污泥在工業(yè)窯爐中進(jìn)行摻燒處置已經(jīng)成為當(dāng)前污泥處置的重要補(bǔ)充方式，在國內(nèi)以燃煤電廠摻燒污泥為主。從政策層面，我國對污泥進(jìn)行火電廠摻燒處置持鼓勵態(tài)度。《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術(shù)指南（試行）》（以下簡稱《指南》）將污泥電廠摻燒作為推薦方式之一。《指南》中提到：采用火電廠協(xié)同處置，既可以利用火電廠余熱作為干化熱源，又可以利用火電廠已有的焚燒和尾氣處理設(shè)備，節(jié)省投資和運(yùn)行成本。在具備條件的地區(qū)，鼓勵污泥在火力發(fā)電廠鍋爐中與煤混合焚燒�！峨娏Πl(fā)展“十三五”規(guī)劃（2016—2020）》鼓勵多元化能源利用，因地制宜試點(diǎn)示范，開展燃煤與生物質(zhì)耦合發(fā)電、燃煤與光熱耦合發(fā)電示范與應(yīng)用。在京津冀、長三角、珠三角布局一批燃煤與污泥耦合發(fā)電示范項(xiàng)目�！蛾P(guān)于推進(jìn)燃煤與生物質(zhì)耦合發(fā)電的指導(dǎo)意見》鼓勵、支持污泥耦合發(fā)電項(xiàng)目，并給予政策補(bǔ)貼�！蛾P(guān)于調(diào)整完善資源綜合利用產(chǎn)品及勞務(wù)增值稅政策的通知》對垃圾處理、污泥處理處置勞務(wù)免征增值稅�！秶夷茉淳汁h(huán)境保護(hù)部關(guān)于開展燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技改試點(diǎn)工作的通知》（國能發(fā)電力〔2017〕75號），旨在發(fā)揮世界最大清潔高效煤電體系的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢，依托現(xiàn)役煤電高效發(fā)電系統(tǒng)和污染物集中治理設(shè)施，構(gòu)筑城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)保平臺，兜底消納農(nóng)林廢棄殘余物、生活垃圾以及污水處理廠、水體污泥等生物質(zhì)資源，破解秸稈田間直焚、污泥垃圾圍城等社會治理難題，促進(jìn)電力行業(yè)特別是煤電的低碳清潔發(fā)展。
從污泥火電廠摻燒項(xiàng)目實(shí)踐的角度看，我國目前已有數(shù)十家燃煤電廠開展了污泥協(xié)同焚燒工作，還有一些燃煤電廠正在籌建污泥協(xié)同焚燒項(xiàng)目。
為了進(jìn)一步促進(jìn)電廠協(xié)同處置有機(jī)廢棄物，2018年6月，國家能源局、生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技改試點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)的通知》，確定技改項(xiàng)目試點(diǎn)共計(jì)84個(gè)，其中包括29個(gè)污泥火電廠協(xié)同焚燒項(xiàng)目。
在嚴(yán)峻的環(huán)保壓力下，目前新增的污泥焚燒項(xiàng)目超過70%采用協(xié)同焚燒的方式，其中火電廠協(xié)同焚燒占比接近50%，已經(jīng)成為目前國內(nèi)污泥處置的主要方式之一。在政策鼓勵和電廠轉(zhuǎn)型的雙重驅(qū)動下，未來一段時(shí)間內(nèi)污泥火電廠協(xié)同焚燒處置的項(xiàng)目還將持續(xù)增加。
1、污泥火電廠摻燒的適宜含水率
污水處理廠外運(yùn)的濕污泥含水率一般為80%，低位熱值僅為100～200kJ/kg，如果直接送入鍋爐燃燒，可以借助鍋爐的高溫環(huán)境將污泥中的有機(jī)病原體殺死，實(shí)現(xiàn)污泥無害化、減量化處理，但由于濕污泥含水率較高，熱值太低，直接摻燒將使?fàn)t膛溫度降低，鍋爐效率大幅下降，從而影響鍋爐的正常運(yùn)行。因此，將濕污泥干化，提高污泥熱值后進(jìn)行摻燒是比較合理的摻燒方式。
