隨著我國城鎮(zhèn)化率不斷提高，城市生活污水量與日俱增，污泥產(chǎn)量也快速上升。當(dāng)前，針對城市污水污泥的處理方法主要包括衛(wèi)生填埋、生化轉(zhuǎn)化（厭氧消化、好氧發(fā)酵）和焚燒（獨(dú)立焚燒、協(xié)同焚燒）等。其中，衛(wèi)生填埋受制于土地資源的有限性，并存在污染土壤和地下水的隱患，會逐步減少應(yīng)用。生化轉(zhuǎn)化方法存在設(shè)備投資高、占地面積大、反應(yīng)時間長等缺陷。污泥焚燒工藝近年來發(fā)展迅速，是比較適合我國國情的污泥處置方式之一。其中，污泥獨(dú)立焚燒系統(tǒng)占地面積小、可就地處理，但由于污泥熱值很低，需要額外增加大量助燃燃料，燃燒過程會產(chǎn)生較多煙氣污染物。污泥協(xié)同焚燒是指將熱值較低的污泥和生物質(zhì)、垃圾、煤炭等熱值較高的物質(zhì)一起燃燒，其對助燃燃料的消耗和產(chǎn)生的煙氣污染物比獨(dú)立焚燒少，但是受地域限制，難以直接就地處理。作為傳統(tǒng)焚燒工藝的升級，污泥熱解氣化技術(shù)是未來污泥處置的重要發(fā)展方向。污泥熱解氣化既具有污泥焚燒徹底減量化的突出優(yōu)勢，又具有NOx、SOx和重金屬等遠(yuǎn)低于焚燒污染物排放的特點，被認(rèn)為是第三代固廢處理處置清潔燃燒技術(shù)。

以湖北省鐘祥市的污泥處置項目為例，全面介紹了項目概況、工藝特點和運(yùn)行效果。該項目采用雙流閃蒸干化耦合流化床熱解氣化工藝，將旋風(fēng)閃蒸干燥技術(shù)與流化床氣化燃燒技術(shù)有機(jī)結(jié)合，形成一個封閉的污泥閃蒸干化耦合熱解氣化系統(tǒng)，實現(xiàn)全流程封閉生產(chǎn)，極大提高了污泥熱法處理效率，降低了運(yùn)行成本和投資費(fèi)用。在旋風(fēng)干燥技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合流化床、噴動床原理開發(fā)了污泥氣流流化裝置，實現(xiàn)高含濕污泥流態(tài)化和霧化，將閃蒸干燥和旋風(fēng)干燥有機(jī)結(jié)合形成高低溫都適用的污泥干燥技術(shù)。對該項目近5年的穩(wěn)定運(yùn)行情況進(jìn)行總結(jié)，可為城市污水污泥的高效處置和資源化利用提供新思路、新技術(shù)和示范案例。

1、項目概況

鐘祥市城市污水處理廠污泥處置項目位于南湖經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)第一污水處理廠，生產(chǎn)區(qū)占地約2000m2，主要負(fù)責(zé)處置鐘祥市第一污水處理廠、第二污水處理廠以及12個鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠產(chǎn)生的污泥。該項目于2017年10月開工建設(shè)，2018年11月建成投產(chǎn)，至今已穩(wěn)定運(yùn)行5年。該項目設(shè)置了生物質(zhì)和濕污泥進(jìn)料收儲系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)、熱解氣化系統(tǒng)、灰渣系統(tǒng)、尾氣凈化和除臭系統(tǒng)、給排水消防、暖通、電氣控制系統(tǒng)及檢修、辦公等附屬設(shè)施，處置含水率為80%的污泥120t/d，經(jīng)干燥后污泥含水率約30%，經(jīng)氣化爐及二次燃燒后可實現(xiàn)污泥減量約90%以上，灰渣量約10t/d。處理后的尾氣可以達(dá)到《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485—2014）。污泥熱解氣化后的灰渣滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置制磚用泥質(zhì)》（GB/T25031—2010）要求，可作為制磚原材料，實現(xiàn)灰渣的最終消納處置。

2、工藝流程及特點

2.1 工藝流程

污泥閃蒸干化耦合流化床熱解氣化的工藝流程見圖1。

污水處理廠車載運(yùn)來的含水率80%的污泥經(jīng)過地磅計量后卸入地下接料倉，用螺桿泵送入干燥機(jī)進(jìn)料倉，再經(jīng)進(jìn)料倉喂料螺旋均勻給料至雙流閃蒸干燥機(jī)，干化后的污泥含水率由80%降至30%以下。雙流閃蒸干燥機(jī)由底部旋風(fēng)流化器和上部旋風(fēng)干燥塔體組成。旋風(fēng)流化器為污泥霧化裝置，污泥由螺旋輸送機(jī)送入旋風(fēng)流化器中心筒，被流化風(fēng)機(jī)切向進(jìn)入的高速氣體旋流霧化后帶入上部旋風(fēng)干燥塔內(nèi)；氣化系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫?zé)釤煔庠谛�風(fēng)干燥塔與霧化污泥接觸進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，在3~6s內(nèi)水分被快速蒸發(fā)，干燥煙氣向上夾帶干污泥進(jìn)入旋風(fēng)除塵器和布袋除塵器進(jìn)行泥氣分離。

