污泥干化焚烧利用技术探讨

刘明强

（上海市机电设计研究院有限公司，上海 200040）

污泥从来源上可分为市政污泥、工业污泥、疏浚污泥三类，其中市政污泥主要来自自来水厂和污水处理厂水处理所产生的污泥，工业污泥主要来自各工业行业生产过程及工业污水处理产生的污泥，疏浚污泥主要为城市黑臭水体治理、河道整治等清挖淤泥。由于我国污水未分流，城镇污水处理厂也承接了预处理后的工业废水，故我国污泥以市政污泥为主。

污泥有如下特点：一是高含水率，脱水前可达99%以上；二是有机物含量高，有难闻的恶臭味；三是重金属含量较高；四是含有大量的生物病菌。污泥不经过无害化处理而任意弃置，或简单填埋，会造成极大的环境污染，对人类健康和环境安全威胁甚大。

随着经济的发展和生活水平的提高，我国污水排放量日益增多，污水处理厂污泥产量快速增加。据测算，2016 年我国污泥产量约4000 万吨，预计2020 年，全国污泥产生量将达到6000 万吨。长期以来，我国污水处理存在着“重水轻泥”现象，市政污水的有效处理率从2001 年就稳步保持在85%以上，而污泥安全处理处置率却不足30%。2016 年12 月国家发改委、住建部印发的《“十三五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》，明确要重视污泥无害化处理处置，要求到2020 年，地级及以上城市污泥无害化处理处置率应达到90%。

1 污泥处理技术

1.1 我国污泥处理方式

目前主流的污泥处理技术路线有厌氧消化、好氧发酵、干化焚烧、热解碳化。污泥厌氧消化、好氧发酵后可用于土地利用，污泥干化焚烧后可用于建材利用或填埋。其中，干化焚烧是最为彻底的污泥处置方式，可最大限度减少污泥的体积，杀死一切病原体，解决污泥的恶臭问题。另一方面，经过脱水的污泥热值相当于褐煤的水平，可以回收能量用于发电和供热，实现能源最大化利用，降低处理成本[3]。

1.2 污泥焚烧技术特点

污泥焚烧主要有单独焚烧、混合焚烧。单独焚烧投资较大，适合污泥处理规模较大的项目；混合焚烧处理规模取决于掺烧锅炉的容量和污泥掺烧比例。

单独焚烧有两种工艺：一是将污泥脱水后直接焚烧，这种工艺污泥含水量高，不利于着火燃烧，通常需添加辅助燃料，且焚烧效率低。其优点在于工艺简单，不需要太多预处理过程，易于控制，投资与运行成本低。另外一种，先对污泥进行干化处理，进一步降低污泥的含水率，提高其热值，再投入焚烧炉焚烧。其优点是燃烧过程不需要添加任何辅助燃料。但由于多了一道干化工序，且干化部分占投资比例较大，相比直接燃烧，投资大大提高。

混合焚烧就是将污泥与其他燃料，包括燃煤、生活垃圾、工业废渣一起燃烧处理，或将其按一定比例加入工业炉中焚烧，如加入水泥窑中焚烧。这样的处理方式优势在于同时处理多种工业、生活的废弃物，不必为焚烧污泥而专门建造锅炉，节省设备投资和燃料成本。利用水泥窑协同燃烧处理，可在不影响水泥品质的前提下，将污泥固定在水泥中，彻底处置污泥，节省设备投资的同时，又省去了处置污泥的流程。需注意的是，因含水率和热值的差别，掺烧污泥后会改变原有燃烧条件，且增加了烟气污染排放，要注意掺烧污泥的比例，确保对原有燃烧的影响控制在合理范围内，污染物排放符合排放标准。

1.3 污泥焚烧处理的问题

污泥焚烧最大的问题在于烟气污染物的排放。污泥中除了含有大量的氮、硫元素，燃烧时，会产生氮氧化物、二氧化硫等污染性气体，对环境安全和人体健康危害巨大。污泥燃烧产生大量的飞灰，粉尘污染严重。污泥中含有重金属，包括镉、汞、铅等。在温焚烧下，大部分金属都蒸发了，当烟气流冷却时，它们凝固在飞灰的颗粒表面。研究表明：78%～98%的Cd、Cr、Cu、Ni、Pb 和Zn 固定在飞灰中，98%的Hg 随着烟气排放到大气中。这些重金属毒性巨大，在自然界中极难降解，若不处理，会对环境造成不可逆的污染。因此采用焚烧处理污泥，必须配置一套烟气处理装置，确保烟气排放符合排放标准，这也增加了投资成本，使系统更加复杂。

