干化污泥造粒对垃圾焚烧厂协同焚烧的影响研究

冯淋淋, 王志强, 白 力

(上海康恒环境股份有限公司，上海 201703)

引 言

近年来，在国家节能减排和积极的财政政策作用下，城镇污水处理得到迅速发展，但是，城镇污水处理过程产生的大量污泥普遍还未得到有效处理处置。对污泥的处置方法主要有填埋、农用堆肥和焚烧几种[1]。E20研究数据显示：目前我国污水处理厂产生的污泥，一半以上是采用卫生填埋的方式进行处置，超过18%的污泥不知去向。卫生填埋虽然在目前还是主要的污泥处置方式，但是这种处置方法不仅可能存在对土壤及地下水等二次污染，而且占地面积大，这也催使了其他处理技术和设备的迅速发展。与其他各种方法相比，焚烧具有占地面积小、处理速度快，减量化程度高及可以回收能量等优点日益受到重视[2～4]。《污水处理厂污泥处理处置最佳可行技术导则》中也指出：污泥干化焚烧是今后我国提倡的方向。

污泥与垃圾焚烧电厂的协同焚烧除具有减容率高、能量回收等优势外，还具有投资少、运行成本低，且污染物排放控制好等特点，在国内得到了广泛的试行推广。因污水厂的污泥经机械脱水后含水率仍约为80%，高含水率的特点给污泥的处置带来了较大困难，为方便其处置需要先将污泥干化[5]。污泥与垃圾焚烧电厂协同焚烧的主要流程是：污水厂脱水污泥(含水率约80%)→湿污泥储存仓→污泥热干化(干化至含水率30%～40%)→干污泥输送→垃圾库干污泥专区储区→污泥抓斗布料→垃圾抓斗上料→垃圾进料斗→焚烧炉焚烧。

上海某垃圾焚烧电厂于 2016 年开始试行掺烧干化污泥，试行以来产生了极好的经济效益及环境效益，但也产生了一系列的问题，主要是：(1)干化后的污泥程粉末状，在运输和投料过程中产生大量的扬尘，给设备和环境带来危害；(2)干化污泥在垃圾库储存及布料过程进入渗滤液系统，使得渗滤液中 SS 升高，造成渗滤液高负荷运行时出水达标受影响；(3)干化污泥进入焚烧炉掺烧后产生的粉尘量增大，造成锅炉结焦积灰较严重；(4)污泥中S含量较高，掺烧后造成烟气中污染物浓度增加，烟气净化达标排放受影响。

为保证焚烧系统长期安全稳定运行，减少干化污泥掺烧对设备及环境带来的危害，在大量的实地考察和现场试验的基础上，该厂对干化后的粉状污泥进行造粒技改，改变干污泥的物理性状，最大限度的减少粉尘进入锅炉，减少烟气中飞灰的携带量。本文研究了干化污泥造粒技改前后垃圾库扬尘、锅炉效率、锅炉温度、飞灰产量、烟气排放指标等方面的变化情况，为污泥协同垃圾焚烧处置提供了运行经验及合理化方案，具有较强的指导意义。

1 干污泥造粒的工艺

干化污泥造粒系统的工艺流程如图1所示。干化污泥储存仓内的污泥首先进入筛分机，去除大颗粒杂质和小铁块后进入暂存仓，仓下设计两路，出口配置电动插板阀，接变频螺旋输送机控制下料制粒的速度，下方设两台造粒机，可同时运行。造粒好的污泥共用一条污泥颗粒输送机，接密闭式污泥转运车输送运至垃圾焚烧厂的垃圾库内。

图1 干化污泥造粒系统的工艺流程图Fig.1 The process flow diagram of dry sludge granulation system

2 污泥造粒前后的运行情况

2.1 造粒前后污泥的性状

该厂污泥热干化设备采用卧式圆盘干化机，干化后的污泥含水率在30%～40%，干化后的污泥呈粉末状，粒径主要分布在1～100μm之间，其中大部分集中在10μm左右，粒度较细，在输送过程中极易造成扬尘现象，如图2(左)所示。干污泥经造粒成型后，颗粒直径5～8mm，长度 30～50mm，如图2(右)所示。

图2 干化污泥造粒前后的性状对比Fig.2 Charater comparison before and after granulation of dry sludge

2.2 垃圾库扬尘的影响

污泥造粒之前，干化污泥在卸料及布料的过程中，均会产生大量的扬尘，不仅严重阻碍了垃圾吊操作人员视线，而且扬尘堆积在垃圾吊及附属设备上，会对钢丝绳等设备造成腐蚀，对电控仪表设备造成短路导致故障频发；同时扬尘还会引起一次风入口滤网的堵塞，需频繁清洗。另外，粉状污泥极易进入渗滤液系统，引起渗沥液管道系统堵塞，处理难度高，环境污染大，工作负荷大，现场情况如图3(左)所示。

污泥造粒后，垃圾库的环境状况得到了极大的改善，一次风吸风口滤网、渗滤液格栅堵塞问题也基本得到了解决，如图3(右)所示。

图3 干化污泥造粒前后垃圾库扬尘的对比Fig.3 Comparison of dust before and after granulation of dry sludge