干燥后干污泥被煙氣夾帶至旋風(fēng)除塵器、布袋除塵器攔截收集后，經(jīng)刮板輸送機(jī)送入干污泥倉，經(jīng)倉底螺旋輸送機(jī)送入內(nèi)回旋式流化床進(jìn)行氣化，在流化床內(nèi)于700~800℃還原性氛圍下發(fā)生熱解、氣化等反應(yīng)，污泥的有機(jī)質(zhì)被轉(zhuǎn)化為H2、CO、CH4等可燃性氣體，經(jīng)旋風(fēng)分離后可燃?xì)膺M(jìn)入二燃室燃燒，產(chǎn)生的高溫?zé)釤煔膺M(jìn)入干燥機(jī)進(jìn)行濕污泥干燥，從而充分利用污泥有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化的熱能。當(dāng)污泥氣化燃燒后產(chǎn)生的熱量無法滿足污泥干燥需求時，采用生物質(zhì)作為輔助燃料。氣化爐產(chǎn)生灰渣經(jīng)冷卻降溫后送入灰渣倉內(nèi)暫存，定期外運(yùn)至制磚廠、水泥廠等單位作為原料。

污泥干化過程產(chǎn)生的蒸汽、尾氣通過旋風(fēng)分離器和布袋除塵器分離干污泥后，經(jīng)冷凝器冷卻，再進(jìn)入直接式噴淋塔，噴淋塔循環(huán)水定期排入污水管網(wǎng)。不凝氣體（主要是一些惡臭氣體）和污泥貯存產(chǎn)生的臭氣收集后，經(jīng)過生物除臭達(dá)標(biāo)排放。熱解氣化固渣可用于土壤改良和建材利用。

2.2 物料和能量平衡

該項目污泥干化補(bǔ)充熱量來源于生物質(zhì)成型燃料，經(jīng)過分析污泥有機(jī)質(zhì)含量約40%~60%，熱值為3350~8372kJ/kg，設(shè)計采用污泥干基熱值約5800kJ/kg；生物質(zhì)成型燃料主要原材料為稻殼、秸稈、木屑等，為壓實柱狀，易破碎。破碎后物料含水率為10%以內(nèi)，具有較高熱值（干基低位發(fā)熱量約14650kJ/kg）。設(shè)計采用稻殼生物質(zhì)成型燃料作為補(bǔ)充能源，經(jīng)計算需補(bǔ)充量為濕污泥量的10.0%~12.5%。經(jīng)能量核算，單獨(dú)處置干燥1t含水率為80%的污泥，需消耗熱量2377982×104kJ（已計算干燥機(jī)效率、排煙損失、灰渣熱、機(jī)械不完全燃燒損失和系統(tǒng)散熱損失），污泥干燥后自身可提供845542×104kJ熱量，需額外補(bǔ)充有效熱量1532440×104kJ，即補(bǔ)充生物質(zhì)125kg，占單位濕污泥量的12.5%，生物質(zhì)有效利用熱量占76.5%（已計算排煙損失、灰渣熱、機(jī)械不完全燃燒損失和系統(tǒng)散熱損失）。污泥和生物質(zhì)協(xié)同氣化焚燒系統(tǒng)灰渣熱損失、機(jī)械不完全燃燒損失和散熱損失約10%。最終處置產(chǎn)生灰渣為10~12t/d，可用作園林綠化基質(zhì)或建材原料。系統(tǒng)物料和能量平衡見圖2。

2.3 工藝優(yōu)勢

污泥閃蒸干化耦合流化床熱解氣化技術(shù)將閃蒸干燥、氣化焚燒兩個獨(dú)立的系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，形成獨(dú)具特色的污泥處理工藝，實現(xiàn)了污泥自身能量的循環(huán)利用，氣化后灰渣可作建材原料。該工藝選址靈活，是一種先進(jìn)的污泥處置技術(shù)。

污泥閃蒸干化耦合流化床熱解氣化新技術(shù)的工藝先進(jìn)性及優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下方面：

①將旋風(fēng)閃蒸干燥技術(shù)與流化床氣化燃燒技術(shù)有機(jī)結(jié)合，形成一個封閉的污泥閃蒸干化耦合流化床熱解氣化系統(tǒng)，進(jìn)而實現(xiàn)全流程封閉生產(chǎn)，提高污泥處理效率，降低運(yùn)行成本和投資費(fèi)用。

②開發(fā)了流化床污泥與生物質(zhì)協(xié)同氣化技術(shù)，并結(jié)合旋風(fēng)爐對生物質(zhì)燃?xì)膺M(jìn)行二次燃燒，釋放污泥和生物質(zhì)熱能。流化床氣化效率高、靈活性強(qiáng)、能源利用率高；熱力系統(tǒng)為負(fù)壓燃燒，安全性好；采用內(nèi)循環(huán)流化床技術(shù)氣化強(qiáng)度高，熱效率高達(dá)85%以上，灰渣含碳量低于5%。

