４６・ ・工业安全与环保 Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ２０１１年第３７卷第８期 Ａｕｇｕｓｔ ２０１１ 污泥焚烧工艺研究 陈萌 张建涛 杨国录 柴朝晖 （武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉大学污淤泥研究中心武汉４３００７２） 摘要通过对国内外污泥处置现状的比较，得出污泥焚烧是我国污泥处置的发展趋势的结论。着重论述了污泥单独 焚烧和混合燃烧的工艺及技术，指出污泥焚烧过程中的能量以及焚烧产物的资源化出处。 关键词污泥焚烧资源化利用 Ｔｈｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｆＳｅｗａｇｅ Ｓ￣ｄｇｅ Ｉｎｃｉｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ ＣＨＥＮ Ｍｅｎｇ ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎｔａｏ ＹＡＮＧ Ｇｕｏｌｕ ＣＨＭ Ｚｈａｏｈｕｉ （Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆＷａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ ｎｒａｒｏ￣Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ 面嘶， ￣ｗａｇｅ Ｓｌｕｄｇｅ ａｎｄＳｉｌｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｔｃ￣ｉｔｙ Ｗｕｈａｎ ４３００７２） Ａｂｓ喇Ｂａｓｅｄ ＯＨｔｈｅ ｃｘｌｎｐａ￣８０１１ ０ｆｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｌｕｃＬｏｅ ｄｉｓｐｏｓａｌ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ，ｉｔｉｓｆｏｕｎｄ ｏｕｔｔｈａｔｉｎｅｉｎｅｒｔｔｔｌｏｎｉｓｔｈｅｄｅ－ ｖｅｌｏｌｍｔｍｔｔｒｅｎｄ ｏｆ ｓｌｕｄｇ ｄｉｓｐａｓａ／ｉｎ ＯＵＦ ｃｏｕｎｔｒｙ；ｔｈｅｎ，ｔｈｅｔｅｅｈｎｏｌ ｏｆＩｎｏｌｌｏ—ｉｎｃｉｎｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ１２０一ｅａ＇ｎｂｕｓｔｉｍ ８ｒＢｄｅｓｅｒ／ｂｅｄｉｎ ｄｅｔａｉｌｓ ｕｔｉ・ ａｎｄｍｅａｎｗｈｉｌｅｉｔｉｓ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔｔｈｅｔｌＳｅ ｏｆｔｈｅ∞哪 ｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄｔｈｅ ｄｉｓｔｔｍａｌ ｏｆｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｆｔｅｒｉｎｃｉｎｅｒａｔｉｏｎｔｏ ＴｅＢｌｉ跫删 ｌｉｚａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ ｄｌＩｄｇｅ ｉｎｃｉｎｅｒａｔｉｏｎ Ｉｃｓ０Ｉｌｒｃｅ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ０引言 １．２ 污泥处理的发展趋势 随着我国城市化进程的加快，生活废水和工业废水的排 放量１３益增多。