2.3 锅炉效率的影响

粉末状污泥进入焚烧炉后，在炉排翻动以及一次风扰动的作用下极易扬起，增大了烟气中粉尘的含量，从而加重了锅炉的积灰和结焦。掺烧污泥后，在焚烧炉内壁、一、二烟道水冷壁上容易产生结焦，水平烟道积灰增加。随着积灰结焦的增加，烟气流动阻力增加，更容易使粉尘滞留，发生恶性循环。同时，受热面积灰、结焦的恶化，会降低锅炉换热效率，减少蒸发量，需经常性地进行非常规吹灰作业。图4为掺烧粉状污泥后炉膛内的结焦情况，检修期间清理焦块工作量增加、工期增长、作业难度高、危险性大。

图4 掺烧粉状污泥后炉膛内的结焦情况Fig.4 Coking of the boiler after adding pulverized sludge

该厂3月份掺烧粉状干化污泥，吨垃圾产汽量均值为2.21t，6月份掺烧造粒污泥，吨垃圾产汽均值提高到了2.38t，锅炉效率提高了约7.7%，这间接证明了造粒后锅炉的积灰结焦得到了改善，产汽量对比如图5所示。

图5 干化污泥造粒前后吨垃圾产汽量的对比Fig.5 Comparison of steam yield per ton before and after granulation of dry sludge

2.4 锅炉温度的影响

该厂5月10日～5月24日掺烧粉状干化污泥，掺烧污泥后，一烟道、二烟道、三烟道及三过入口温度上升较快。6月7日开始掺烧造粒后的污泥，锅炉温度整体平稳，上升缓慢。但随着运行时间的延长，锅炉出现严重积灰，于7月5日～6日进行了在线微爆清灰。在此期间锅炉的温度变化曲线见图6。

通过对锅炉温度变化曲线分析，说明污泥造粒可以减轻掺烧对锅炉积灰的影响，但因污泥中的灰分含量高于生活垃圾，所以掺烧污泥对锅炉积灰的影响无法完全根除。

图6 干化污泥造粒前后锅炉温度的对比Fig.6 Comparison of boiler temperature before and after granulation of dry sludge

2.5 烟气净化系统的影响

市政污泥S含量普遍较高，焚烧厂掺烧污泥后极易引起烟气中SO2浓度的升高。该焚烧厂掺烧污泥前消石灰每天的用量为9.71t/d，SO2的排放浓度为0.6mg/m3。3月份掺烧粉状污泥后，消石灰的耗量均值为11.57t/d，相较于未掺烧污泥时消石灰每天的耗量增加了1.86t，耗量增加19.1%。6月污泥造粒后，消石灰的耗量均值为10.54t/d，比造粒前下降了1.03t/d，消石灰耗量减少了了8.9%。干化污泥造粒前后SO2排放量及消石灰耗量的对比见图7和图8。

掺烧粉状污泥不仅增加了消石灰耗量，而且还导致SO2排放浓度上升明显，其浓度为30～40mg/m3，均值为27.99mg/m3。污泥造粒后烟气SO2排放浓度明显下降，维持在0～10mg/m3，均值为5.96mg/m3，有效降低了消石灰的用量及SO2的排放浓度。

图7 干化污泥造粒前后SO2排放量的对比Fig.7 Comparison of SO2 emission before and after granulation of dry sludge

图8 干化污泥造粒前后消石灰用量的对比Fig.8 Comparison of amount of slaked lime before and after granulation of dry sludge

2.6 飞灰产量的影响

掺烧粉状污泥引起烟气中粉尘量的增加，同时污染物浓度升高增加了消石灰的用量，这些方面均会导致尾端烟气净化系统中的飞灰产量增加，增加了飞灰处置成本。图9为干化污泥造粒前后飞灰产量的对比，通过对比可以看出，污泥经造粒入炉后

图9 干化污泥造粒前后飞灰产率的对比Fig.9 Comparison of fly ash yield before and after granulation of dry sludge

飞灰产生量大大减少，单炉飞灰产生量由3 月份的11.3t/d 降低到9.35t/d，飞灰产生率由 2.8%降到 2.3%。

3 结 论

本文以生活垃圾焚烧厂协同掺烧污泥为研究对象，分别对比研究了干化污泥造粒前后的性状，及对垃圾库扬尘、锅炉效率、锅炉温度、烟气净化系统及飞灰产量的影响，得出以下结论：

(1)干化污泥经造粒后，粉状污泥得以成型，颗粒直径5～8mm，长度30～50mm。

(2)干化污泥造粒后有效的避免了运输及垃圾库的扬尘，一次风吸风口滤网、渗滤液格栅堵塞问题基本得以解决。

(3)相较于掺烧粉末状污泥来说，污泥造粒后入炉掺烧，锅炉效率提高了大约7.7%，锅炉升温速率减缓，锅炉积灰结焦有所改善。随着运行时间的增长(约1个月后)，烟温仍上涨较快，掺烧污泥的锅炉积灰现象仍较严重。

(4)掺烧污泥后，消石灰耗量增加，烟气中的SO2排放浓度明显升高。将污泥造粒后再掺烧，消石灰用量降低约8.9%，烟气中SO2的排放浓度也得到了有效的控制，飞灰产生率由 2.8%降到 2.3%，飞灰处置费用降低。

综上所述，为了保证焚烧系统长期安全稳定运行，减少干化污泥掺烧对垃圾焚烧设备及系统带来的危害， 建议粉状干化污泥经过造粒之后再送入生活垃圾焚烧厂作协同焚烧。