1、1城市和工业污泥干化焚烧技术经验介绍胡 彬摘要城市和工业污泥的减量化、稳定化、无害化、资源化是处理处置城市和工业污泥的目标。但在我国污泥处理处置的方法中，现有 70%以上是弃置，20%是填埋，不到 10%的是通过堆肥等技术处理后回用于土地。由于污泥中一般都含有病菌和过量的重金属，没有经过无害化处理的污泥大量的弃置，最终作为资源用于土地，常常造成二次污染，严重影响了环境的综合整治。污泥干化及焚烧是污泥减量化、稳定化、无害化、资源化的一种重要处理处置手段，而污泥干化则往往是污泥最终处置的必需途径。污泥热干化的优点及其在污泥管理体系中所起的作用正逐步被认同，但在我国的污泥热干化及焚烧的工程实例中，能
2、在工艺和经济运营方面都达到理想的案例很少，我国的污泥干化及焚烧的工艺技术和运行管理都还处于摸索中。本文作者结合中国国电浙江北仑第一发电有限公司的污泥干化焚烧项目的实际工程经验，结合污泥干化焚烧的一些技术要点简要介绍污泥干化焚烧技术工艺流程的经济性选择。关键词 城市污泥 污泥干化 污泥焚烧 尾气处理一、污泥的危害和处理处置技术城市和工业污泥因其产生的条件不同，其成份也会有较大的区别，污泥总体上有以下危害：1、病原体污染，由于污泥中含有大量有机物，易分解腐烂，带来强烈的恶臭味，伴随带来的大量病原体（病原微生物和寄生虫）。据检测，在新鲜污泥中存在着上千种病原体。这些污泥如任意堆放，就会污染水体与土壤
3、，导致食物链感染，最终给人体健康带来危害；2、过量盐份污染，污泥中由于存在着相当分额的无机物，含盐量较高，如不适当地投放到土壤中，会导致土壤的电导率增加，破坏植物养分平衡，抑制植物养分的吸收，甚至会对植物根系直接带来伤害；3、过量的氮磷污染，当土壤中有机物的氮磷分解速度大于植物吸收速度时，剩余这部分氮磷就会流入水体，造成水体的富营养化污染；4、有机高聚物污染，污水厂污泥中还含有不易降解、毒性残留期长、对人2体危害大的有机高聚物（如：多环芳烃、邻苯二甲酯、二噁英、呋喃、多氯联苯、氯苯、氯酚等），这些有毒有害物质如进入水体与土壤中会严重污染环境；5、重金属污染，在污水处理过程中，有 70%90%的
4、重金属元素通过吸附或沉淀而转移到污泥中。由于重金属一般具有溶解度小、性质稳定、难以去除的特点，故潜在毒性易在作物和动物以及人体中积累。国家环境保护部污水处理厂污泥处理处置最佳可行技术导则中对污泥处理处置提出了减量化、稳定化、无害化、资源化的指导原则，并对污泥处理和污泥处置的概念进行了规定，污泥处理是指污水处理厂在污水处理单元操作过程中产生的污泥通过减容、减量、稳定以及无害化的过程。污泥处理工艺单元主要包括污泥浓缩、脱水、消化、发酵、干化等工艺过程。污泥处置是指以自然或人工方式使经处理后的污泥或污泥产品能够达到长期稳定并对生态环境无不良影响的最终消纳方式。污泥处置主要包括土地利用、污泥农用、填埋