典型污泥及干化污泥與典型煤種的煤質(zhì)參數(shù)對比見表1。從表1可以看出，濕污泥的含水率一般為80%，低位發(fā)熱量較低，甚至為負(fù)值；干化污泥水分降低，熱值顯著升高，當(dāng)污泥含水率降至40%以下時(shí)，基本與國內(nèi)年輕褐煤接近。干化污泥整體屬于高灰分、高揮發(fā)分、低熱值燃料。
此外，污泥具有粘滯特性，這是指污泥聚集黏附在材料接觸表面的現(xiàn)象。大量的研究表明，當(dāng)污泥含水率降至40%～60%時(shí)，污泥呈現(xiàn)粘滯狀態(tài)，因此這一區(qū)間通常稱為污泥的“粘滯區(qū)”。在粘滯區(qū)內(nèi)，污泥具有很強(qiáng)的黏附-結(jié)團(tuán)能力，兩者的存在使污泥在火電廠協(xié)同摻燒時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)問題：一是污泥料倉架橋卸料不暢；二是磨煤機(jī)運(yùn)行效率下降。但是當(dāng)污泥含水率<40%時(shí)，其粘滯性會顯著下降。
綜合以上兩方面考慮，污泥火電廠協(xié)同摻燒的含水率宜低于40%。同時(shí)，污泥干化至含水率為40%左右時(shí)，干化機(jī)型式的選擇范圍也較大。
目前，燃煤電廠摻燒污泥的干化方式主要有煙氣直接干化法、蒸汽間接干化法和低溫帶式直接干化法，本研究將根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)，對這幾種干化方式進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和比較。
2、煙氣直接干化工藝
2.1 工藝描述
來自污水處理廠含水率為80%的污泥通過汽車送到電廠污泥干化車間的地下濕污泥儲存?zhèn)}，由污泥螺桿泵送入回轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)或旋翼式干燥機(jī)。采用鍋爐高溫低氧煙氣作為熱源對污泥進(jìn)行干化，干化后的污泥通過料倉送入磨煤機(jī)與煤摻混。干化后的尾氣（含污泥蒸發(fā)的水分以及惡臭氣體）通過獨(dú)立管道送入鍋爐爐膛上部燃燒或尾部污染物處理系統(tǒng)。整個(gè)干化過程在封閉負(fù)壓狀態(tài)下進(jìn)行，具體工藝流程見圖1。
2.2 干化參數(shù)和工藝特性
煙氣干化工藝主要的熱量來自于鍋爐中的中溫?zé)煔狻Ｒ砸?guī)模為100t/d、含水率為80%的濕污泥處理為例，煙氣直接干化（干燥方式為破碎回轉(zhuǎn)滾筒式）主要參數(shù)如表2所示。
利用熱煙氣干燥100t/d的濕污泥，需要抽取鍋爐空預(yù)器入口煙氣約2.5×104m3/h，通過核算，單臺350MW機(jī)組鍋爐在70%額定工況下，煙氣量約70×104m3/h，抽取煙氣量占空預(yù)器入口總煙氣量的3.57%。抽取的煙氣不再經(jīng)過空預(yù)器參與換熱，對鍋爐性能（如鍋爐效率）會產(chǎn)生一定影響。
此方案中污泥摻燒比例不能太高，否則需抽取的煙氣量較大，可能對鍋爐熱力系統(tǒng)產(chǎn)生影響，造成汽溫不足。因此，該工藝的選取需要結(jié)合機(jī)組熱力計(jì)算綜合確定。此外，干化設(shè)備不能距電廠鍋爐主系統(tǒng)太遠(yuǎn)，否則煙氣管道系統(tǒng)龐大，占地空間大，不利于設(shè)備布置。
目前，華能萊蕪電廠、華能臨沂電廠、華電濰坊電廠等均采用該技術(shù)摻燒一定比例的污泥，整體上運(yùn)行較為穩(wěn)定，未出現(xiàn)影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的情況。
2.3 運(yùn)行成本分析
