污泥干化焚烧处理工艺分析——以上海白龙港污泥处理工程为例

贝舒瑜

（安德里茨（中国）有限公司，广东 佛山 528421）

随着我国经济的发展、人民生活水平的提高、环保意识和政策的加强，我国城镇污水排放量日益增加。与此同时，污水处理厂污泥产量也快速增加。据测，2020 年，全国污泥产量达到6000 万吨。根据国家发改委、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》，需重视污泥无害化处理，规划要求到2020 年地级市及以上城市污泥无害化处理处置率应达到90%。城市污水污泥（以下简称污泥）是城市污水处理厂净化污水过程中的必然产物。污泥中含有大量病原菌、寄生虫，铜，铅、锌、铬、汞等重金属，盐类以及二噁英、多氯联苯（PCBs）、多环芳烃（PAHs）、放射性核素等难降解的有毒有害物质，如果处理不当，容易造成二次污染。

1 污泥处理方式

污泥处理的通常方式有堆肥、自然干化，填埋和焚烧等。目前主要以填埋方式处理污泥。这种处理方式，容易造成二次污染，容易对生态环境造成大的危害。依据污泥处置的“减量化、稳定化、无害化和资源化”的原则，焚烧处置是污泥处理的最佳方式。因为污泥经过焚烧处理，能够完全碳化污泥中的有机物，对污泥中病原菌等有害微生物进行无害化处理；同时，污泥焚烧后的剩余灰渣体积大大缩小，实现污泥最大程度的减量化。

污泥焚烧处理主要有单独焚烧和掺杂焚烧两种处理方式，从报道的相关文献研究结果和实际运行的经验，电厂污泥掺烧处置方案存在各种弊端，且不能稳定保证污泥的全量处置，污泥的含水率和掺混率会对锅炉的安全可靠运行造成一定的影响，容易造成炉膛结焦、腐蚀，也不利于电厂粉煤灰的利用和烟气处理的稳定达标；同样，利用水泥窑协同处置污泥作为跨行业的协同处置方式，存在诸多的前提条件，有较大风险。而污泥单独焚烧则可以克服以上弊端，通过前期选择适合的焚烧炉结构、污泥干化工艺和烟气净化处理工艺，可以实现污泥的无害化、减量化和稳定化处理。

本文以上海白龙港污水处理厂污泥焚烧工程为例，项目采用新型鼓泡床对污泥进行焚烧。此污泥焚烧工艺可以作为今后我国污泥处理的参考技术路线。

2 规模分析

项目位于上海市白龙港污水处理厂内，服务对象为白龙港污水处理厂提标到一级A 后280 万m3/d 污水处理产生的污泥，和虹桥污水处理厂投产后的20 万m3/d 污水处理产生的污泥。工程设计项目规模：其中干化设计规模为486tDS/d,折合含水率80%的污泥量为2430t/d，焚烧和烟气处理设施设计规模为451tDS/d。焚烧系统的污泥分成三部分，包括白龙港新建干化系统产生的污泥，额定污泥量为378tDS/d,白龙港污泥一期干化系统产生的污泥，额定处理量为35tDS/d,含水率为30%左右。虹桥污水处理厂产生的污泥，额定处理量为38tDS/d,含水率在40%以下。

本项目建成后，白龙港污水处理厂将成为全球最大的污泥处置中心，也是具体贯彻落实《上海市污水处理系统及污泥处置处置规划（2015-2040）》指导意见中对污泥处理的要求。

3 污泥焚烧工艺分析

本新建项目工程采用引进奥地利某公司的鼓泡床锅炉技术，通过配套的热干化工艺，实现污泥焚烧过程的自燃型。由于焚烧炉的独特设计，能够实现分级燃烧、低温燃烧，在有效处理污泥的同时，减少氮氧化物的产生，是值得推广的环保高效处理污泥的一种技术。