5、和焚烧以及综合利用（建材利用）等。由于我国的污水入网管理还处于不完善阶段，入网的污水源头未能得到有效的管理，进入污水处理系统的污水所含的成分复杂，污水处理中所产生的污泥成分也较为复杂，处理这些污泥就不宜农用，采用干化焚烧的工艺技术较为合适。以干化焚烧为核心的处理方法是目前污泥处置最彻底、快捷和经济的方法，它能使有机物全部碳化，可最大限度地减少污泥体积（减容 70%，最大可到 90%） ，同时能够将底污泥中的能量转换为电能或者热能，变废为宝，使污泥得到充分的利用。干化焚烧法与其它方法相比具有突出的优点：（1（ 干化焚烧可以使剩余污泥的体积减少到最小化，因而最终需要处置的物质很少，焚烧灰可制成有用
6、的产品，是相对比较安全的污泥处置方式；（2（ 干化焚烧处理污泥速度快，不需要长期储存；（3（ 污泥可就地干化焚烧，不需要长距离运输；（4（ 可以回收能量；（5（ 能够使有机物全部碳化，杀死病原体；（6（ 污泥干化焚烧还能将污泥中的热值进行利用，从而降低污泥处理的能耗，相应降低污泥处理成本。3污泥干化焚烧处置虽然一次性投资稍高，但由于它具有一些其它工艺不可替代的优点，特别是在污泥的减量化、稳定化、无害化、节约土地资源和节能等方面，因此成为污泥最终出路的解决方法之一。自 1962 年德国率先建议并开始运行了欧洲第一座污泥干化焚烧厂以来，干化焚烧的污泥量大幅度增加。在国外，特别是西欧和日本已得到了广
7、泛的应用，在日本，污泥焚烧处理已经占污泥处理总量的 80%以上，欧盟也在 38%以上。污水处理厂污泥处理处置最佳可行技术导则认为：污泥干化焚烧是今后我国提倡的方向，尤其是采用有焚烧后余热干燥污泥体现了节能减排，循环经济的思想。对于经济比较发达，土地资源比较紧张的城市，使用焚烧法处置应该是经济有效的。二、污泥干化焚烧处置的技术工艺1、污泥干化技术简介 早在 20 世纪 40 年代，日本和欧美就已经用直接加热鼓式干燥器来干燥污泥。经过几十年的发展，污泥干化技术在减量化、稳定化、无害化、资源化方面的优点都逐渐显现出来。无论填埋、焚烧、农业利用还是热能利用，污泥干化都是重要的第一步，这使污泥干化在整个
8、污泥管理体系中扮演越来越重要的角色。20 世纪 90 年代以来，运用污泥干化技术处理城市污泥得到迅速发展。 2、污泥干化设备 污泥干化设备有许多不同的种类，其中常见的类型有： (1)直接加热式。原理为对流加热，代表设备有转鼓、流化床等； (2)间接加热式。原理为传导或接触加热，代表设备有螺旋、圆盘、薄层、碟片、桨式等； (3)热辐射加热式。有带式、螺旋式等。3、工艺流程介绍4本工艺流程是以浙江北仑第一发电有限公司 600T/d 污泥干化焚烧项目的工艺流程为基础。着重介绍独立系统的工艺流程及其特点。北仑电厂污泥干化焚烧工艺流程图5独立污泥干化焚烧工艺流程图（1）污泥流程含水率 80%湿污泥 湿污
9、泥仓 污泥输送系统 圆盘干燥机污泥进料口 加热去湿干化 圆盘干燥机出料口 干污泥输送机 干污泥仓 进锅炉燃烧（2）蒸汽流程（热媒质）0.5MPa 153锅炉蒸汽 圆盘干燥机外筒、中心盘片 疏水（0.5MPa 153） 热交换器 疏水扩容箱（0.1MPa 50）疏水泵 锅炉（3）废气流程圆盘干燥机干化污泥产生废气 干燥机废气出口 旋风除尘器冷却器 风机 除臭装置 炉膛燃烧（4）废气冷凝水流程6废气携带的 100蒸汽 冷却器 凝结污水 污水池 污水处理系统（5）商品热水流程生活自来水 冷却器（废气） 70热水 热交换器（疏水） 95热水 热水箱 出售4、工艺流程设计特点： （1（ 工艺流程设计充分