③在旋風(fēng)干燥技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合流化床、噴動床原理開發(fā)污泥氣流流化裝置，實現(xiàn)高含濕污泥流態(tài)化和霧化，將閃蒸干燥和旋風(fēng)干燥有機(jī)結(jié)合形成高低溫都能適用的污泥干燥技術(shù)。采用氣流霧化技術(shù)大大提高了污泥熱交換表面積，干燥段熱效率高達(dá)95%以上；閃蒸換熱避免了污泥干燥過程中黏滯性導(dǎo)致設(shè)備換熱效率低的問題；設(shè)備自帶污泥干化含水率調(diào)節(jié)措施，大大提高了干燥污泥粒徑分布的均勻性和干污泥含水率的可調(diào)性。

3、運(yùn)行效果分析

3.1 污泥特性

該項目進(jìn)泥含水率為80%~83%，低位發(fā)熱量為6500kJ/kg。污泥特性見表1。

3.2 污泥干化

干化系統(tǒng)由閃蒸干燥機(jī)、流化風(fēng)機(jī)、布袋除塵器、干燥引風(fēng)機(jī)、干污泥螺旋輸送機(jī)等設(shè)備組成。閃蒸干燥機(jī)出口溫度隨時間的變化情況見圖3。

可見，含水率80%的濕污泥進(jìn)入閃蒸干燥機(jī)后，污泥干化過程非常平穩(wěn)，干燥機(jī)出口溫度隨時間波動性小，可連續(xù)平穩(wěn)地實現(xiàn)濕污泥干燥。

3.3 流化床氣化

污泥從閃蒸干燥機(jī)排出經(jīng)布袋分離后，由螺旋輸送機(jī)、刮板輸送機(jī)、干污泥倉進(jìn)入流化床氣化爐。由于污泥熱值低，需添加生物質(zhì)成型燃料作為輔助燃料，生物質(zhì)熱值約14650kJ/kg。流化床氣化爐內(nèi)溫度隨時間的變化見圖4。可見，在干污泥熱解氣化過程中流化床運(yùn)行穩(wěn)定，反應(yīng)區(qū)溫度維持在700~750℃，床內(nèi)溫度場分布均勻。

3.4 灰渣成分檢測

污泥氣化灰渣從旋風(fēng)分離器排出，灰渣中的重金屬等成分檢測數(shù)據(jù)見表2。灰渣中的重金屬及其他有害物質(zhì)的含量均低于《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置制磚用泥質(zhì)》（GB/T25031—2010）的標(biāo)準(zhǔn)限值，能夠作為制磚原料實現(xiàn)污泥灰渣的資源化利用。

3.5 煙氣污染物排放

污泥熱解氣化后的煙氣經(jīng)1套布袋除塵器-噴淋洗滌裝置-生物除臭裝置-活性炭裝置處理后，通過排氣筒（高度為21m）排放至大氣。廢氣排放口的尾氣檢測結(jié)果見表3�？梢�，處理尾氣滿足《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485—2014）生活垃圾焚燒爐排放煙氣中的污染物限值以及生活污水處理設(shè)施產(chǎn)生的污泥、一般工業(yè)固體廢物專用焚燒爐排放煙氣中二口惡英的標(biāo)準(zhǔn)限值。

3.6 運(yùn)行成本分析

該項目直接運(yùn)行費(fèi)用包括生物質(zhì)成型燃料、水、電、人工、藥劑等，其中生物質(zhì)占比高達(dá)50%以上。生物質(zhì)添加量約為120~130kg/t濕污泥（含水率80%），受污泥有機(jī)質(zhì)含量、含水率、熱值的影響較大。采用農(nóng)林廢棄物制成的生物質(zhì)成型燃料售價約800元/t，污泥處置生物質(zhì)燃料費(fèi)用約80~96元/t；電耗約60kW·h/t濕污泥，電價為0.75元（/kW·h），污泥處置電費(fèi)約45元/t。該項目位于污水處理廠區(qū)內(nèi)，設(shè)備冷卻及洗滌用水采用中水，水費(fèi)不計；總直接運(yùn)行費(fèi)用為180~200元/t，可見經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢顯著。

4、結(jié)語

污泥閃蒸干化耦合流化床熱解氣化技術(shù)既具有污泥焚燒工藝最大程度減量化、無害化的特點，又能較大程度地減少污染物的排放，克服傳統(tǒng)焚燒工藝尾氣處理復(fù)雜的問題，還可以靈活選址、就地處理。該工藝在鐘祥市城市污水處理廠污泥處置項目中連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行5年，證明其可行性和經(jīng)濟(jì)性，為解決我國污泥清潔高效處置提供了一條新途徑。（來源：中國電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計院有限公司，湖北加德科技股份公司，華中科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院煤燃燒與低碳利用全國重點實驗室）