臥式薄層干化兩段法工藝在污泥摻燒發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀和實(shí)例分析

全康環(huán)保:摘要：本文對(duì)臥式薄層污泥干化兩段法工藝進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并以上海市竹園片區(qū)污泥處理處置擴(kuò)建工程為例進(jìn)行了分析。臥式薄層干化機(jī)單機(jī)處理能力大，安全性高，密封性好，廢氣量少，車間環(huán)境友好，基于臥式薄層干化兩段法工藝在安全性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性等方面的諸多優(yōu)勢(shì)，該工藝越來(lái)越多的應(yīng)用于污泥摻燒發(fā)電領(lǐng)域，可做為國(guó)內(nèi)電廠污泥處理處置項(xiàng)目的優(yōu)選工藝之一。

隨著城市的快速發(fā)展，污水量不斷增加，污水處理廠提標(biāo)改造進(jìn)度持續(xù)加快，導(dǎo)致污泥產(chǎn)量大大增加，截止到2016 年底我國(guó)污水處理量達(dá)到1.5億 m3/d，污泥總量近 3000 萬(wàn)噸，預(yù)計(jì)到2020 年以含水率80%計(jì)我國(guó)的污泥產(chǎn)量將突破 6000 萬(wàn)噸。

在城市污水的收集及處理過(guò)程中產(chǎn)生的污泥，可能含有重金屬物質(zhì)、病原體、病毒、微生物和大量的毒性有機(jī)物，如不加以妥善處理和處置，將給排放區(qū)周圍環(huán)境造成嚴(yán)重的二次污染，威脅人類健康。污泥處理處置的問(wèn)題已成為當(dāng)前形勢(shì)下的突出環(huán)境問(wèn)題。

我國(guó)目前主要的污泥處理方式包括濃縮、調(diào)理、脫水、干化等，以濃縮、調(diào)理和脫水為主，干化率尚處于較低水平。污泥處置是指污泥經(jīng)處理后的最終去向，我國(guó)目前主要的污泥處置方式有衛(wèi)生填埋、土地利用、焚燒后建材利用等，其中衛(wèi)生填埋是最常用的方式。一方面由于有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格，另一方面受制于有限的可利用土地資源，干化加焚燒的處理處置方式越來(lái)越普遍。

01 臥式薄層污泥干化兩段法工藝

污泥干化是利用燃燒化石燃料所產(chǎn)生的熱能或工業(yè)余熱、廢熱，通過(guò)專門的工藝和設(shè)備，使污泥中水份快速蒸發(fā)的一種工藝[7]。污泥干化對(duì)污泥中的水分進(jìn)行去除，從而達(dá)到干燥污泥、縮小污泥體積、提高污泥熱值的目的，同步實(shí)現(xiàn)污泥的減量化和穩(wěn)定化。

臥式薄層污泥干化兩段法工藝是目前我國(guó)大型污泥干化項(xiàng)目的主流工藝之一，它是利用飽和蒸汽或?qū)嵊妥鳛闊崦降拈g接加熱干化工藝。

1.1 核心設(shè)備

臥式薄層污泥干化兩段法工藝的核心設(shè)備是臥式薄層干化機(jī)，由德國(guó)Buss-SMS-Canzler公司生產(chǎn)。Buss-SMS-Canzler公司成立于1919年，相關(guān)產(chǎn)品涉及石油化工、醫(yī)藥、食品及環(huán)境能源等領(lǐng)域，總部位于德國(guó)布茨巴赫，并在瑞士巴塞爾擁有完善的產(chǎn)品研發(fā)中心和試驗(yàn)基地，是難處理混合物料熱分離解決方案及薄層蒸發(fā)技術(shù)的世界領(lǐng)先者，也是專業(yè)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)用于干燥高粘性物料處理設(shè)備的全球領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)。

圖1為臥式薄層干化機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，臥式薄層干化機(jī)主要由外殼、轉(zhuǎn)子和葉片、驅(qū)動(dòng)裝置三部分組成。外殼為壓力容器，其殼體夾套內(nèi)可注入飽和蒸汽或?qū)嵊妥鳛槲勰喔苫に嚨臒崦剑馁|(zhì)為歐標(biāo)的耐高溫鍋爐鋼，內(nèi)壁作為與污泥接觸的傳熱部分，提供主要的換熱面積和污泥薄層的載體，其材質(zhì)有多種材料可選，其中Naxtra700高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼覆層廣泛適用于市政行業(yè)，防腐蝕性和耐磨性優(yōu)于其他材料；轉(zhuǎn)子為一根整體的空心軸，其特殊的加工工藝可以確保轉(zhuǎn)子在受熱和高速轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)不產(chǎn)生撓度，始終使葉片外沿與內(nèi)壁的距離保持5-10mm，在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)及葉片的涂布下，進(jìn)入干化機(jī)的污泥會(huì)均勻的在內(nèi)壁上形成一個(gè)動(dòng)態(tài)的薄層，污泥薄層不斷的被更新，在向出料口推進(jìn)的過(guò)程中持續(xù)被干化。