10、考虑了系统的可靠性。(系统的可靠性依赖于系统设备的优异性能作保障，所以对设备类型的选择、在役设备运行的稳定性等多方面都作了深入细致的调查)（2（ 整个系统处于封闭可控状态，控制了与外界的物质交换，避免了系统对周边环境的再次污染（3（ 系统采用负压运行设计，避免了臭气外泄的发生（4（ 系统设计充分考虑了易维护性和易维修性（5（ 系统设计充分利用了系统产生的低温热能，使系统营运有极为良好的经济性基础（6（ 系统设计充分考虑了节能环保目标（7（ 系统具有良好的经济性。由于污泥干化过程中会产生大量的低位热能，如果直接排入环境，不仅会造成环境的热污染，而且也是一种热能资源的损失。充分利用这些热能资源，可
11、大大降低污泥干化焚烧处置的费用，甚至还可利用这一项目产生可观的经济效益。北仑第一发电有限公司污泥干化处置项目利用低位热能生产 90的热水供应市场，预计可产生极其良好的经济效益。5、主要设备介绍主设备选用了圆盘式干化机主要考虑了圆盘式干化机结构简单，密闭性好，换热面积大，没有轴向推力和较慢的转速不会因过多机械磨损造成大量的维护量，并且运行能耗较低等优点。相变圆盘干燥机性能7被处理物 脱水污泥蒸发物 水入口温度 常温（20）出口温度 100处理前含水率 80%处理后含水率 30-40%日处理能力 100-150t/d运行能力 8000h/a寿命 20a圆盘干燥机技术特点：（1） 高灵活性随着用户的
12、需要，适应进出口物料湿度的变化是干燥机重要性能之一，相变圆盘干燥机的高灵活性体现在以下方面：i. 物料干燥程度可随用户要求调节，调节范围广（全干燥到半干燥可随意调节）；ii. 对物料含水率的适应范围大，能耐受较高的物料负荷，即使进料不均匀也能保证平稳运行。（2）低运营成本物料处理的运营成本是物料处理的主要费用，每一项物料运营成本的变化，都会对干燥设备运营寿命周期内产生的费用产生巨大的影响，甚至会超过初期设备投资额的数倍或数十倍。相变圆盘干燥机，结构简洁，热能利用合理，效率高，能耗电耗低，主要体现在以下方面：i. 干燥机圆筒体是夹套型构造，主轴、圆盘内中空，有蒸汽流通，换热面积非常大，小机体大换
13、热面结构是高效率的保障，单轴无推力设计是低电耗的保障；ii. 相变圆盘干燥机结构紧凑，外表面积小，密闭性好等特点，干燥机对环境的传热量少，最大程度地减少了散热损失；iii. 半干燥无干料返混，节省了物料重复冷却又加热的能耗；iv. 半干燥无干料返混，减少一些设备以及干物料搬运的电能消耗；8v. 工艺安全度高，不需要氮气等惰性燥气体，减少额外的成本支出。（3） 安全稳定性污泥干燥在国际上的应用已经有 30 多年历史，早期也曾经发生过一些污泥粉尘爆炸、干燥机中燃烧和产品储仓闷烧自燃等事故。因此，污泥干燥的安全性问题是目前用户关心的首要问题。相变圆盘干燥机工艺，是目前在安全性方面较佳的方案之一，其安
