鄒獻(xiàn)余，汪 流，周勝軍

（安徽省通源環(huán)境節(jié)能股份有限公司，安徽 合肥 230009）

目前，我國大部分城市的污泥從污水廠外運(yùn)后便進(jìn)入無序的臨時(shí)堆存或簡單填埋狀態(tài)，不僅占用大量土地資源，而且嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境，特別是污泥長期堆放后產(chǎn)生的滲濾液侵入地下水系統(tǒng)，造成局部地下水資源難以復(fù)原的永久性危害。

污泥處置技術(shù)應(yīng)用較多的主要有厭氧消化、好氧堆肥、余熱干化、機(jī)械深度脫水等。厭氧消化由于投資大、對管理要求高、運(yùn)行不穩(wěn)定等問題難以大范圍使用；好氧堆肥由于占地面積大，且處理過程中的臭氣大、處理的肥料不易被接受等問題導(dǎo)致堆肥技術(shù)難以應(yīng)用；余熱干化由于對電廠的工藝要求高，且只做干化會(huì)產(chǎn)生臭氣難以處理導(dǎo)致該技術(shù)難以大范圍使用。

縱觀國內(nèi)外污泥處置技術(shù)研究發(fā)展現(xiàn)狀，污泥炭化技術(shù)是在20 世紀(jì)90 年代出現(xiàn)，1997 年日本三菱在宇部的污泥炭化廠規(guī)模為20 噸/天；2000 年開始，污泥炭化技術(shù)在國外已經(jīng)進(jìn)入大規(guī)模的商業(yè)推廣階段。美國Enertech Environmental 和Thermo Energy 采用的是低溫?zé)岱纸饧夹g(shù)，澳大利亞ESI 采用的中溫?zé)岱纸饧夹g(shù)，日本巴工業(yè)和美國IES 均采用的是高溫?zé)岱纸饧夹g(shù)，德國采用污泥熱處置得到更廣泛的應(yīng)用。在中國，污泥處理處置企業(yè)數(shù)量達(dá)到幾千家，如天津機(jī)電進(jìn)出口有限公司、湖北搏實(shí)城鄉(xiāng)環(huán)境能源工程有限公司、哈爾濱凝智科技有限公司等均推出了污泥干燥炭化設(shè)備。

1 技術(shù)研發(fā)內(nèi)容

1.1 技術(shù)方案

技術(shù)研發(fā)采用機(jī)械濃縮+調(diào)理改性+高壓壓濾+干化+炭化的工藝，使污泥或打撈上來的藍(lán)藻絮凝沉淀后的藻泥進(jìn)行深度脫水后，再進(jìn)行干化炭化，達(dá)到了污泥和藻泥的無害化、減量化。伴隨著項(xiàng)目技術(shù)在污泥處理行業(yè)的廣泛應(yīng)用，將能夠有效提高污泥處理效率并降低現(xiàn)有成本，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。污泥熱解炭化是新興的污泥處置技術(shù)，通過間接缺氧加熱使污泥中的有機(jī)質(zhì)熱解為小分子成分，通過熱解氣燃燒，利用污泥中的有機(jī)質(zhì)。本項(xiàng)目技術(shù)研發(fā)為中溫?zé)峤馓炕O(shè)備，合理且先進(jìn)的工藝需要完整的機(jī)械設(shè)備來實(shí)現(xiàn)[1]。污泥中溫炭化核心設(shè)備性能要求如下。

1.1.1 供熱設(shè)備應(yīng)具備下列技術(shù)特征

1.燃料燃燒后產(chǎn)生的熱量以熱煙氣的形式供給污泥干化系統(tǒng)和炭化系統(tǒng)。

2.設(shè)備選型應(yīng)根據(jù)燃料性質(zhì)的不同，使用不同燃燒器和爐型，產(chǎn)生的熱煙氣屬高溫?zé)釤煔狻?/p>

3.熱解氣引入管道設(shè)計(jì)在高溫火焰區(qū)，熱解氣進(jìn)入爐膛內(nèi)高溫燃燒，高溫燃燒后通過二次配風(fēng)保證燃料的充分燃燒。

4.燃料燃燒過程中，會(huì)產(chǎn)生氮氧化物等有害氣體，宜在燃燒爐高溫區(qū)采用SNCR 技術(shù)，通過噴入藥劑在爐膛內(nèi)高溫脫硝，保證煙氣中氮氧化物符合排放標(biāo)準(zhǔn)[2]。