污泥是污水处理厂不可避免的产物，污泥成 通过我国与发达国家对污泥处理情况的比较（表 １【２－３］）可知：目前我国污泥处理主要以农用、填埋及其他利 分复杂，含水率极高且不易脱水，含有较多难降解的有机污 染物、有害重金属及病原微生物等，严重地威胁着人类的生 用方式为主，处理方式较单一且利用率不高。虽然焚烧法具 有很多优势，然而结合我国国情来讲，由于耗资较大、设备复 杂、对操作人员的素质和技术水平要求高，使之与国际先进 水平有较大的差距。 表１ 中国与发达国家不同污泥处置技术所占的比倒％ 存、健康和发展。同时我国污泥处理面临管理不到位，技术 不成熟等诸多问题，使得形势更加严峻。因此，对污泥的无 害有效处理以及资源化利用迫在眉睫，探求一条积极有效且 具有节能减排、循环经济市场构架的污泥清洁焚烧技术工 艺，具有重大的经济效益和社会效益。 １污泥处理的现状和发展趋势 １．１污泥处理的现状 传统的污泥处理方法有投海、稳定填埋、堆肥以及焚烧 等。投海法是利用海洋巨大的稀释能力和强大的容纳能力 来处理污泥，但污泥填海会对海洋生物造成危害，严重污染 海洋环境，自１９９９年起欧盟已禁止其成员国利用海洋处置 污泥［¨。填埋法是将简单灭菌处理后的污泥直接倾倒在低 地或谷地，虽然投资少、见效快，但填埋不当会造成土壤和地 下水的二次污染，且占用大量土地。污泥堆肥虽能回收利用 当前我国面临着能源短缺与环境恶化的巨大压力，积 极寻找各种可再生能源来替代煤炭石油和天然气等燃料显 得尤为重要。污泥中含有大量的有机质，为其能源利用提 污泥中的养分且能耗低，但污泥中含有大量病原体及铜、铝、 锌、铬、汞等重金属和许多难降解的有害物质，故在实际应用 中存在较多问题。对比研究表明，焚烧法处理污泥更为彻 供了必要的物质基础，且焚烧法具有减量化、无害化、稳定 化和资源化等显著优点，是相对安全的污泥终极处理方式。 所以，积极推进污泥焚烧技术是我国污泥处置必然的发展 趋势。 ２污泥焚烧工艺 底，焚烧法有其显著的优点【 Ｊ：焚烧过程中可以最大限度地 减少污泥体积，实现减量化；能使有机物全部碳化，杀死病原 体，最大程度地降低重金属活性，能够较彻底地做到稳定性 和无害化；同时，污泥焚烧过程中能够充分利用污泥潜在的 有机能源，用于污泥自身的干化和发电供热，焚烧灰可制成 建材，实现资源化。 污泥焚烧的技术方法及工艺流程具有多种方式，从燃料 侧讲有单一焚烧和混合焚烧２种形式ＨＪ。单一焚烧是指污 泥在某一特定环境中进行焚烧，混合焚烧是污泥或污泥衍生 ・４７・ 燃料和其他燃料一起完成燃烧的过程。 ２．１．１污泥脱水 ２．１污泥单一焚烧 单一焚烧是指在专用的污泥焚烧炉内单独处置污泥。 单一焚烧按是否进行脱水干化等前处理可分为直接焚烧和 经脱水干化处理后再焚烧，称之为干化焚烧。由于原生污泥 的初始含水率极高，内在热值较低，不支持自燃，焚烧需要的 城市生活污水的含固率一般为１％ ２％，经真空过滤 脱水、离心脱水或带式压滤脱水后的污泥含水率一般仍高达 ８０％左右，对焚烧的影响主要有２个方面：第一，污泥的含水 率越高，体积越大，对其进行脱水可以减小焚烧处理过程中 运输、存储的难度；第二，污泥的有机成分较高，具有一定热 能耗过多，虽然我国目前少数地区存在直接焚烧方式，但实 践证明其实施工艺很不可取。因此，一般不采用直接焚烧的 方式，而是在焚烧前进行脱水干化等处理后再在专用的焚烧 炉中进行焚烧。 值，且污泥低位热值随含水率的不同而变化。一般来说，污 泥的含水率越高，低位热值越低，具有的利用价值就越小，不 同含水率污泥的低位热值见表２Ｉｓ］。故此，污泥脱水减量处 理是污泥焚烧处置的必要前提。 表２ 不同含水率污泥的低位热值 污水经过一级处理和二级处理得到含水率为８０％的达 标排放污泥，采用机械进行深度脱水是非常困难的，影响因 素主要有 Ｊ：污泥自身性质如ＥＰＳ含量，ＥＰＳ中的有机物（蛋 泥的特性、处理量，投资以及环境等要求为依据。污泥焚烧 炉主要有回转焚烧炉、多膛式焚烧炉、流化床式焚烧炉等，由 于流化床焚烧炉的焚烧效率高，处理能力较大，运行过程中 白质、多糖），颗粒的粒径分布，颗粒表面电荷，金属离子和 ｐＨ值等。