1.4 污泥干化技术分类

污泥干化的意义在于降低污泥含水率，提高污泥热值，使其达到可燃的标准。污泥干化方式有热干化、电干化、微波干化、太阳能干化等方式。其中，热干化方式技术成熟可靠，实际工程中被广泛采用。热干化技术是利用热介质（高温烟气、蒸汽、导热油等）加热污泥，使污泥中水分全部或部分蒸发。

根据换热方式，热干化可分为直接干化和间接干化两大类。直接干化就是干燥介质与污泥直接接触，进行对流换热。间接干化就是导热介质(导热油、蒸汽或空气)通入换热器中，通热传导加热污泥。导热介质在封闭回路中循环利用，与污泥没有接触。

直接干化的优点有：（1）传热效率较高，水分蒸发速率较快；（2）干化污泥含固率高，可达85%～95%。

直接干化的缺点有：（1）热介质与污泥直接接触而受到污染，排出的废蒸汽及废水量大；（2）所需的热传导介质体积庞大，能量消耗大；（3）工艺复杂，臭味控制较难；（4）粉尘含量高，易产生爆炸。

间接干化的优点有：（1）介质不局限于气体，可用导热油等；（2）尾气量较小，环保性能好；（3）粉尘浓度较低，含氧量较低，安全性能好；（4）电能及热能消耗较小。

间接干化的缺点有：（1）传热效率较低；（2）水分蒸发速率较低。

直接干化技术有：直接转鼓式、带式、流化床式等。

间接干化技术有：间接加热转盘式、圆盘式、螺旋式、薄层式、桨叶式等。

污泥干化方式门类众多，各种工艺都有利有弊，市场上都有实际应用业绩，尚未形成主流优势技术，污泥干化市场处于各技术“百花齐放”的状态。

2 污泥焚烧设备

目前我国的污泥焚烧主要是利用焚烧炉，主要炉型有立式多段炉、流化床焚烧炉和回转窑。

立式多段炉又称多膛炉，它是一个垂直圆柱形焚化炉，自上而下布置一系列水平绝热炉膛，可含有4 ～14 个炉膛，从炉顶到炉底有一个可旋转的中心轴。从污泥焚烧过程来看，多膛炉可分为三个区域。顶部几层为干燥区，起干燥污泥的作用，温度约为425 ～760℃，经过此段，污泥含水率可降至40%以下。中部为污泥焚烧区，温度为760 ～925℃。其中上部为挥发分气体及部分固态物燃烧区，下部为固定碳燃烧区域。多膛炉最底部几层称缓慢冷却区，主要起冷却残渣并预热空气的作用，温度为260 ～350℃。

流化床焚烧技术是污泥焚烧利用最常用的技术，流化床焚烧炉主体设备是一个圆形塔体，下部设有分配气体的分配板，塔内装有一定量的耐热粒状载体，塔内壁衬耐火材料，污泥在流化床焚烧炉中的焚烧在两个区完成。一是床料流化区，在此区域中，污泥水分的蒸发、有机物分解；二是床料层上部的自由空旷区，相当于一个后燃室，在此区域中，污泥中的碳和可燃气体继续燃烧，直至燃尽。

回转窑采用卧式圆筒状，外壳一般用钢板卷制而成；内衬耐火材料。窑体的一端，设有螺旋状的进料口，可以添加污泥和其他物料，另一端设有废渣的排放口。窑内温度可通过控制燃料量进行调节，选用燃料不同，窑内温度也不同。这种回转窑操作空间充足，适用范围广，尤其适应于焚烧含水率较高的污泥。

流化床焚烧炉焚烧温度高，污泥在炉内有非常大的燃烧接触面积、强烈的湍流强度和较长的停留时间，污泥燃烧效率高，燃烧充分，燃尽度好。流化床炉处理量大，还可以自动调整污泥的投放速度，根据污泥来料量控制负荷。流化床也能实现自动调节，自动化程度高。因此，污泥焚烧炉以流化床为主流。

3 结语

污泥具有很大的危害，我国污泥产量逐年递增，对环境造成极大的影响。我国长期以来“重水轻泥”，污泥安全处理处置率不足30%，污泥资源化、无害化利用任重道远。干化焚烧是一种彻底的污泥处理处置方式，是污泥处理的重要方向。污泥焚烧最大的问题是烟气污染大，需考虑增加烟气处理设备。污泥干化工艺门类众多，各种工艺都有工程应用业绩。经过多年的发展，流化床燃烧成为污泥焚烧的主要方式。