污泥低溫干化的發展形勢

發布時間：2023-06-13 21:09:25

關于生活垃圾焚燒場中的焚燒污泥混入的適用，概述了3種污泥預處理熱干化工序的直接干化，間接干化和二段干化，介紹了各自的工序流程，根

關于生活垃圾焚燒場中的焚燒污泥混入的適用，概述了3種污泥預處理熱干化工序的直接干化，間接干化和二段干化，介紹了各自的工序流程，根據污泥干化時的重要問題點分析了各工序的長處和短處，得出了對最適合混燒的污泥預處理工序進行間接干化的結論。同時，表明了對于生活垃圾燒成來說，污泥低溫干化處理是未來發展的主要方向。

污泥處置的可行方式為土壤改良、衛生填埋和摻燒等。其中污泥與垃圾摻燒的方案由于初投資小、運行成本低、環保性好等原因，越來越受到社會的認可。對于此工藝來說，為了不影響垃圾的穩定焚燒，污泥在入爐前需進行干化處理。

因此，垃圾焚燒爐中的干污泥與該技術應用場景混合在一起，對污泥的直接，間接，兩段干化等熱干化過程，分析總結了最適合干化工藝和設備現狀的情況，并提出了污泥和設備的未來發展。

污泥干化工藝現狀介紹

1.關于直接干化工藝

直接加熱又稱對流熱干化技術，工藝流程見圖1。在污泥干化的過程中，熱介質（一般為煙氣）與污泥直接接觸并低速流過污泥，向污泥層傳遞熱量，使污泥中的水分蒸發，并將蒸發的水分帶走。隨著污泥含水率的降低，污泥將產生一定的粉塵并飄入廢氣中。廢氣一般先經過分離器，將部分干化的污泥分離，剩余的廢氣冷凝后送入焚燒廠二次風，廢水送入廢水處理中心。

由于高溫低濕度下氣體的穩定流動，直接加熱技術具有較高的蒸發效率，特別是對于含水率低于50%的污泥。由于熱介質通常采用低氧煙氣，該方法能有效降低泥塵爆炸概率。同時將廢氣作為二次空氣送入焚燒廠，利用干化過程中蒸發到煙氣中的有機物，避免了污泥通過干化而失去熱值。但為了避免設備后部酸性腐蝕，排氣溫度在120℃以上，排氣量一直很大，管道占地面積很大。設備運行一直處于高溫環境，氣味較干，對環境友好程度較低。

2.關于間接干化工藝

間接加熱式又稱熱傳導干化技術，工藝流程見圖2。在干化過程中，熱介質（蒸汽、導熱油等）并不直接與污泥接觸，而是通過熱交換器將熱能傳遞給濕污泥，使污泥中的水分蒸發。在整個干化過程中，熱介質與污泥分離，完成傳熱后冷凝回收，進入焚燒廠給水系統；廢氣經冷凝后產生的廢水送入廢水處理中心處理；其余廢氣可作為二次風送入焚燒爐；完成干化的污泥焚燒或填埋。

將間接加熱的熱介質傳熱再利用后，干化系統整體的熱能利用效率高，設備運轉成本低。設備運轉時通過改變蒸汽流量來應對入口污泥含水率的變化，與通過直接干化來調節煙流量和濕度相比，靈敏度更高，控制性更高。與直接干化一樣，通過與垃圾焚燒場的深入合作，將載氣作為二次風輸送到焚燒爐中，避免了干化造成的污泥熱值的損失。但是，熱介質蒸汽的品位通常不高，水分不能立即從污泥中排出，干化效率一般。

3.關于兩段式干化工藝

兩段法工藝，即間接加熱薄層干化和直接加熱帶式干化組合工藝，工藝流程見圖3。第1段將污泥在薄層蒸發器內干化至含水率55%左右，隨后經擠壓成型設備（成型機）形成污泥顆粒。污泥顆粒在經過第2級帶式干化機干化處理后達到所需的最終含水率。從帶式干化機出來的熱空氣通過風機抽吸循環利用。熱空氣首先通過熱交換器冷卻，通過封閉式冷卻水回路冷凝蒸汽。循環空氣隨后利用薄層蒸發器排放的熱空氣進行再加熱，同時實現對薄層蒸發器的熱空氣的冷卻。最終，循環空氣由利用蒸汽的第3個熱交換器再加熱后，返回帶式干化機。

熱回收系統回收薄膜蒸發器產生的蒸汽能量來加熱帶鋼干化機的空氣，從而降低整個系統的能耗。污泥干化系統不需要將污泥顆粒混合進行二次干化處理，不易產生粉塵，安全性高。采用密閉冷卻水回路進行冷凝，處理設備和冷卻水分離的空氣冷卻器和過冷凝器，防止冷卻水的污染，可減少設備的清洗次數。但工藝復雜，涉及設備較多，設備間合作要求高，運行穩定性差，系統整體投資高。