14、全稳定性主要表现如下：i. 干燥机干燥温度设计低，不易产生大量的不溶性气体；ii. 半干燥无干泥返混，一次完成干燥，干燥时间短，干燥机内物流量很少；iii. 干燥机蒸发速率高，依靠湿度提高系统的惰性；iv. 当进泥含水率波动时，系统具有较宽泛的工艺调节范围：v. 蒸汽与污泥不接触，不溶性气体量少，可入炉焚烧，二次污染小；vi. 间接干燥，热介质与污泥无直接接触，干燥后尾气处理量小；vii. 干燥机按照高温高压设计和制造，其结构设计合理，制造工艺要求高，抗内压强度大，采用不锈钢或特殊钢来制造，以确保适应不同特性的物料。（4）良好维护性大型设备的维护、保养和检修是设备寿命周期内最大的费用项目之一，
15、维护、保养简单，检修周期长，检修项目少是采购设备时的重要依据。相变圆盘干燥机维护性好的表现如下：i. 相变圆盘干燥机与其它类型的干燥机比较，最大的优势之一是系统简单，结构合理可靠，没有复杂的运动，易损部件少，维护、保养项目少而简单；ii. 机身上的检查、维护、检修孔盖设计周到、方便，便于检查、维护、检修，免除了大量的体力劳动；iii. 机身及主要部件设计使用寿命长，可长期免维护；iv. 在主要零部件设计选型上，均采用成熟、先进的标准元器件，或直接采用进口名牌元器件，具有较高的互换性。9螺旋板壳式换热器外观为细长筒形，两端为可拆卸具法兰的封头，整个换热器用中间隔板分为上下两部分，流体的流道用两块
16、卷板卷制成相套的螺旋道，热流体从换热器左下端进入（用实线箭头表示流向，标红色），左下端的偶数圈是开口的，热流体进入后走偶数圈由左向右流动，对应的右下端的偶数圈是焊合的，而右上端的偶数圈却是开口的，故热流体就从右上端的出口外排。冷流体从换热器的右下端进入（用虚线箭头表示流向，标绿色），右下端的奇数圈是开口的，冷流体进入后走奇数圈由右向左流动，对应的左下端的奇数圈是焊合的，而左上端的奇数圈却是开口的，故冷流体就从左上端的出口外排。螺旋板壳式换热器有优异的性能，其主要优点有：i. 端部温差小 23；ii. 传热系数 K 值大，可达 3000W/.K 以上；iii. 换热面积大，结构紧凑；iv. 防结
17、垢耐腐蚀，并带有在线冲洗装置。10污泥泵送设备污泥泵均采用进口德国恒流量柱塞泵，即使管路出现压力波动，柱塞泵的排量也不会变化，能够保证污泥定量、定向、封闭稳定的送入到相变圆盘干燥机设备中。本系统采用世界先进的全液压双缸活塞泵：工作时料斗内的污泥在正压螺旋给料机和液压活塞后退吸力作用下进入工作缸，经过液压系统中的液压油的进出反向，液压驱动分配阀换向，另一个工作缸中的液压活塞开始后退并吸入污泥，而工作缸中的液压活塞向前推挤污泥使其快速流入管道。如此反复动作，使污泥源源不断的流入管道继续向前运动。污泥输送泵送机构技术特点：i. 全新的液控换向技术的应用使泵送工作更加可靠，液压系统 故障率更低；ii.