因此，应结合不同污泥的性质，选用不同的脱水方 式。克服深度脱水的难点是污泥调理技术的研究范畴，其关 故障较少，且易于实现对有害气体的控制－１。。，因而，当前通 常认为流化床焚烧炉较适合污泥的焚烧。污泥单独焚烧需 新建焚烧系统，且工艺技术复杂，使用和维护费用高，同时存 键技术问题是探求污泥深度脱水调理剂。 ２．１．２污泥干化 在环境污染控制困难等问题，因而在实际中应进行经济技术 的综合分析比较后再进行决策。 ２．２污泥混合焚烧 就目前的脱水技术而言，只能将含水率降到６０％～ ７０％，且费用相当高。同时在实际运行过程中，焚烧炉的排 烟温度在ｌＯ０￣Ｃ以上，污泥带人炉内的水分最终以蒸汽的形 混合焚烧是指污泥或污泥衍生燃料与其他可燃物混合 进行燃烧，它能充分利用现有的技术和装置，实现污泥的焚 态排出锅炉，而这些蒸汽以汽化潜热的形式带走了燃料中的 烧过程。为了降低能耗，充分利用污泥的热值，污泥混合燃 烧与单独燃烧一样，一般需要对其进行脱水干化前处理。污 泥混合焚烧按是否将污泥制成燃料分为非燃料化焚烧和燃 料化焚烧。其中非燃料化焚烧按混合对象的不同，可分为污 泥与煤的混合焚烧，污泥与可燃圆体废弃物（如垃圾等）的混 合焚烧以及其他形式的焚烧【１１ Ｊ。污泥燃料化焚烧中，污泥 衍生燃料可用于电站锅炉、工业锅炉、垃圾炉、水泥回转窑等 多种炉型。 能量，即剩余的热量才可能被焚烧炉利用［ 。进入炉内的污 泥所含水分越多，能量的损失也越多。因此，综合考虑能耗 和运行费用等方面，在污泥焚烧前，只进行脱水处理是不够 的，干化处理是十分必要的。 在实际运行中，一般利用焚烧产生的热量对污泥进行干 化，干燥热源可以是焚烧过程中产生的烟气，也可以是焚烧 炉中受热面吸收热量产生的蒸汽。污泥干化按热媒是否与 被干化污泥直接接触分为直接干化和间接干化２种方法。 直接干化是将高温烟气直接引入干化器，通过气体与湿污泥 的接触与对流进行换热。间接干化是将高温烟气的热量通 过热交换器，传给蒸汽或导热油等热介质，热介质在封闭的 回路中循环，而不与污泥发生接触【引。由于直接干化在安全 ２．２．１非燃料化焚烧 ２．２．１．１与煤混合焚烧 污泥与煤混合燃烧，可以改善煤的着火性能，充分利用 电厂现有的技术和设备，降低运行费用，还可用于发电，有效 地实现了资源化利用。肖汉敏等［挖】对污泥与煤和煤矸石共 性、经济性以及环保性等方面存在很多问题，目前已基本不 再使用。与直接干化相比，间接干化需要处理的烟气量小， 不会产生二次污染，环保性能更好。此外，雷海燕等【９Ｊ探索 燃特性进行了研究，研究发现随着污泥掺量的增加，混合物 的着火温度有所降低，当污泥掺烧量达７０％时，污泥与煤混 合燃料的着火点明显下降。这表明污泥的掺人可以改善煤 的着火性能，对煤和污泥的混合燃烧奠定了理论基础。张宁 生¨ 】对煤粉锅炉掺混污泥燃烧的可行性进行了分析，结果 表明当燃煤中污泥的掺混比例小于６％时，对燃料燃烧的稳 定性、锅炉参数以及锅炉受热面工作的安全性等不会产生不 了利用混合型太阳能干燥器对污泥的干燥特性及可行性进 行了研究，为进一步节约能源、降低干燥费用提供了新的方 法。经干化后污泥含水率显著降低，在此基础上进行焚烧， 可有效地降低能耗。 ２．１．３污泥焚烧 良影响，对锅炉效率的影响也不大。郭名女等【１４］对城镇污 水厂污泥与煤混烧发电进行技术经济分析后指出，污泥干化 污泥单烧需建设专用的焚烧装置，主要包括进料系统、 焚烧炉系统和烟气净化系统等。其中焚烧炉的选取要以污 后与煤混烧发电具有工艺灵活、干化污泥可燃性好、运行成 ・４８－ 本低等优点。张翠玲等Ｌ１ 对污泥和煤混烧发电系统进行了 合比较分析后，选择切实可行的焚烧方案。结合我国的国情 来说，焚烧法今后研究的重点仍是焚烧的工艺和设备方面， 而在焚烧工艺中首要解决的是污泥的脱水干化问题，其次是 寻求适合处理大批量污泥的混合焚烧工艺，而对于焚烧过程 的数值模拟方面研究较少，这也是今后的研究方向之一。