污泥热解技术特性分析

蔡炳良，辛玲玲

(浙江利保环境工程有限公司，杭州 310012)

污泥热解技术特性分析

蔡炳良，辛玲玲

(浙江利保环境工程有限公司，杭州 310012)

介绍了污泥热解技术的特点和基本原理，对其工艺流程进行了概括性描述。重点分析了污泥热解技术无二英产生、固化重金属、高能量利用率和低能量损失的特点，指出污泥热解技术是节能环保技术，是污泥减量化、稳定化、无害化、资源化的有效途径。

污泥;热解;二英;节能环保

1 前言

热解是一种有悠久历史的技术，如对木材、泥炭以及页岩的气化都是热解。根据所用化工工艺的不同，热解被称为干馏、焦化、气化以及热分解等[1]。近年来，热解被做为焚烧的替代技术越来越受到各方的关注[2]。

热解技术的显著特点有：1）没有二次污染；2）能源利用率高、减容率高、运行费用低；3）可从根本上解决污泥中的重金属问题；4）无二英和呋喃产生，不会因为环境问题扰民；5）燃烧后，需要处理的废气量小；6）能回收可再生能源；7）处理对象较广泛，包括污泥、工业垃圾、生物质、塑料、电子垃圾、废轮胎等。

2 污泥热解技术基本原理

污泥热解是利用污泥中有机物的热不稳定性，在无氧条件下对其加热，使污泥中的有机物发生热裂解，形成利用价值较高的气相（热解气）和固相（固体残渣）产品，这些产品具有易储存、易运输及使用方便等特点，为污泥的减量化、稳定化、无害化、资源化提供了有效途径。

影响热解过程及产物产率及组成的因素有热解温度、压力、升温速率、气固相停留时间及物料的尺寸等，其中热解温度是最主要的影响因素[3]。

根据热解的过程，操作温度可分为低温、中温和高温热解，在500℃以下的为低温热解，500℃～800℃为中温热解，800℃以上的为高温热解。不同温度的热解过程见表1。

表1 不同温度的热解过程表

3 污泥热解工艺概况

一个完整的污泥热解工艺包括储存和输送系统、干燥系统、热解系统、燃烧系统、能量回收系统和尾气净化系统（见图1）。污泥的存储和输送是整个工艺流程的开始，起到储存污泥和将污泥输送进入干燥装置的作用。污水处理厂脱水污泥的含水率一般在80%左右，不能直接热解，通过干燥系统可去除污泥中的水分，将污泥含水率降低至20%～25%，采用热解技术在无氧环境下即可将固态污泥裂解，生成气态和固态的产物。

污泥热解后的气态产物为热解气，是一种可燃气体。从热解设备（热解鼓）中生成的热解气含有一定的有害物质，可以采取燃烧的方法进行处理，这样既可以利用能量，同时也可将有害物质转化为完全氧化的烟气。热解气也可以用处理烟气的方法将其中的有害物质去除，干净的热解气可用于发动机或燃气轮机。系统的无氧环境则减少或阻止了多环芳香烃的生成。

污泥热解后的固态产物是污泥热解后的残渣，其极易湿润，所以出渣装置需设置防堵塞措施。另外，热解残渣的化学性能稳定，可耐强酸腐蚀，污泥中的重金属被固化在其中很难再次析出。

热解产生的热解气经过旋风除尘器后与污泥储存仓的废气一同进入燃烧室燃烧，这样可以防止异味外泄。燃烧室产生的烟气优先用于热解鼓的加热，热解鼓出口烟气温度为600℃，这部分烟气再进入余热锅炉进行余热利用。当系统自身能量不能维持自身平衡时，燃烧室需外加燃料（天然气或油）作为补充，以达到维持系统能量平衡的目的。

经热解加热后的烟气进入余热锅炉，产生的蒸气可用于干燥污泥。对于不同的工艺条件，可以选择不同的能量回收方案。

固废的热解在常压下进行，但实际上为了避免异味泄漏，一般在热解鼓内维持一定的负压。

4 污泥热解技术的节能环保性

4.1 有效抑制二英的生成

4.2 固化重金属

由于污泥中均含有一定量的重金属元素，通过热解处理后大部分可浓缩于固体残渣中。大量数据表明：污泥经历热解后，重金属都富集在固体残留物中，且重金属形态发生了显著改变，可交换态含量降低，残渣态含量升高，浸出浓度都低于监测标准。德国热解残渣分析报告见表2。

