60% 以下，產(chǎn)能穩(wěn)定，電耗微增。

2.4.3 污泥熱干化系統(tǒng)

本項目采用一種結(jié)合熱干化與載氣冷凝技術(shù)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(shè)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(shè)定為 50m² ，具備 2.8t/h 的蒸發(fā)能力。污泥水分蒸發(fā)過程會釋放含有惡臭物質(zhì)的廢氣，此廢氣在干化設(shè)備內(nèi)部逆向流動上升，直至被設(shè)置在污泥進料端口上端的廢氣收集設(shè)備截留，并被引導(dǎo)至尾氣冷凝系統(tǒng)。在該冷凝系統(tǒng)內(nèi)，廢氣通過與冷卻循環(huán)水的間接熱傳遞進行熱交換，從而實現(xiàn)水分的冷凝和回收，隨后，不凝氣體與水蒸氣經(jīng)過除霧器的深度除雜處理，由尾氣風(fēng)機抽取并傳送至焚燒爐，以進行后續(xù)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?zhèn)}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(nèi)部進行燒處理。

2.5運行性能

經(jīng)成分分析，所得干化污泥組成與相關(guān)物理性質(zhì)參數(shù)如表1所示。數(shù)據(jù)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(shù)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(tǒng)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(fù)雜性和難度。

在污泥焚燒處置領(lǐng)域，深度脫水與干化單元協(xié)同技術(shù)的探索與實踐標(biāo)志著污泥處理技術(shù)的一大進步，也為應(yīng)對環(huán)境污染與資源回收的雙重挑戰(zhàn)提供創(chuàng)新思路。這一技術(shù)綜合應(yīng)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(jié)能減排與資源循環(huán)。未來，隨著技術(shù)的不斷優(yōu)化與成本的進一步降低，深度脫水與干化單元協(xié)同技術(shù)有望在污泥處理項目中得到更廣泛的應(yīng)用，為實現(xiàn)污泥處理的綠色化、高效化、資源化目標(biāo)貢獻更大力量。在科研工作者與工程技術(shù)人員的共同努力下，這一領(lǐng)域?qū)⒊掷m(xù)創(chuàng)新，為環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展事業(yè)開辟更加廣闊的道路。

3結(jié)論

參考文獻

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