污 泥与煤混合燃烧，不仅可以用来发电，其焚烧产物还能制取 建材，有效地实现了污泥的资源化利用，这种利用方式必然 会成为未来污泥处置的出路，具有广阔的发展前景。 参考文献 分析和优化，经优化后系统的发电量提高了１７．４％。目前对 污泥和煤的混烧特性以及发电技术的研究，证明了污泥和煤 混烧发电是我国污泥处理的出路之一。 ２．２．１．２与可燃固体废弃物混合焚烧 污泥与可燃固体废弃物混合焚烧是利用可燃废弃物燃 烧过程中产生的热量干燥污泥，支持固体废弃物和污泥的燃 烧，并达到处理污泥和可燃固体废弃物的双重目的。典型的 与可燃固废混合焚烧是将垃圾与污泥进行流化床混合焚烧。 其流程一般为【１ 』：先利用垃圾焚烧排出的气体在粉碎干燥 ［１］马士禹，唐建国，陈邦林．欧盟的污泥处置及利用［Ｊ］．中国给水排 机内把污泥粉碎、干燥，然后使之在流化床焚烧炉内进行混 烧以及脱臭处理。垃圾污泥混合焚烧明显优于垃圾和污泥 单独焚烧在于系统本身具有较高的干燥效率，基本不需添加 辅助燃料。 此外，还有一些其他形式的混合焚烧可达到资源化的效 果，如将污泥和黏土混合燃烧用来制砖等。污泥混合焚烧虽 能利用混合物中其他燃料燃烧过程中产生的热量来干燥并 支持污泥燃烧，然而混合焚烧对污泥的粒径分布和添加量等 方面要求比较严格，故污泥混合焚烧不适宜处理大掺量的污 泥。因此，研究适合处理大掺量污泥的焚烧技术是今后的发 展趋势之一。 污泥焚烧最终要达到资源化的目的，应在污泥焚烧过程 中控制好时间、温度以及废物与空气间的混合程度ｃ１７Ｊ，使燃 料充分燃烧，以减小有害气体的产生。对重金属要进行妥善 的处理，同时设置烟气净化系统来吸收硫氧化物、氮氧化物、 氯化氢、二恶英等有害物质，防止其对环境造成二次污染。 ２．２．２燃料化焚烧 近年来兴起的污泥燃料化技术是将污泥制成污泥衍生 燃料后供各种炉型焚烧使用。此技术在不新建焚烧炉的情 况下，不仅以为既有燃烧装置提供燃料的方式进行污泥焚 烧，还充分利用了现有的燃烧设备、完整的烟气净化和粉尘 处理装置。污泥燃料化焚烧【ｉｓ］是将污泥通过调理干化后制 成固体燃料，再进行调质焚烧，其根本性差别在于资源化处 置上，调理干化利用了“解凝、断链、造粒、造隙”的脱水环境 来提高干化效率，实现了低温干化；同时将干化后的污泥进 行调质处理制作成污泥衍生燃料，污泥衍生燃料挥发分高、 易着火，热值均衡且性质稳定，为焚烧温度、燃烧效率提供了 极好的条件。它不仅可供电厂焚烧，也可供水泥厂和其他工 业锅炉焚烧，从根本上解决了污泥处置的多样处理问题。最 后，污泥和燃煤的焚烧灰烬可再利用于建材。 ３结论 污泥脱水一千化一焚烧为主线的污泥处理工艺，特别是 污泥的燃料化焚烧，满足污泥减量化、稳定化、无害化和资源 化的要求，可望成为今后污泥处理与处置的主流技术。同时 对于不同类型的污泥，应根据实际情况，进行经济技术的综 水，２００６，２２（４）：１０２—１０５． ［２３张月辉．污泥直接焚烧工程案例分析［Ｊ］．广州化工，２Ｏ０９，３７（４）： １５２—１５４． ［３］傅剑敏，徐江峰，许海芳，等．污水处理厂污泥处理研究进展［Ｊ］． 能源与环境，２００９（４）：８０—８１． ［４］李培生，孙路石，向军，等．固体废物的焚烧和热解［Ｍ］．北京：中国 环境科学出版社，２０ｏ６． ［５］吴学昌，靳云辉．深圳污泥干化焚烧处置技术的可行性分析［Ｊ］． 科技创新导报。２ｏ０８（１６）：９５． ［６］赵庆祥．污泥资源化技术［Ｍ］．北京：工业出版社，２００２． ［７］刘渊源，池涌．干燥技术在污泥流化床焚烧中的应用［Ａ】．第二届 全国固体废弃物处理及综合利用技术与设备交流研讨会，杭州， ２００３：１５８—１６２． 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