3.1 主体工艺

白龙港污泥处理二期工程，主体工艺采用污泥热干化+焚烧路线。项目配置9 台干化机，单台干化水蒸发能力为9600kg/h。6 台鼓泡床焚烧锅炉，单台焚烧每台锅炉污泥处理能力100tDS/d。

焚烧系统焚烧的污泥来自三部分，分别是：（1）白龙港新建干化系统产生的污泥，额定污泥量为378tDS/d，含水率＜10%；（2）白龙港污泥一期干化系统产生的污泥，额定处理量为35tDS/d,含水率为30%左右；（3）虹桥污水处理厂产生的污泥，额定处理量为38tDS/d,含水率在40%以下。

工艺流程为干化和焚烧两个核心部分。污泥干化是焚烧的前置工艺，主要是为焚烧服务。通过自动控制干化后污泥的和湿污泥的混合量，使焚烧率维持自然状态。

干化工艺：污水处理后产生的含水污泥经过机械脱水处理成含水率为80%左右污泥，进入干化车间干化处理。经过干化后的污泥含水率小于10%。干化后的污泥通过螺旋输送机输送至干污泥料仓储存。

焚烧工艺：采用鼓泡流化床锅炉焚烧。正常燃烧状态，炉膛内的床砂处于悬浮状态，床砂蓄热量大，投入的燃料与床砂接触，能快速地脱水、燃烧。送入锅炉的污泥有三种，分别为干化污泥（含水率小于10%）、湿污泥（含水率80%）和虹桥处理厂运来的污泥（含水率小于40%）。通过调节干污泥及湿污泥投料的混合比，能最大程度地维持燃烧处于自然状态。

干化机和焚烧炉的运行要求趋势是相反的，当需要较多的干化线投入运行时，会要求较少的焚烧线投入运行。反之亦然。

在正常燃烧状态时，燃烧的高温烟气经过过热器后，进入两级空气预热器预热流化风和二次风。再经过省煤器预热锅炉给水。然后，烟气经过尾气处理系统进行处理达标后排放到大气中。过热器产生的高温蒸汽，直接送入干化机干化污泥。当焚烧炉产生的高温蒸汽不足时，可以由焚烧炉中通入天然气燃烧产生高温蒸汽，也可以由辅助蒸汽锅炉补充。考虑到成本原因，首先由辅助锅炉补充，特殊情况下才采用焚烧炉燃烧天然气补充。干化焚烧工艺流程如图1。

图1 污泥干化焚烧工艺简易流程图

3.2 焚烧系统

污泥焚烧过程可分为污泥焚烧，烟气循环、余热回收、炉床填料砂补充及循环，灰渣收集、打包外运等子系统。

白龙港污泥处理项目有6 台焚烧炉，其中2 台焚烧炉组成一个系统，共用一套汽水装置，砂系统和灰渣收集、外送系统。

经过干化的污泥（含水率＜10%）通过螺旋输送器输送至17.3m3容积的缓冲罐中，通过喂料器，连续、定量地供给鼓泡床锅炉。机械脱水后的湿污泥（含水率80%）储存在储泥池中，通过泵经过管道输送至100m3容器的湿污泥料仓中，再通过螺旋泵连续、定量地输入供给焚烧锅炉。通过控制干污泥和湿污泥的混合比，可以有效地维持自持燃烧。此外，当虹桥污水处理厂初步处理的污泥运至白龙港项目的外来污泥接收仓后，也可以通过螺杆泵，连续、定量地供给焚烧炉。