1.1.2 供熱設(shè)備設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定

1.運(yùn)行方式應(yīng)為連續(xù)生產(chǎn)。

2.配風(fēng)應(yīng)合理，溫度可調(diào)。

3.供熱設(shè)備爐內(nèi)溫度應(yīng)控制在600℃～1000℃。

4.供熱量應(yīng)滿足干化炭化系統(tǒng)用熱要求。

1.1.3 干化設(shè)備應(yīng)具備下列技術(shù)特征

1.利用燃料及污泥熱解氣燃燒產(chǎn)生的熱煙氣作為熱源。

2.換熱方式宜采用直接換熱方式。

3.污泥含水率55%～65%，污泥粒徑不大于50mm，硬質(zhì)雜質(zhì)不大于10mm。

1.1.4 干化設(shè)備設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定

1.運(yùn)行方式應(yīng)為連續(xù)生產(chǎn)。

2.生產(chǎn)能力應(yīng)為60%～120%，并可調(diào)。

3.物料打散，受熱均勻。

4.換熱溫度要求120℃～200℃。

5.烘干物料含水率應(yīng)為20%～30%。

1.1.5 炭化設(shè)備應(yīng)具備下列技術(shù)特征

1.炭化設(shè)備熱源主要來自供熱設(shè)備產(chǎn)生的熱煙氣。

2.炭化為間接換熱，爐內(nèi)的污泥在缺氧的環(huán)境下熱解炭化。

1.1.6 炭化設(shè)備設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定

1.運(yùn)行方式應(yīng)為連續(xù)生產(chǎn)。

2.生產(chǎn)能力應(yīng)為60%～120%，并可調(diào)。

3.換熱條件：缺氧環(huán)境（含氧量不大于0.5%），間接換熱。

4.換熱溫度應(yīng)為350℃～650℃。

5.熱解氣可回收利用。

6.設(shè)有安全防爆泄壓裝置。

7.出料要求為配置冷卻。

8.污泥基生物炭含水率不應(yīng)大于5%。

1.2 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

1.研發(fā)炭化設(shè)備由一臺(tái)干化爐和一臺(tái)炭化爐組成。

2.對干化爐爐體重新設(shè)計(jì)，改變干化爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)，改變揚(yáng)料板的形式，增加空氣與物料的換熱效率，提高干化效果。

3.對炭化爐爐體優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少爐內(nèi)積灰，提高保溫性能。

4.設(shè)計(jì)二燃室，提高使用壽命，減少從二燃室進(jìn)入炭化爐的灰塵。設(shè)計(jì)燃燒機(jī)，提高使用壽命。

5.通過炭化裝置和旋風(fēng)除塵器、除塵布袋、燃燒室的作用，使得污泥腔A 內(nèi)污泥炭化過程中產(chǎn)生熱解氣包括一定量的CO、H2、CH4等可燃性氣體，將這些可燃性氣體供給至燃燒室內(nèi)，不僅減少了有害氣體的排放，減輕了對加工環(huán)境的污染，而且廢氣回收利用，能夠降低污泥炭化的成本[3]。

中溫炭化技術(shù)，不僅減少了燃料的使用，使得一種污泥高干炭化處理系統(tǒng)可以應(yīng)用于市政污泥、工業(yè)污泥等方面進(jìn)行污泥處理，還可以相對現(xiàn)有的污泥處理技術(shù)，具有節(jié)約資源、減少污染、降低成本、提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益；因此，具有廣泛的應(yīng)用市場和很高的市場價(jià)值。

開發(fā)一套產(chǎn)量50t/d（含水率80%計(jì)）的污泥炭化設(shè)備，設(shè)備年運(yùn)行時(shí)間≧7200h，燃料消耗降低、廢氣排放達(dá)標(biāo)。

1.通過設(shè)計(jì)污泥處理系統(tǒng)，其對高溫余熱的高效利用，污泥不僅得到了安全處置，還進(jìn)行了資源化利用。炭化設(shè)備使用非石化類的綠色能源——生物質(zhì)作為額外能源，以達(dá)到以廢制廢的目的。污泥炭化時(shí)熱風(fēng)與物料不直接接觸，尾氣量小，且處理工藝簡單，對比污泥焚燒有成本的優(yōu)勢。

2.通過污泥干化炭化裝置的研制，無鍋爐等特種設(shè)備，審批手續(xù)簡單，安全性高。在無需外部能源利用余熱的同時(shí)為干化和炭化提供能量；通過熱解氣化焦油并將其導(dǎo)入燃燒室燃燒，即高溫凈化徹底解決了其污染的問題，同時(shí)又為系統(tǒng)補(bǔ)充了熱值。

3.通過采用對污泥實(shí)施造粒處理，使得混合攪拌后的污泥呈現(xiàn)預(yù)設(shè)的顆粒形態(tài)，有效地提高了干化炭化過程中的熱交換面，進(jìn)一步提高了干化炭化效率。炭化物的資源化利用方向廣泛，非其他污泥處置技術(shù)可相比的。