18、 主泵送油路换向采用主换向阀外控先导减压控制，避免了换向冲击，使主泵送油路换向更可靠、平稳；iii. 泵送液压系统具有安全溢流保护，同时，主泵还具备系统超压时，油泵压力自动切断截流装置，使主泵获得多级可靠保护；iv. 油泵设有吸空保护，当液压油杂质过多自动报警并切断电源避免柱塞泵因缺油烧坏；v. 主电机采用降压启动，使油泵启动更平稳，减小了对电网的冲击；单 节 结 构 示 意 图红 色 （ 实 线 箭 头 ） 为 热 流 体 ， 绿 色 （ 虚 线 箭 头 ） 为 冷 流 体 。11vi. 油泵采用原装德国进口恒功率变量柱塞泵。主泵控制方式采用 世界最先进的电液比例控制，能够接受 420 毫安
19、，远程控制无级调节主泵排量；vii. 眼镜板采用硬质合金镶嵌技术，提高了耐磨性及密封性，达到国内最好的配件水平，通常工况 3 万立方以下免维修；viii. 德国西门子、施耐德等国际品牌电气元件，工艺先进，性能可靠；ix. 可靠的自动润滑系统，可大大节省润滑脂油。另外本润滑系统 附加了各润滑点的超压保护功能，比传统润滑方式更加可靠，提高了整个污泥搅拌、分配机械部件的寿命；x. 胶管接头、密封件采用进口产品。密封性能一流。循环流化床锅炉（沸腾炉）流化床燃烧技术是我国近 20 年来迅速发展起来的一种新型清洁燃烧技术。它具有燃烧效率高、负荷调整范围宽、燃料容易燃尽、污染物排放低、炉内燃烧热强度高等特点
20、，适合烧低热值的燃料。由于城市污泥热值普遍偏低，要实现污泥高效稳定燃烧，流化床焚烧技术无疑是最佳选择。因为循环流化床锅炉与其他焚烧炉比较具有以下优点：i. 燃烧稳定性好，污泥可以完全燃尽，且热效率高。流化床炉是采用石英砂作为热载体，其蓄热量大，炉床下布风板在压力空气的吹拂下，石英砂呈沸腾状，污泥在其中被炒干、打碎、燃烧，燃烧稳定性好，燃烧反应温度均匀，锅炉热效率可达 85%以上。污泥中的挥发分，碳分可以完全烧掉。ii. 能够有效地控制焚烧过程中有害气体的产生，使排放量优于国际标准。a. 流化床炉具有抑制 NOx、CO 生成的作用。由于流化床焚烧在850950，而 N2一般需在大于 1300时才
21、会大量生成 NOx；另外，又采用了分级送风助燃控制，保证炉内合理的氧浓度分布，所以也就大大降低了 NOx 和 CO 的生成。b. 流化床炉还能抑制二噁英的生成。一般焚烧产生二噁英的条件是：12燃烧不稳定；炉膛燃烧温度不均匀；燃烧温度低于 600以下；伴有催化作用的介质。而流化床炉的炉温高于 850，污泥有蓄热量大的石英砂沸腾，使炉内气固混合强烈，燃烧湍流强度大，保证了燃烧稳定，炉温均匀，污泥得以充分燃尽。锅炉的设计保证了炉烟在炉内高温下停留 34s，又采用了尾部烟气经活性炭吸附、经布袋过滤等技术，能使二噁英的排放量极小，远远优于国际标准排放。c. 加上烟道安装烟气净化器，可以去除 90%以上的
22、 SO2和 HCl；采用进口布袋除尘，可去除 99.9%的灰尘。iii. 设备可靠、故障少；经过二十多年的发展国产化技术已相当成熟。由于流化床锅炉无炉排及其他转动设备，物料石英砂靠气流输送，炉本体无机械维修量，故障少。此外，流化床锅炉国产设备价只有进口设备三分之一的价格，投资省，无风险，竞争力强。四、工艺流程的经济性分析当污泥的干基热值大于 3000Kcal/Kg 时，理论上独立的干化焚烧系统是能实现自身的能量平衡而保持不断循环的。而事实上，污泥燃烧发出的热量始终是存在的，只是热能的品质因热交换中的温差存在造成热能品质的降低，如果干化焚烧系统充分考虑低位热能的回收利用，可为污泥干化处置项目带来
23、意想不到的经济效益。北仑发电厂 200T/d 污泥处置项目每吨湿污泥的成本测算表：编号 名称 单位 数值 数值 数值1 年处理湿污泥量 t/a 131400 131400 1314002 湿污泥处理量 t/h 15 15 153 污泥干化系统耗电功率 kw 645 645 6454 干化前含水率 % 80 80 80 5 干化后含水率 % 20.00 30.00 40.00 6 蒸发水量 t/h 11.25 10.714 107 出口干污泥量 t/h 3.75 4.286 58 干化后热值 kJ/kg 10440 8848 7236 9 干化每吨湿污泥标煤耗量 t 0086 0082 0077