按照日處理100t污泥計(jì)算，污泥含水率從80%干化至35%，運(yùn)行成本約為143.5元/t，具體見表3。
3、蒸汽間接干化工藝
3.1 工藝描述
來自污水處理廠含水率為80%的污泥通過汽車送到電廠污泥干化車間地下濕污泥儲存?zhèn)}，由污泥輸送泵送入間接式蒸汽干化機(jī)（如圓盤干化機(jī)或槳葉干化機(jī)），污泥在干化機(jī)內(nèi)與熱源間接換熱，整個(gè)干化過程是在封閉負(fù)壓狀態(tài)下進(jìn)行，干燥后的污泥經(jīng)封閉式傳送帶運(yùn)往干煤棚，與原煤混合后通過輸煤皮帶輸送至煤倉，隨原煤一同進(jìn)入磨煤機(jī)研磨后再送入爐膛燃燒。
采用機(jī)組汽輪機(jī)抽汽作為污泥干化熱源，經(jīng)減溫減壓調(diào)節(jié)后在污泥干化設(shè)備內(nèi)與污泥間接接觸換熱，蒸汽放熱變?yōu)槟Y(jié)水后返回機(jī)組汽水系統(tǒng)，污泥干化后經(jīng)過降溫進(jìn)入污泥干化倉送至煤場或上煤皮帶與煤摻混后送入制粉系統(tǒng)。污泥干化過程中產(chǎn)生的廢氣經(jīng)除塵器除去大部分固體顆粒，再進(jìn)入冷凝器與冷卻水換熱，不凝結(jié)廢氣經(jīng)風(fēng)機(jī)送入鍋爐焚燒，凝結(jié)廢水送入廢水處理廠進(jìn)行處理后達(dá)標(biāo)排放。蒸汽間接干化污泥摻燒工藝流程見圖2。
3.2 干化參數(shù)和工藝特性
蒸汽干化工藝主要利用蒸汽的相變潛熱進(jìn)行加熱，采用電廠的低壓輔助蒸汽，并減溫減壓成飽和蒸汽后再利用。以規(guī)模為100t/d、含水率為80%的濕污泥處理為例，蒸汽間接干化（干燥方式為圓盤干化或槳葉干化）主要參數(shù)如表4所示。
蒸汽間接干化摻燒污泥工藝的主要優(yōu)點(diǎn)：①設(shè)備布置較為靈活，不受發(fā)電機(jī)組的影響，但需要考慮蒸汽管道的布置；②對鍋爐運(yùn)行的影響低于煙氣直接干化法；③可以布置較大規(guī)模的污泥干化摻燒系統(tǒng)。該工藝的主要缺點(diǎn)是干化系統(tǒng)較為復(fù)雜，投資和運(yùn)行維護(hù)成本較高。目前，華潤電力（常熟）有限公司、南京華潤熱電有限公司等都采用了該技術(shù)摻燒污泥，運(yùn)行情況整體較好。
3.3 運(yùn)行成本分析
按照日處理100t污泥計(jì)算，含水率從80%干化至35%，運(yùn)行成本約為202.57元/t，具體成本如表5所示。
4、低溫帶式直接干化工藝
低溫帶式直接干化工藝主要分為低溫余熱技術(shù)和低溫?zé)岜眉夹g(shù)。由于電廠具有較為豐富的余熱資源，污泥電廠摻燒的低溫干化工藝一般采用低溫余熱技術(shù)。
4.1 工藝描述
污泥低溫余熱技術(shù)是將煙氣通過熱回收系統(tǒng)將水加熱至90℃，然后90℃的熱水通過熱交換系統(tǒng)對機(jī)體的空氣進(jìn)行加熱并得到干燥的50～70℃的熱空氣，干燥的熱空氣通過循環(huán)風(fēng)機(jī)由下而上經(jīng)過干燥機(jī)網(wǎng)帶，然后與平鋪在傳送網(wǎng)帶上成型的污泥進(jìn)行充分的熱交換，當(dāng)干燥的熱空氣穿過兩層或三層污泥網(wǎng)帶后，將轉(zhuǎn)換成濕度>40%、溫度為40～60℃的潮濕熱空氣。潮濕的熱空氣通過風(fēng)機(jī)循環(huán)穿過蒸發(fā)器，與其內(nèi)28℃左右的冷卻水進(jìn)行熱交換，潮濕的熱空氣達(dá)到露點(diǎn)溫度后，水蒸氣凝結(jié)成水排出。干燥的熱空氣再次與90℃的熱水進(jìn)行熱交換并反復(fù)循環(huán)，整個(gè)過程中循環(huán)空氣是在密閉的空間內(nèi)運(yùn)行，幾乎不向外排放廢氣。具體工藝流程如圖3所示。
4.2 干化參數(shù)和工藝特性
低溫余熱技術(shù)主要利用鍋爐空預(yù)器出口排煙的余熱對污泥進(jìn)行干化。以規(guī)模為100t/d、初始含水率為80%的濕污泥處理為例，低溫余熱干化工藝的主要參數(shù)如表6所示。