對比分析，污泥干化工藝的優劣點

對于污泥和生活垃圾摻燒而言，污泥干化的能源由焚燒廠提供，干化的廢氣進焚燒爐焚燒，干化污泥也進焚燒爐處理。這種協同使得污泥干化過程中的能耗降低、干化廢氣的處理成本降低、干化污泥的處理成本降低、污泥干化系統總投資降低。因而在對污泥干化工藝進行比較時主要關注能耗、環保性、投資成本等協同影響較大的方面。同時，還考察了污泥干化過程中系統及設備的穩定性、安全性、適用性、響應時間等基本性能。

污泥干化時的能耗主要為熱能和電能，熱能是污泥干化系統主要能耗，干化系統的熱能損耗主要來自于2部分，一部分為水分蒸發所需的熱能(2590kJ/kg)，一部分為系統設備散熱、排煙或排汽、排油損失、干化污泥自帶熱量等。由于采用了與生活垃圾焚燒協同的后處理工藝，傳熱后的熱介質作為二次風或給水返回焚燒廠，排煙、排汽等熱介質未完全換熱的熱損失被焚燒廠利用，系統整體熱損耗小。因而在有垃圾焚燒廠協同的情況下，干化能耗小，故熱能的品位(壓力、溫度等)與熱能的輸送條件在實際的應用過程中影響更大。在協同的情況下，所需電能的性質由外部購入變為場內自用，電能的單價降低，但協同并不能使設備的耗電量降低。

環保性是指在污泥干化過程中產生的廢氣、廢水以及臭氣得到了有效的控制。廢氣中含有污泥中揮發出的有機物需要經二燃室高溫燃燒處理；冷凝的廢水BOD、COD均超標，需要廢水處理；干化時亦有臭氣溢出，需要設置相關除臭工藝。

采用了焚燒爐摻燒的工藝后，廢氣作為二次風送入爐膛焚燒，使其中的揮發性有機物分解；廢水送入廢水處理站；臭氣作為一次風送入焚燒爐，使臭氣分解并保持干化車間負壓，防止臭氣散發。其中，干化過程產生的臭氣濃度與干化的溫度正相關，越高的干化溫度將會導致干化車間環境的惡化和臭氣處理成本的增加。

安全性主要是指污泥干化過程中會產生大量的污泥粉塵，當粉塵濃度過大時，干化設備會有爆炸的危險。穩定性是指系統能達標連續運行的時間長短，時間越長，系統穩定性越好。適用性是指干化機對入口污泥含水率要求的寬廣度，對入口污泥含水率范圍要求越大，設備的適應性越好。響應時間是指設備收到指令到產生效果的時間，響應時間越短越好。

表1為3種污泥干化方式的比較結果

兩段式工藝結構復雜，系統穩定性差，投資成本大。循環煙氣雖然能從一定程度上降低系統的運行成本，但在與焚燒廠協同的背景下，效果并不明顯。

直接干化在能源上利用焚燒廠的余熱鍋爐煙氣（175℃），但是在這個溫度下，煙氣的體積會很龐大，輸送管道占地較大。并且，175℃的煙氣未經凈化，煙氣中含氯、含塵較高，輸送條件不理想。在安全性上，焚燒廠的余熱鍋爐出口煙氣含氧量在12%以下，可有效避免粉塵爆炸的情況；在環保性上，大量的煙氣帶來了尾氣處理的巨大壓力，并且煙氣的高溫也使得污泥在干化時有更多的VOCs產生，廠區環境惡劣。

間接干化在能源上利用焚燒廠的余熱蒸汽，干化機入口蒸汽一般為0.5MPa的飽和蒸汽，蒸汽熱容量大，清潔干凈，便于輸送；在安全性上，間接干化時污泥顆粒溫度在105℃左右，可有效降低粉塵爆炸的風險；在環保性上，間接干化工藝采用了熱容量高的蒸汽作為熱介質，運行時溫度低，臭氣散發少，廠區環境友好。

綜上所述，兩段式工藝由于高昂的投資、不穩定運行情況，直接式由于煙氣的輸送問題、環保問題等，在工程上都不適用于污泥協同焚燒的干化。間接式干化由于蒸汽高熱容量帶來的便捷輸送條件，較低的干化溫度帶來的良好的工作環境和運行時的安全性，是在綜合考慮能耗、環境、投資、運行后3種干化方式中比較適合協同焚燒的干化工藝。

此外，在污泥干化的過程中，低溫污泥干化相比于高溫干化有很大優勢。兩者需求能量在數值上雖然相同，但低溫干化需求的能源品質更低，更易獲取，更易配合電廠完成能量的梯級利用，提高電廠的能量利用效率。低溫干化使污泥中的揮發分析出較少，場內VOCs濃度低，環保性好。

低溫干化設備出口污泥溫度低，出口污泥可自然冷卻，無需添加水冷系統，節省水資源。但是，低溫干化勢必會帶來干化速率低的問題。因此，如何提高低溫污泥干化的效率將是未來適用于污泥和垃圾摻燒的污泥干化發展方向。