1.2 工藝流程

離心脫水后含水率80%-85%的濕污泥通過(guò)車載運(yùn)輸或管道輸送至濕污泥料倉(cāng)，料倉(cāng)內(nèi)部設(shè)有滑架以防止污泥架橋，底部設(shè)有卸料螺旋和濕污泥輸送泵。

濕污泥輸送泵將污泥輸送至薄層干化機(jī)入口，進(jìn)入薄層干化機(jī)的污泥被轉(zhuǎn)子上的葉片涂布于熱壁表面，葉片在對(duì)熱壁表面的污泥反復(fù)翻混的同時(shí)，還將其向前推送到出泥口。在此過(guò)程中，污泥中水分被加熱蒸發(fā)為水蒸汽，水蒸汽在干化機(jī)內(nèi)部與污泥逆向運(yùn)動(dòng)，由污泥進(jìn)料口上方的乏汽箱進(jìn)入尾氣冷凝系統(tǒng)。

薄層干化機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的蒸發(fā)尾氣通過(guò)乏汽箱進(jìn)入冷凝系統(tǒng)后，首先進(jìn)入冷凝器，在冷凝器中，廢蒸汽通過(guò)水洗，水分從蒸發(fā)尾氣中被冷凝下來(lái)。少量不凝氣體（空氣和污泥中揮發(fā)物）經(jīng)過(guò)除霧器進(jìn)行液滴分離后，由廢氣風(fēng)機(jī)排出干化系統(tǒng)，進(jìn)入除臭系統(tǒng)或進(jìn)入焚燒系統(tǒng)處理。自干化系統(tǒng)排出的廢氣量極少，僅為系統(tǒng)蒸發(fā)水量的5%-10%，廢氣風(fēng)機(jī)使整個(gè)干化系統(tǒng)處于負(fù)壓狀態(tài)，避免臭氣及粉塵的外溢。

自薄層干化機(jī)產(chǎn)出的含水率30%-40%的干污泥進(jìn)入到后續(xù)線性干化機(jī)中進(jìn)一步干化，含水率最低可干化至5%。當(dāng)對(duì)干污泥進(jìn)行暫存時(shí)，設(shè)置污泥冷卻器，線性干化機(jī)干化后的污泥先經(jīng)過(guò)冷卻，將污泥溫度降低到50℃以下以提高安全性，防止污泥燜燃或自燃，隨后依次通過(guò)卸料閥和刮板輸送機(jī)送至干污泥料倉(cāng)儲(chǔ)存。當(dāng)后續(xù)接焚燒系統(tǒng)時(shí)，干化系統(tǒng)可通過(guò)輸送設(shè)備直接與焚燒系統(tǒng)串聯(lián)。

臥式薄層干化兩段法工藝可通過(guò)污泥中的蒸發(fā)水實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)自惰性化的要求，在開(kāi)機(jī)及緊急情況下采用低壓蒸汽、新鮮水或氮?dú)庾鳛楦苫到y(tǒng)的惰性化介質(zhì)。在乏汽箱出口設(shè)有氧含量分析儀，通過(guò)對(duì)干化系統(tǒng)內(nèi)氧含量的控制，實(shí)現(xiàn)污泥干化系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1.3 工藝優(yōu)勢(shì)

1）安全：系統(tǒng)密閉性好，始終維持-0.5到-1kPa的微負(fù)壓，無(wú)臭氣和粉塵外溢；系統(tǒng)可自惰性化并設(shè)置多種惰性化手段，市政項(xiàng)目中氧含量控制在5%以下；干化機(jī)出口干污泥溫度可以達(dá)到100℃，完全起到殺菌作用，符合美國(guó)環(huán)保署污泥處置規(guī)范EPA503標(biāo)準(zhǔn)；應(yīng)用歷史上無(wú)任何安全事故。