利用鍋爐排煙余熱干燥100t/d的濕污泥，需要抽取鍋爐空預(yù)器出口煙氣約30×104m3/h，通過核算，單臺350MW機(jī)組鍋爐在75%熱耗率驗(yàn)收工況下，煙氣量約70×104m3/h，抽取煙氣量占空預(yù)器入口總煙氣量的42.86%，會對鍋爐效率產(chǎn)生一定影響。因此，該工藝的選取需要結(jié)合機(jī)組熱力計(jì)算綜合確定。
低溫余熱干化工藝的主要優(yōu)點(diǎn)：①采用全封閉化設(shè)計(jì)，與間接干化工藝相比，無需復(fù)雜的尾氣處理裝置；②干化溫度低，冷凝水處置簡單，一般可滿足納管標(biāo)準(zhǔn)，直接排放；③模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，安裝和運(yùn)行較為簡單。該工藝的主要缺點(diǎn)主要體現(xiàn)在兩方面：①受限于余熱資源量，污泥處理規(guī)模不能太大；②干化溫度低，干化效率低于煙氣直接干化和蒸汽間接干化，因此低溫干化機(jī)設(shè)備占地面積較大，整體設(shè)備投資較高。
目前，該技術(shù)主要應(yīng)用于部分小型燃煤電廠的污泥處置項(xiàng)目，污泥日處理量均在100t以下。
4.3 運(yùn)行成本分析
按照污泥日處理規(guī)模為100t、初始含水率為80%、減重后污泥的含水率為35%計(jì)算，具體運(yùn)行成本為84元/t，如表7所示。
低溫余熱干化技術(shù)采用鍋爐排煙余熱對污泥進(jìn)行干化，而該部分余熱實(shí)際上不計(jì)入電廠回收的熱量，因此該處未考慮余熱的折合成本費(fèi)用。但實(shí)際運(yùn)行中，由于煙氣用量較大，實(shí)現(xiàn)的難度較高。
5、不同干化工藝投資運(yùn)行成本對比
如果按照日處理污泥量為100t、含水率從80%降至35%進(jìn)行測算，上述三種干化工藝投資費(fèi)用及運(yùn)營成本如表8所示。如果處理規(guī)模較大，實(shí)際投資費(fèi)用能有所降低。
其中低溫余熱技術(shù)采用鍋爐排煙，考慮到該技術(shù)需要較大的煙氣量，同時(shí)鍋爐低負(fù)荷時(shí)排煙溫度和排煙量可能無法滿足污泥干化需求，需要借助蒸汽或熱泵等技術(shù)，運(yùn)行成本還會相應(yīng)大幅升高。
6、結(jié)論
污泥干化脫水至40%以下，可作為低熱值的燃料，并通過燃煤電站鍋爐摻燒進(jìn)行無害化處置。目前，常用的燃煤電廠污泥干化方法主要有煙氣直接干化法、蒸汽間接干化法和低溫余熱干化法。其中，煙氣直接干化法的投資和運(yùn)行成本較低，但污泥摻燒比例不能太高，否則需抽取的煙氣量較大，可能對鍋爐熱力系統(tǒng)產(chǎn)生影響，造成汽溫不足。因此，該工藝的選取需要結(jié)合機(jī)組熱力計(jì)算綜合確定。蒸汽間接干化法的系統(tǒng)較為復(fù)雜，投資和運(yùn)行成本較高，但對鍋爐運(yùn)行的影響較小，可以布置較大規(guī)模的污泥干化摻燒系統(tǒng)。低溫余熱干化法的投資成本較高，運(yùn)行成本較低，對系統(tǒng)的排煙量和排煙溫度的依賴程度較高，污泥摻燒比例不能太高，因此，該工藝的選取也需要結(jié)合機(jī)組熱力計(jì)算綜合確定。
以上三種污泥干化方式各有利弊，需結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際情況進(jìn)行選擇。此外，目前國內(nèi)也涌現(xiàn)出如利用煙氣余熱的污泥低溫干化技術(shù)等“以廢治廢”的工藝路線，將電廠的余熱資源進(jìn)一步開發(fā)利用，為污泥火電廠協(xié)同焚燒的處置路徑提供了新的思路。（來源：長江生態(tài)環(huán)保集團(tuán)有限公司，六安市三峽智慧水管家有限責(zé)任公司）