2 生產(chǎn)工藝及主要設(shè)備

污泥中溫炭化技術(shù)包含污泥干化、炭化兩段工藝。干化是將含水率55%～65%的脫水污泥烘干至含水率20%～30%。炭化是將干化后的污泥在缺氧環(huán)境下熱解，使污泥中的有機(jī)物轉(zhuǎn)變成熱解氣，污泥中無機(jī)物和殘?zhí)哭D(zhuǎn)變成穩(wěn)定的污泥基生物炭。本工藝系統(tǒng)經(jīng)過若干套裝置的成功運(yùn)行，已經(jīng)對我們國家在污泥處置方面提供了有益的樣板，具有示范效應(yīng)[4]。其主要設(shè)備如下。

2.1 供熱系統(tǒng)

干化爐和炭化爐的熱源均采用生物質(zhì)燃料燃燒產(chǎn)生。炭化爐熱源來自生物質(zhì)燃料燃燒爐，燃燒產(chǎn)生的高溫氣體進(jìn)入二燃室。在二燃室內(nèi)與來自于炭化爐的熱解氣體一起燃燒，形成足量的高溫?zé)煔饨?jīng)旋風(fēng)除塵器除塵后進(jìn)入炭化爐夾套用于炭化爐碳化。經(jīng)炭化爐夾套后的高溫?zé)煔馔ㄟ^高溫風(fēng)機(jī)輸送到干化爐內(nèi)用于干化高含水率的污泥。干化爐也配備有專門設(shè)計(jì)的輔助生物質(zhì)燃料生物質(zhì)燃燒爐進(jìn)行充分燃燒，以確保進(jìn)入干化爐的煙氣的溫度，保證干化爐的干化效果。干化爐系統(tǒng)中生物質(zhì)燃料燃燒后的熱煙氣與來自炭化爐夾套的高溫?zé)煔舛歼M(jìn)入干化爐內(nèi)對含水污泥進(jìn)行烘干。出干化爐的廢氣經(jīng)過旋風(fēng)除塵和噴淋設(shè)備除霧設(shè)備后由尾排風(fēng)機(jī)通過煙囪排入大氣。

2.2 干化爐、炭化爐系統(tǒng)

干化爐、炭化爐是整套工藝的核心，含水率60%的污泥首先進(jìn)入干化爐，與高溫?zé)煔庵苯咏佑|。高溫?zé)煔鈱⑽勰嗉訜岷?，污泥中的部分游離水吸熱汽化，被煙氣帶走，同時(shí)使污泥含水率降到30%左右。污泥在出干化爐之后通過螺旋輸送進(jìn)入料倉，然后進(jìn)炭化爐。在炭化爐中，通過內(nèi)筒壁與高溫?zé)煔鈸Q熱焙燒，進(jìn)一步脫出結(jié)晶水和輕組分氣體，產(chǎn)出合格的污泥顆粒，基本脫除游離水，完成整個(gè)碳化工序。

2.3 尾氣處理系統(tǒng)

市政污泥熱解炭化干化污泥熱解過程中產(chǎn)生的熱解氣送入熱解炭化供熱系統(tǒng)進(jìn)行高溫處理及熱能回收，產(chǎn)生的高溫?zé)煔庾鳛闊峤庠O(shè)備的熱源，該過程在確保熱解煙氣得到凈化的同時(shí)實(shí)現(xiàn)熱能的回收利用。經(jīng)高溫處理、換熱降溫后的煙氣仍具有較高的溫度，繼續(xù)送入干化系統(tǒng)和干化供熱系統(tǒng)煙氣共同作為干化過程的內(nèi)熱源，最終形成的干化煙氣經(jīng)過干化煙氣除塵器、噴淋洗滌系統(tǒng)后通過總煙氣排氣風(fēng)機(jī)達(dá)標(biāo)排放。

3 設(shè)備工作原理

干化、炭化設(shè)備系統(tǒng)包括熱解炭化系統(tǒng)設(shè)備和其它配套設(shè)備。按照功能劃分，熱解炭化系統(tǒng)中，干化爐爐體及炭化爐爐體為主體設(shè)備，熱能供應(yīng)系統(tǒng)（生物質(zhì)燃燒器、炭化燃燒室及干化輔助燃燒室）、尾氣處理裝置（噴淋系統(tǒng)、旋風(fēng)除塵系統(tǒng)）、引風(fēng)系統(tǒng)（總煙氣排放風(fēng)機(jī)及炭化內(nèi)部高溫風(fēng)機(jī)）、干化進(jìn)料系統(tǒng)（破碎輸送機(jī)、干化原料刮板機(jī)、干化進(jìn)料螺旋）、中轉(zhuǎn)刮板機(jī)、炭化進(jìn)料螺旋、炭化出料系統(tǒng)（炭化冷卻輸出螺旋、關(guān)風(fēng)機(jī)、炭化出料提升螺旋 ）等均為輔助設(shè)備。其它如酸堿中和裝置、脫銷裝置、氧含量監(jiān)控裝置為配套設(shè)備。