2）穩(wěn)定：在污泥與煤協(xié)同焚燒的項(xiàng)目中，當(dāng)進(jìn)入電廠鍋爐的污泥含水率較大時(shí)，易對(duì)鍋爐設(shè)備產(chǎn)生負(fù)面影響，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的設(shè)備損壞，一是對(duì)爐膛內(nèi)墻沖刷加劇，磨損嚴(yán)重，二是易導(dǎo)致輸送系統(tǒng)堵塞，造成停爐停機(jī)事件。薄層污泥干化兩段法工藝出泥含水率低，并可通過(guò)調(diào)節(jié)干化機(jī)內(nèi)蒸汽壓力實(shí)現(xiàn)出泥含水率20%-33%之間快速調(diào)節(jié)，與其它工藝相比優(yōu)勢(shì)明顯，對(duì)維持電廠設(shè)備和電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定起到積極作用。

3）簡(jiǎn)單：污泥產(chǎn)品的均勻性和顆粒化可增強(qiáng)電廠鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性，其它工藝均需增加破碎或造粒設(shè)備，而薄層干化機(jī)可自造粒（圖2），產(chǎn)品為均勻顆粒化污泥（圖3），無(wú)需額外增加造粒設(shè)備；附屬設(shè)備數(shù)量少，占地空間小，操作控制簡(jiǎn)單；無(wú)載氣循環(huán)，無(wú)污泥返混；按照《壓力容器檢修規(guī)程》各類干化機(jī)需進(jìn)行周期性內(nèi)壁檢測(cè)，薄層干化機(jī)檢修無(wú)需其它吊裝設(shè)備，檢修方便且高效。

4）靈活：適用領(lǐng)域廣泛，適合多種類型污泥，可接受進(jìn)泥含水率65%-90%的濕污泥；兩段法工藝可生產(chǎn)任意含固率均一的產(chǎn)品；啟停和排空時(shí)間短，再次啟動(dòng)無(wú)需清掏作業(yè)。

5）經(jīng)濟(jì)：蒸發(fā)效率高，在污泥協(xié)同焚燒的項(xiàng)目中，可直接以電廠蒸汽作為熱媒，薄層干化機(jī)每平米每小時(shí)蒸發(fā)水量可達(dá)45kg以上，與以蒸汽產(chǎn)熱水作為熱媒的工藝相比，蒸發(fā)效率高出5倍以上；市政項(xiàng)目上可與其他系統(tǒng)結(jié)合（如消化系統(tǒng)），能實(shí)現(xiàn)80%以上的高效率熱能回收；維護(hù)成本低，每年僅需1次5-10天的年檢；臭氣量極小，處理費(fèi)用低；全自動(dòng)化控制，低監(jiān)控需求。

02 臥式薄層污泥干化工藝在市政領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

截止到2020年12月，臥式薄層干化工藝在國(guó)內(nèi)共有34個(gè)業(yè)績(jī)，共78臺(tái)臥式薄層干化機(jī)，其中市政項(xiàng)目共有20個(gè)共62臺(tái)干化機(jī)，表1展示了近幾年臥式薄層干化工藝（一段法和二段法）在市政項(xiàng)目中的典型業(yè)績(jī)。

03 臥式薄層污泥干化兩段法工藝在污泥摻燒發(fā)電領(lǐng)域的實(shí)例分析

上海竹園片區(qū)污泥處理處置擴(kuò)建工程服務(wù)對(duì)象為竹園第一、第二污水處理廠提標(biāo)改造至一級(jí)A出水標(biāo)準(zhǔn)及新建升級(jí)補(bǔ)量工程建成后220萬(wàn)m3/d 污水處理產(chǎn)生的脫水污泥。工程建設(shè)規(guī)模223tDS/d，折合含水率80%的污泥量1115t/d，設(shè)施配置考慮一期工程焚燒線檢修工況，工程高峰處理規(guī)模為288.5tDS/d，折合含水率80%的污泥量1442.5t/d。

污泥處理工藝路線采用薄層干化兩段法+電廠摻燒工藝，含水率80%的脫水污泥由自卸式卡車運(yùn)輸至污泥處理廠，經(jīng)污泥接收、儲(chǔ)存系統(tǒng)后，由濕污泥泵送至薄層污泥干化系統(tǒng)，然后經(jīng)干化系統(tǒng)處理后，平均含水率降低至30%（可調(diào)節(jié)范圍20%～30%），產(chǎn)生的干污泥由密閉式卡車運(yùn)輸至上海外高橋第二電廠或第三電廠與煤協(xié)同焚燒，表2為該工程污泥干化系統(tǒng)主要參數(shù)表。

