燃煤锅炉机组掺烧城市污泥的工艺技术

马鸿良

（山东神华山大能源环境有限公司 山东济南 250014）

我国城市污泥产量越来越大，且成分愈加复杂，如何对城市污泥加以处置与利用已成为人们所关注的问题。污泥的处理处置应该以“减量化、稳定化、无害化”为最终目的[1]，在此原则下应选择技术优越、经济性好的技术。

污泥的处置方法主要有填埋、堆肥和焚烧等。填埋法优点是处理成本低，无需高度脱水；缺点是占用大量土地，污泥中的重金属和病原微生物有可能污染土地和水资源。堆肥法能够改善土壤的物理和生物性能，但是处理过程中必须对工艺参数进行严格的控制，避免造成对重金属、病原菌等对土壤造成污染[2]。相比之下，焚烧法减容量大，有机物热分解彻底，尤其适合与燃煤锅炉机组联合使用，已经成为处置污泥的最有效技术之一。

1 燃煤锅炉机组掺烧城市污泥工艺

1.1 工艺的提出

城市污泥的含水率采用机械脱水装置处理后，一般仍高于75%，如此高的含水率不能维持燃烧过程的自持进行，而且燃烧的稳定性对含水率的变化适应很差；另外高含水率使污泥体积庞大，增加了焚烧过程中运输、存储的难度。因此污泥干化是焚烧法必须解决的首要问题，而焚烧完成后的尾气和灰渣处理、热量的回收利用同样需要考虑。

焚烧是一个复杂的热处理系统，焚烧系统是主要设施，配套设施有三部分，（1）污泥干化系统；（2）烟气净化设系统，对尾气进行处理，以便达到规定的排放标准；（3）热量回收利用系统，对焚烧所释放的热量进行回收利用[3]。

单独建设城市污泥焚烧系统必须设置以上的各部分系统，从而使整个工艺的流程变得复杂，而将干化后的污泥送入火力发电厂、热电厂、工厂的自备电厂等的燃煤锅炉机组，与燃煤混合后进行掺烧，充分利用现有机组的相关设施，能同步解决整个工艺流程的各种问题。

1.2 工艺流程

干化原料为城市的污水处理厂经过初步脱水后的污泥，含水率为80%左右，采用锅炉机组的烟气余热作为热源，在干燥机内对污泥进行加热，水分蒸发后被烟气携带返回机组与排烟混合后经处理排放。经过干燥后的干污泥含水率降为40%左右，输送入机组的输煤系统，与燃煤混合后掺烧。

1.3 主要系统组成

1.3.1 湿污泥储存与输送系统

来泥通常由翻斗车运入厂内，存储于污泥池，通过池底的污泥输送设备定量输送入干燥机，输送设备通常采用螺杆泵或螺旋输送机。

1.3.2 干化系统及烟气系统

工艺热源采用机组空预器前的烟气，在干燥机内烟气同湿污泥发生直接的传热和传质作用，蒸发带走污泥中的水分，从而将湿污泥干燥到含水率40%。烟气携带干污泥颗粒经过气固分离器分离后，通过引风机排出。干污泥含水率可以通过调整湿污泥的给料量或高温烟气量可以来控制。

1.3.3 干化后废烟气净化系统

经过气固分离器的废气为烟气和从污泥中蒸发出的水蒸气的混合气体，并携带有从分离器逃脱的粉尘，将其排入锅炉机组的环保岛入口的烟道，经过净化后排放。

1.3.4 干污泥储存与输送系统

干化后的污泥进入干污泥储仓，最终经过输送设备送入机组的输煤系统，与锅炉燃煤掺杂混合，进入炉膛燃烧。

1.3.5 臭气收集系统

污泥在储存和倒运过程中，会产生恶臭气体，必须采取防护措施。污泥池、污泥输送设备及管道、储仓等都进行封闭设计，并将其工作状态抽为微负压，避免污染物外溢，抽出的气体可以作为机组的进风使用。

2 重点工艺技术分析

2.1 用于掺烧机组的适用性

城市污水处理厂多建于郊区，污泥不宜进行长途运输。一方面，含水污泥的运输多是对其中所含水分做的无用功，造成对运力的大量浪费；另一方面，运输过程中可能造成污泥泄露、恶臭气体散发等问题，危害城市居民生活环境。因此，掺烧适用于该城市及周边转运距离不远的燃煤锅炉机组，这符合相关国家规范的要求[4]。

火力发电厂、热电厂、工厂的自备电厂等的燃煤锅炉机组大小形式各异，而污泥干化的热源来自于锅炉空预器之前的烟气，抽取烟气用于干燥必然会影响锅炉效率。因此需要根据待处理的污泥量选择合适的锅炉机组，以免影响到机组的正常运行。

2.2 干化车间的选址

污泥干化车间在厂区内位置的选择十分重要，除满足厂区的总体规划之外，还应兼顾以下几点：（1）运输湿污泥的车辆一般为大中型的翻斗车，所以污泥池宜靠近道路布置，方便车辆交通、卸料；（2）车间宜距离热源近，减少能源在输送过程中的损耗；（3）干污泥一般采用机械输送的方式输入机组的输煤系统，最终输入原煤仓。机械输送方式不适宜长距离进行，所以车间宜布置在靠近输煤廊、转运站等处。

2.3 干燥热源的选择

污泥干化按加热方式可分为直接和间接加热，直接加热是将高温热烟气直接引入干燥机，通过热烟气与湿物料的直接接触换热，热效率较高，但需要处理的废气量大。间接加热介质一般采用蒸汽、导热油等，在一个封闭的环路中循环，与污泥没有接触，存在较大的热损失，产生的废气量小。