由于热解对重金属的固化能力，在国外热解还被用于处理受到重金属六价铬及汞污染的土壤。土壤中的高毒性六价铬通过热解还原为三价铬，同时，在还原条件下还能抑制底泥中含有的三价铬被氧化为六价铬，实现污染土壤的再生。

热解后的污泥残渣是完全惰性、疏松和干燥的物质，富含钾和磷，因此具有很多利用价值。

（1）从表2中的数据可知，污泥热解后的残渣中的有害物质的浸出量很少，符合德国一类填埋物标准。并且该废渣的物理特性有利于填埋场的稳定，因此把污泥的热解残渣填埋到生活垃圾填埋场是可行的。

（2）根据污泥热解残渣的物理构造，其还可作为添加剂用于沥青生产，可降低相应生产原料的消耗。

（3）污泥热解残渣因有害物质含量少，可被用于填充地下开挖点或堆积，因残渣富含无机物，也可在土地返垦中用作底层填料。

图1 污泥热解工艺流程图

（4）污泥热解残渣的含磷量很高，可在肥料生产中用以代替磷矿石，此过程可实现大量二氧化碳减排。

表2 德国的污泥热解残渣分析报告

4.3 高能量利用率，低能量损失

污泥热解工艺能否达到能量自平衡，主要取决于污泥的含水率和热值。由于污水处理厂的脱水污泥的含水率在80%左右，如果直接进行热解，热解设备的尺寸将相当大，并且热解产生的热解气由于混有大量的水蒸气因而热值较低，不具有利用价值。所以污泥在热解之前必须进行干燥处理，降低污泥的含水率至20%～25%。在整个系统的能量平衡中，污泥干燥是主要的能量消耗单元。污泥热值的影响主要体现在热解产生的热解气的热值，污泥热值高，热解得到的热解气的热值也就高，反之热解得到的热解气的热值就低。热解气热值直接关系到燃烧后的烟气能量及余热锅炉产生的蒸气量，最终对污泥的干燥系统也会产生影响。此外，干燥设备、热解设备、燃烧室、余热锅炉的能量利用率也会影响到整个系统的能量平衡（见图2）。离开系统的能量主要是烟气的排放，可以利用排放的烟气为车间厂房冬季供暖或预热燃烧用的空气等。可根据不同工艺流程选择最为经济的能量利用方式。

图2 污泥热解能量平衡图

与焚烧工艺相比，热解工艺产生的废气量要小得多，所以尾气带出的能量要小的多。虽然在热解过程中，物料中的部分碳被固定在热解残渣中，但与焚烧尾气带走的能量相比微乎其微。所以，从能量利用角度讲，热解比焚烧的能量利用率更高，能量损失更小。

5 结论

污泥热解技术是一项很有发展潜力并已成熟应用的技术。污泥热解方法可以制得有利用价值的气体和固体，且操作系统封闭，无污染气体排放，几乎所有的重金属都可被固定在固体剩余物中，对环境的影响大大减小，并且运行成本低于焚烧方式。因此污泥热解技术是一种节能环保的固废处理方法，大有发展前景。

[1]杨顺生.污泥低温热解技术在德国的应用实践[A].污泥处理与综合利用暨污泥处理新设备、新技术交流研讨会[C].上海：住房和城乡建设部政策研究中心，2009，25.

[2]李海英.生物污泥热解资源化技术研究.天津大学博士学位论文[C].天津：天津大学出版社，2006，112.

[3]王智敏.城市生活垃圾和污泥低温热解技术研究[A]. 天津大学硕士学位论文[C].天津：天津大学出版社，2005，9.

[4]钟声，赵士彬.焚烧烟气中二英类的产生和控制[J].环境科学，2010：191.

Sludge Pyrolysis Technology

CAI Bing-liang, XIN Ling-ling
(Zhejiang Libo Environmental Engineering Co., Ltd, Hangzhou 310012, China)

This paper describes the characteristics and basic principles of sludge pyrolysis technology, analyzes the features of the sludge pyrolysis technology with no releasing of dioxins, solidification of heavy metals, high energy efficiency and low energy loss, and rightly proves the pyrolysis technology is an effective way for energy saving and environmental protection,sludge minimization, stabilization, decontamination, and a well-deserved resources.

sludge; pyrolysis; dioxin; energy saving and environmental protection

X703

A

1006-5377（2011）08-0051-04