圖4為竹園片區(qū)污泥處理處置擴(kuò)建工程污泥干化系統(tǒng)圖，污泥車經(jīng)過(guò)地磅稱量后，將濕污泥傾倒至地下接收料倉(cāng)，然后通過(guò)柱塞泵系統(tǒng)輸送至濕污泥儲(chǔ)存?zhèn)}，隨后濕污泥通過(guò)卸料螺旋和螺桿泵被輸送至薄層干化機(jī)，螺桿泵為變頻設(shè)備，可靈活控制進(jìn)入薄層干化機(jī)的污泥量。

濕污泥進(jìn)入薄層干化機(jī)進(jìn)行第一段干化，干化后的污泥通過(guò)溜槽落入線性干化機(jī)中，干污泥在線性干化機(jī)中進(jìn)一步干化，出泥含水率可在20%-33%范圍內(nèi)通過(guò)調(diào)節(jié)干化機(jī)內(nèi)蒸汽壓力快速完成。經(jīng)二段干化后的污泥進(jìn)入冷卻螺旋中進(jìn)行冷卻，隨后通過(guò)卸料閥和刮板輸送至干污泥料倉(cāng)進(jìn)行暫存。

自干化機(jī)產(chǎn)生的蒸發(fā)尾氣與污泥逆向運(yùn)動(dòng)，自干化機(jī)上方的乏汽箱進(jìn)入后續(xù)尾氣冷凝系統(tǒng)，蒸發(fā)尾氣在冷凝器內(nèi)被噴淋冷凝下來(lái)，不凝氣體進(jìn)入到后續(xù)除霧器中，在除霧器中進(jìn)行液滴分離后，最終尾氣通過(guò)風(fēng)機(jī)排出干化系統(tǒng)，進(jìn)入臭氣處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。

臥式薄層干化系統(tǒng)所用到的公用工程條件主要有飽和蒸汽、中水、儀表風(fēng)、循環(huán)冷卻水、新鮮水。干化系統(tǒng)所用蒸汽來(lái)自電廠，經(jīng)分氣缸分配至10條生產(chǎn)線。干化系統(tǒng)配套有空壓系統(tǒng)為系統(tǒng)供應(yīng)儀表空氣，凝液回收系統(tǒng)用于回收干化機(jī)蒸汽凝液，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)為系統(tǒng)提供循環(huán)冷卻水。

干化系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水主要是使用中水噴淋洗滌蒸發(fā)尾氣后的噴淋水，這部分污水將返回污水處理場(chǎng)進(jìn)行處理。廢氣進(jìn)入臭氣處理系統(tǒng)集中處理。干化后的污泥送至外高橋電廠與煤協(xié)同焚燒。

竹園片區(qū)污泥處理處置擴(kuò)建工程污泥干化系統(tǒng)于2020年8月順利通過(guò)性能考核，項(xiàng)目年運(yùn)行時(shí)間可達(dá)8000h，年污泥處理量可達(dá)40萬(wàn)噸以上，工程的建成投運(yùn)將根本解決竹園片區(qū)污泥的出路問(wèn)題，助力上海市經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，可為國(guó)內(nèi)與電廠協(xié)同焚燒的污泥處理處置項(xiàng)目提供參考。

04 總結(jié)

1）臥式薄層干化系統(tǒng)密閉性好，能實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的氧含量控制，安全性極高，在30多年應(yīng)用歷史上從未發(fā)生過(guò)任何安全事故，是當(dāng)今污泥干化領(lǐng)域最安全的干化工藝之一。

2）在污泥摻燒發(fā)電項(xiàng)目中，干污泥形態(tài)及含水率的控制非常關(guān)鍵，將影響到干化系統(tǒng)后續(xù)的焚燒系統(tǒng)的運(yùn)行，臥式薄層干化兩段法工藝一方面可以生成粒徑均勻且無(wú)粉塵的顆?；a(chǎn)品，另一方面能通過(guò)改變蒸汽壓力和二段線性干化機(jī)的轉(zhuǎn)速快速實(shí)現(xiàn)含水率的調(diào)節(jié)，臥式薄層干化兩段法工藝對(duì)干污泥形態(tài)及含水率的良好控制能保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

3） 臥式薄層干化兩段法污泥干化協(xié)同處置是市政污泥處理處置的發(fā)展潮流，在安全性、穩(wěn)定性、可靠性、先進(jìn)性等方面均具有明顯優(yōu)勢(shì)，將臥式薄層干化兩段法工藝應(yīng)用在協(xié)同處置污泥方面是當(dāng)今市政污泥處理處置科學(xué)合理的選擇。