污泥热干化处理过程要点分析

胡晓亮* 俞 燕 詹晓艳

（新嘉爱斯热电有限公司）

0 前言

随着国民经济增长及城镇化建设不断推进，市政污泥与工业污泥排放量逐年增长。为了确保市政污泥、工业污泥的减量化、无害化、稳定化、资源化[1]，污泥热干化焚烧处理作为一种大规模、彻底、高效的处理形式，近年在综合能源协同利用中得到了广泛应用。污泥干化是利用蒸汽设备对污泥中的水分进行降除，使其维持在一个稳定的水平。目前，典型的污泥干化设备是圆盘式干化机和浆叶式干化机。干化的污泥再与煤炭或者生物质等耦和后再进行焚烧处置。其中，含水率是一个重要的参数。

1 含水率

Vesilind 等[2]认为，污泥中的水分一般可分为4种，即间隙水、表面吸附水、背部水和毛细水，分类如图1 所示。其中间隙水是一种游离水，最容易去除；表面吸附水和毛细结合水是两固体颗粒接触表面之间、固体颗粒自身裂缝中存在着各类毛细结合水，在污泥总含水量中占比较少；而内部水是一种组织水，需要破坏细胞的组织结构。单位质量的污泥所含有水分的质量分数称为含水率，可用下式进行计算：

图1 污泥内部组织示意图

污泥的含水率对污泥的储存、转运、处置过程具有较大的影响，也是污泥合理化处置的重要影响因素。在不同的含水率下，污泥会表现出不同的流变特性。此外，当水分高达50%以上时，焚烧过程中水分蒸发伴随整个过程，使得这一过程在协同燃烧中占据了主要位置，而随着水分不断蒸发，汽化潜热带会走炉膛中大部分的热量，同时也增加了锅炉的排烟损失，不利于污泥处置过程的经济化运行。通常情况下，污泥的含水率很高，为了便于输送，在进行干化之前要进行脱水处理，即进入干化机进行进一步深度脱水，使其维持在一个稳定的水平。

2 黏附和黏结特性

污泥的黏附与黏结特性与污泥的干化时候的温度、含水率有关。黏结主要指污泥的团聚特性，黏附则指污泥的黏附特性，表现为黏附在干化设备之上；普遍认为含水率达到50%左右时，黏附和黏结作用力达到峰值。当水分降低到30%左右的时候，黏附和黏结作用明显的降低。由于黏附和黏结特性，污泥干化过程存在黏滞区。Kudra[3]对污泥干化过程中的黏滞区进行了分析，认为污泥干化黏滞区是污泥干化过程中温度和含水率宏观参量共同作用的结果，因此在在污泥干化过程中要严格控制其黏度。

3 工艺流程

某热电厂具有年处理量为83 万t 的生产线，污泥处理处置过程中首先对污泥实施干化处理，然后再与煤协同耦合焚烧，同时对焚烧烟气进行多工序的尾气治理， 依托该公司的焚烧、发电、供热等配套设施，实现干化污泥与煤协同焚烧发电、供热，其工艺如图2 所示，工艺参数如图3 所示。污泥干化工艺采用超圆盘式干化机相结合的方式，先将湿污泥进行机械脱水再热干化处理，在实际的运行过程中发现，将现湿污泥含水率控制在40%左右，再与煤混合后采用循环流化床清洁燃烧技术进行处置，就可以使焚烧产生的热量将锅炉内的水加热变成高温高压蒸汽。一部分蒸汽用于推动汽轮发电机组发电、供热；另一部分蒸汽则用于推动汽轮机直接带动空压机组生产压缩空气，这改变了传统的发电机发电后再去驱动电动空压机的方式。在焚烧过程程中，对焚烧烟气采用SNCR-SCR 联合脱硝、电袋除尘、石灰石石膏法脱硫、湿电等一系列烟气净化处理工艺，使烟气排放达到超低排放的要求。考虑到污泥转运的过程中，一些有机气体以及微生物的代谢产物会逃逸出来，弥散在环境中造成二次污染，包括NH3、H2S、硫醇及硫醚类物质，大多会发出恶臭的气味，其中NH3、H2S 含量较高。这些有害气体进入呼吸道会对人体的黏膜产生伤害，极高浓度的气体甚至会造成肺水肿、喉头水肿等疾病。因此，应对污泥干化全生命周期进行有效的封闭式处理。

图2 污泥耦合热电气联产工艺流程

图3 污泥干化焚烧的工艺参数

4 结论

在某电厂实践过程中发现，污泥含水率对污泥处置过程尤为重要，含水率过高很影响污泥协同燃烧的工况，而含水率过低（30%～50%）时，污泥的黏结和黏附特性会达到极值，造成干化机出泥困难，甚至出现卡机的情况。实践表明，将含水率控制在40%左右，能就有效解决上述问题。

此外，污泥干化传热动力场中热量通过壁面传递给料层，料层接着传递给隔壁的料层，一部分通过蒸发损失掉，另一部分则通过对流和辐射传递到空气中。其中热阻主要集中于污泥侧水分蒸发，强化传热的措施也应该针对于此。