采用蒸汽为热源虽然最终产生的废气量较小，但是以从污泥中蒸发出的水蒸气为主要成分，并夹杂有部分粉尘，这种废气需要由一定量的空气或烟气携带排出，否则在干燥机内和管道中极易发生堵塞、粉尘粘结等问题。锅炉机组的烟气温度随着经过各换热面逐渐降低，烟气的取用点通常有两处，一为省煤器和空预期之间的烟道段，一为空预器之后的烟道段。烟气温度分别为300℃～400℃和100℃～150℃。取用空预器之后烟气虽对锅炉效率的影响小，但其中的有效热量已经很小，如用于干化需要取用大量的烟气，这对干燥机的设计以及整套工艺的设置都不利。而取用省煤器和空预期之间的烟气，其中的有效热量较多，可提高干燥机的换热效率，最终的废气温度可控制与机组排烟温度相当。

2.4 与输煤系统的配合

污泥干化后收集下来呈现颗粒状，通过输送设备送入炉前煤仓。干污泥输送可以采用机械输送或气力输送的方式。如采用气力输送，为了安全，输送气体应采用惰性气体，而且煤仓也需要进行排气和除尘，这势必会造成系统的复杂以及投资运行费用的提高，由此采用机械输送的方式将干污泥输送至输煤皮带上或转运站更为合适。锅炉机组的输煤系统通常是不连续运行的，因此需要设置干污泥储仓，以用于暂存输煤系统停运时的干污泥，同时也能起到稳定物料输送的作用。

2.5 干化和储存的安全性

湿污泥不具备自燃和爆炸的危险，但在池内长时间储存会释放出甲烷，甲烷聚集则极不安全，当机组停运而污泥池尚有余泥时，应保持污泥池的臭气抽除持续工作，将甲烷浓度控制在1%以下[5]。

干化后的污泥一般要求含水率降到40%，这种状态下的污泥多呈现小颗粒状，并含有大量的微细粉尘，在一定的氧气、温度、湿度等储存和转运条件下，容易发生自燃和爆炸。

为防止危险的发生，可采取的措施包括：（1）严格控制干化系统的氧含量。干燥热源使用烟气，本身就降低了氧含量，干燥过程中水蒸气析出，又增加了烟气的湿度，能够有效抑制了污泥爆燃的发生。运行中需要尽量维持锅炉烟气氧含量的稳定性，同时保证烟气管道和设备本体的密封性，避免漏入大量空气；（2）对干污泥储仓、输送设备进行惰性气体保护，特别是在系统长时间停用的情况下；（3）在干污泥储仓内设置喷水管，一旦发生污泥温度过高或自燃的情况，可立即喷水降温、灭火。

2.6 污染物的排放控制

污泥的储存、干化、燃烧各过程都会产生污染物，在工艺设计中应充分考虑予以控制：（1）臭气收集系统的设置可有效防止恶臭气体危害工作环境，同时厂房也要进行合理的通风设计。（2）污泥干化后的废气是烟气、水蒸气、烟尘、污泥粉尘等的混合物，废气的温度通常为110℃～120℃。将废气与机锅炉烟混合，通过除尘、脱硫系统净化后可达标排放。废气的温度与锅炉排烟温度近似，其中的粉尘含量也与烟气近似，而且废气量仅占总烟气量的约10%，混合后不会对烟气性质带来很大的改变，也不会增加环保岛的负荷压力。（3）污泥与燃煤混合掺烧过程中，也会产生气体污染物，污染物种类也与燃煤类似，由于污泥的掺烧比例不超过锅炉燃煤量的5%，不会对烟气性质造成较大影响，完全可利用机组的环保设施予以处理。需要特别注意的是，在污泥燃烧温度小于400℃时，会产生二恶英类物质，而机组的正常燃烧温度通常超过800℃，在此温度下燃烧停留时间超过2s则不会产生二恶英。因此在机组的起炉和停炉阶段，由于燃烧温度较低，燃烧不稳定，不能启用污泥干化掺烧系统，待稳定运行后再进行掺烧。（4）干污泥的灰分通常在10%～40%，实际上与电厂燃煤相差不大，且污泥焚烧灰渣主要成分也是Si、Al、Fe、Ca等元素，与锅炉灰渣相似，在燃烧过程中，重金属大部分在高温下固化为炉渣，或者吸附于飞灰上，可与锅炉灰渣共同处置。

3 结语

污泥的干化掺烧符合国家相关产业政策要求，能够达到污泥处置的“减量化、稳定化、无害化”的目标。利用燃煤锅炉机组中温烟气作为干燥热源具有一定的工艺技术优势，实用中应该根据具体的工况进行合理的工艺设计，对重点的工艺问题进行特别分析，以达到与锅炉机组的协同运行，发挥最大效能，避免不利情况的发生。

[1]环境保护技术文件城镇污水处理厂污泥处理处置污染防治最佳可行技术指南（试行）HJ-BAT-002[S].

[2]唐银健，陈玲，程五良,等.施用污泥堆肥对滩涂土壤理化性质的影响[J].四川环境，2006（12）.

[3]黄凌军，杜红，杨锦，深圳特区污泥处理处置的探索与建议[C].2004年国际污泥无害化经验交流会论文汇编，34-41.

[4]城镇污水处理厂污泥处理处置技术规范（征求意见稿）[S].

[5]王罗春,李熊,赵由才,等.污泥干化与焚烧技术[M].北京:冶金工业出版社，2010.