干化回轉(zhuǎn)窯設(shè)備是一個(gè)有一定斜度的圓筒狀物，斜度為1 度，借助窯的轉(zhuǎn)動(dòng)來促進(jìn)污泥在窯內(nèi)借助揚(yáng)料板充分?jǐn)嚢?，窯頭由風(fēng)機(jī)從熱源（炭化爐體）引入大量熱氣流，此熱氣流流向與污泥走向一致，使料與熱氣流接觸，蒸發(fā)水分。當(dāng)窯產(chǎn)能負(fù)荷較大，炭化爐的熱源無法滿足生產(chǎn)要求時(shí)，可以由二燃室給干化回轉(zhuǎn)窯補(bǔ)給熱能。窯體主要部件包括傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、托輪、擋輪、密封結(jié)構(gòu)，筒體及揚(yáng)料板。減速機(jī)、鏈輪、鏈條組成傳動(dòng)系統(tǒng)，托輪承受窯體重量，擋輪控制窯體上下竄動(dòng)，魚鱗片密封裝置起到密封窯體，阻止空氣進(jìn)入窯體和物料溢出的作用，揚(yáng)料板在工作中可以將物料打散，使物料與熱氣流充分接觸，加快水分蒸發(fā)。

炭化回轉(zhuǎn)窯設(shè)備也是一個(gè)有一定斜度的圓筒狀物，斜度為1 度。通過風(fēng)機(jī)將炭化爐抽成負(fù)壓、干化回轉(zhuǎn)窯的物料進(jìn)入炭化回轉(zhuǎn)窯儲(chǔ)料倉后，由輸送絞龍將物料輸送至窯內(nèi)，借助窯的轉(zhuǎn)動(dòng)來促進(jìn)料在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)攪拌。窯尾引入的二燃室高溫氣流與物料前進(jìn)方向相反，充分蒸發(fā)物料水分，同時(shí)，由于物料處于高溫?zé)o氧狀態(tài)，會(huì)裂解出可燃?xì)?，且發(fā)生炭化。窯體主要部件包括傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、托輪、擋輪、密封結(jié)構(gòu)，筒體及揚(yáng)料板。減速機(jī)、鏈輪、鏈條組成傳動(dòng)系統(tǒng)，托輪承受窯體重量，擋輪控制窯體上下竄動(dòng)，魚鱗片密封裝置起到密封窯體，阻止空氣進(jìn)入窯體和物料溢出的作用，揚(yáng)料板在工作中可以將物料打散，使物料與熱氣流充分接觸，加快水分蒸發(fā)及炭化裂解[5]。

本文的污泥中溫炭化設(shè)備，處理的是經(jīng)過高干脫水后的污泥（含水率60%以下），然后再通過熱干化處理，干化過程是利用炭化煙氣余熱作為熱源與泥餅直接熱交換，泥餅含水率降低20%～30%，然后通過輸送設(shè)備進(jìn)入污泥炭化系統(tǒng)；炭化是污泥在無氧條件下，溫度在400℃～600℃ 區(qū)間發(fā)生熱解炭化，物料中有機(jī)揮發(fā)物熱解轉(zhuǎn)變成熱解氣，物料中的無機(jī)物和殘?zhí)孔罱K保留下來轉(zhuǎn)變成污泥炭的過程，經(jīng)過炭化處理形成的污泥炭冷卻包裝儲(chǔ)存，然后外運(yùn)作為園林綠化用肥或土壤改良劑使用。中溫炭化技術(shù)每條污泥處理生產(chǎn)線用地3000 平方米，2500 萬元（50 噸/天），其運(yùn)行成本為278.42 元/噸（含水率以80%，污泥含水率從99%開始處置，使用生物質(zhì)顆粒燃料作為輔助能源）。污泥炭化產(chǎn)物的有機(jī)質(zhì)含量為252.37g/kg，總養(yǎng)分[總氮（以N 計(jì)）+總磷（以P2O5計(jì)）+總鉀（以K2O 計(jì)）]含量為131.61g/kg，符合《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB4284-2018）、《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置土地改良用泥質(zhì)》（GB/T24600-2009）和《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質(zhì)》（GB/T23486-2009）的要求。與歐美、日本的設(shè)備相比在成熟度上還有一定差距。同時(shí)由于炭化工藝、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要專業(yè)素質(zhì)高的運(yùn)維人員才能保證設(shè)備全年300 天以上的運(yùn)行。在這兩點(diǎn)上國內(nèi)的設(shè)備還需改進(jìn)。污泥中溫炭化技術(shù)具有不產(chǎn)生二噁英、固化重金屬、高能量利用率和低能量損失等特點(diǎn)，是當(dāng)之無愧的節(jié)能環(huán)保技術(shù)。