24、10 设备总投资 万元 6285 6285 628511 设备折旧 年 20 20 20 12 设备残值率 % 3 3 3 13 年维修比例 % 2 2 2 1314 建筑总投资 万元 950 950 95015 建筑折旧 年 50 50 50 16 建筑残值率 % 2 2 217 项目定员 人 6 6 6 18 人员工资 万元/年 5.00 5.00 5.00 19 标煤热值 kJ/kg 29306.00 29306.00 29306.00 20 干污泥热值折算系数 % 75 75 70 21 标煤平均价格 元/t 1000.00 1000.00 1000.00 22 电价 kwh 0.55
25、 0.55 0.55 一、直接费用（干化每吨湿污泥） 元/t 46.75 44.75 46.751、标煤消耗费 元/t 86 82 772、电费 元/t 23.65 23.65 23.653、污水处理费 元/t 1.9 1.8 1.74、运费 元/t 2 2 2 5、污泥热值折价 元/t -66.8 -64.7 -57.6二、间接费用（干化每吨湿污泥） 37.2 37.2 37.21、设备建筑折旧费 元/t 25.36 25.36 25.361.1、设备折旧 元/t 23.91 23.91 23.911.2、建筑折旧 元/t 145 145 1452、维修费用 元/t 9.56 9.56 9.
26、563、人工费用 元/t 2.28 2.28 2.28三、合计 83.95 81.95 83.95近年来，由于生活水平的不断提高，城市的各宾馆、浴室、泳池、理发店等场所，以及部分工业用户都需要大量的热水。为环保和安全的需要，城区的小锅炉将会受到严格的控制，并逐渐退出生活和商业区域，上海、南京、杭州、宁波等大中城市的热水供应市场都很活跃。90热水的价格大约是每吨 35 元左右，比用户自己的成本要低得多（70 元左右） ，这为集中的热水供应提供了一个广阔的市场。污泥干化焚烧系统产生的热能除维持自身污泥干化焚烧循环外，其产生的大量低位热能最终以回收 60%计，每吨湿污泥能产生 90100的热水有 3
27、 吨左右，折合市场价格 105 元，如果考虑这部分的热水用户的运输平均距离为 20 公里，每吨热水的运送成本是每吨公里 0.5 元计，每吨热水的水成本 5元计，每吨热水的效益是 20 元，则每吨湿污泥产生的热能效益是 60 元。污泥处理处置系统的低位热能利用方案，极大地提高了系统综合利用效益，大大降低了运营成本，符合环保项目的环保节能的理念。这一污泥处置模式既可为污14泥处置项目提供良好的经济效益，又可关停城市区域的小锅炉，实现节能减排，也可减少使用电力、液化气等高级能源的使用。六、结论城市污泥的管理是一个世界性的社会和环境问题，我国城市污泥处置已是无法回避的事实，寻找一种兼顾安全、可靠、稳定
28、、经济的污泥处置方法是摆在我们面前的一道难题。污泥干化焚烧作为污泥处置的一种方法，由于其自身具有的优点，在污泥管理体系中所起的作用正逐步被认同。我国污泥处理处置还处于起步阶段，成功的案例还较少，污泥处理处置的难点是如何在系统安全、稳定、可靠的前提下低成本的长期运营。本文介绍的独立污泥干化焚烧处置系统投资费用相对较大，但能充分利用低温热源，一吨湿污泥能产生三吨热水供应市场，具有良好的经济价值，是低成本高可靠性运营的范例。为了更好地解决污泥干化焚烧项目的热能用户的问题，建议政府在污泥处理项目的规划中充分与使用热源的工业企业进行统筹考虑，既保证热能用户能得到廉价的热能资源，又能使污泥处置产生的热能充分利用，真正实现节能环保的目标。