白龙港项目采用的是奥地利某公司的鼓泡流化床锅炉（BFB）。所谓鼓泡流化床锅炉，是指锅炉在正常运行状态，从炉底布风管吹进的一次风使砂床处于悬浮的沸腾流化状态。鼓泡床锅炉的床砂颗粒平均尺寸大小为250μm 的石英砂，石英砂用作床料不仅作为机械载体介质，而且最重要的是作为传热和蓄热介质：热砂子将热量传递给冷燃料，使其干燥并加热到着火温度。反过来，燃料燃烧释放的热能被床料吸收并输送到较高的炉膛部位。由于混合效应强，床层蓄热能力大，燃料份额相对较低，通过控制一次风流量，使床温控制在700～800℃的低床温，再通过调节再循环风在一次风中的风量，从而实现“低温燃烧”。因此,可以实现低NOx排放，减少炉床烧结结垢风险。

该锅炉由于采用独特的开放式炉床结构，污泥中不可燃物（如金属、石块）、大块颗粒以及焚烧后的灰渣在重力作用下落入炉底，由炉底定期清理。此种设计，减少了由于需要清理大块炉渣的停炉时间。此外，鼓泡床锅炉可以根据负荷在50%～100%调节,大大地提高了系统的稳定性，提高了设备的使用率。

此鼓泡床锅炉通过整体设计，通过膜式水冷壁封闭后形成炉膛。由于炉膛是锅炉蒸发器的一部分，因此，所有高温通道内的水冷壁都保持在相同的温度（饱和蒸汽温度），避免单独炉膛和顺流式余热锅炉在关键的过渡区存在固有的设计问题（高温膨胀）。对比其余采用单独外部炉膛的焚烧系统，此设计由于耐火内衬更薄，可以实现更快的开机和停机。此外，由于整体设计能够使锅炉的建筑面积更少。流化床模块（床区、自由区、布风室）和锅炉整合在一个单元内，能够节省土地资源。

燃烧产生的高温烟气首先经过过热器加热蒸汽（过热蒸汽用于干化设备），再经过两级空预器预热一次风和二次风，之后烟气进入省煤器加热锅炉水。最后，废烟进入烟气处理系统。

3.3 余热回收系统

鼓泡床锅炉废气出口温度850℃左右，含有大量的热能。为了能更好地利用废气热能，减少燃损，本工程通过在烟气尾部添加2 级空气余热器和省煤器2 套余热回收系统。

3.4 烟气处理系统

本工艺采用静电除尘+吸附反应器+布袋除尘器+烟气洗涤装置+活性炭吸附装置。通过静电除尘设备，可以高效地去除烟气中98%的粉尘。在烟气进入布袋除尘器之前，在烟道中喷入氢氧化钙和活性炭，与烟气中的有害成分进行反应。通过反应，可以去除烟气中的酸性气体，如SO2、HCL 和HF。烟气中的重金属如汞、二噁英可以通过活性炭吸收去除。

布袋除尘器可以精细净化烟气。多级烟气洗涤装置可以确保极地的污染排放。湿法处理工艺是最有效的处理方式。此外，由于烟气洗涤装置的高缓冲容量，从而可以为上游处理过程波动的情况下提供额外的安全功能。湿式洗涤塔主要用于中和烟气中的酸性物质。进入洗涤塔的烟气中的酸性气体与循环泵喷淋的NAOH 溶液进行中和反应，经过脱酸后的烟气，通过设置于洗涤塔上的烟气冷却装置，降低烟气温度，再经过洗涤塔顶部除雾器去除液体后，从洗涤塔顶部排除。排除的烟气经过换热器，重新加热至130℃。最后的活性炭吸附装置是为了去除重金属，如汞、汞化物或多氯代二噁英、呋喃或者其他烟气气体中氯芳烃。

烟气经过以上烟气处理装置，处理后的烟气排放浓度远低于国家排放标准。

4 结语

通过鼓泡床锅炉焚烧技术，可以高效节能地处理城市污水处理厂产生的污泥，能够解决污水厂长期且日益增长的污泥处理问题。通过对市政污泥减量化、稳定化和无害化处理，改善城市投资、旅游、居住环境，保证了上海市的可持续发展，对发展经济具有积极作用，为今后我国污泥处理提供了一种借鉴工艺。