污泥在工業(yè)窯爐中進行摻燒處置已經(jīng)成為當前污泥處置的重要補充方式，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。《電力發(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)電示范項目。《關(guān)于推進燃煤與生物質(zhì)耦合發(fā)電的指導意見》鼓勵、支持污泥耦合發(fā)電項目，并給予政策補貼。《關(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。《國家能源局環(huán)境保護部關(guān)于開展燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技改試點工作的通知》（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目實踐的角度看，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)同焚燒項目。
為了進一步促進電廠協(xié)同處置有機廢棄物，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)電技改試點項目建設(shè)的通知》，確定技改項目試點共計84個，其中包括29個污泥火電廠協(xié)同焚燒項目。
在嚴峻的環(huán)保壓力下，目前新增的污泥焚燒項目超過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，未來一段時間內(nèi)污泥火電廠協(xié)同焚燒處置的項目還將持續(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)境將污泥中的有機病原體殺死，實現(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，直接摻燒將使爐膛溫度降低，鍋爐效率大幅下降，從而影響鍋爐的正常運行。因此，將濕污泥干化，提高污泥熱值后進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，甚至為負值；干化污泥水分降低，熱值顯著升高，當污泥含水率降至40%以下時，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，當污泥含水率降至40%～60%時，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)，污泥具有很強的黏附-結(jié)團能力，兩者的存在使污泥在火電廠協(xié)同摻燒時產(chǎn)生兩個問題：一是污泥料倉架橋卸料不暢；二是磨煤機運行效率下降。但是當污泥含水率<40%時，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，污泥干化至含水率為40%左右時，干化機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行技術(shù)經(jīng)濟分析和比較。
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)筒干燥機或旋翼式干燥機。采用鍋爐高溫低氧煙氣作為熱源對污泥進行干化，干化后的污泥通過料倉送入磨煤機與煤摻混。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)。整個干化過程在封閉負壓狀態(tài)下進行，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煙氣。以規(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，需要抽取鍋爐空預器入口煙氣約2.5×104m3/h，通過核算，單臺350MW機組鍋爐在70%額定工況下，煙氣量約70×104m3/h，抽取煙氣量占空預器入口總煙氣量的3.57%。抽取的煙氣不再經(jīng)過空預器參與換熱，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)合機組熱力計算綜合確定。此外，干化設(shè)備不能距電廠鍋爐主系統(tǒng)太遠，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，整體上運行較為穩(wěn)定，未出現(xiàn)影響機組安全穩(wěn)定運行的情況。
2.3 運行成本分析
按照日處理100t污泥計算，污泥含水率從80%干化至35%，運行成本約為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（如圓盤干化機或槳葉干化機），污泥在干化機內(nèi)與熱源間接換熱，整個干化過程是在封閉負壓狀態(tài)下進行，干燥后的污泥經(jīng)封閉式傳送帶運往干煤棚，與原煤混合后通過輸煤皮帶輸送至煤倉，隨原煤一同進入磨煤機研磨后再送入爐膛燃燒。
采用機組汽輪機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)水后返回機組汽水系統(tǒng)，污泥干化后經(jīng)過降溫進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，再進入冷凝器與冷卻水換熱，不凝結(jié)廢氣經(jīng)風機送入鍋爐焚燒，凝結(jié)廢水送入廢水處理廠進行處理后達標排放。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：①設(shè)備布置較為靈活，不受發(fā)電機組的影響，但需要考慮蒸汽管道的布置；②對鍋爐運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)。該工藝的主要缺點是干化系統(tǒng)較為復雜，投資和運行維護成本較高。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，運行情況整體較好。
3.3 運行成本分析
按照日處理100t污泥計算，含水率從80%干化至35%，運行成本約為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)和低溫熱泵技術(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)對機體的空氣進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)風機由下而上經(jīng)過干燥機網(wǎng)帶，然后與平鋪在傳送網(wǎng)帶上成型的污泥進行充分的熱交換，當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機循環(huán)穿過蒸發(fā)器，與其內(nèi)28℃左右的冷卻水進行熱交換，潮濕的熱空氣達到露點溫度后，水蒸氣凝結(jié)成水排出。干燥的熱空氣再次與90℃的熱水進行熱交換并反復循環(huán)，整個過程中循環(huán)空氣是在密閉的空間內(nèi)運行，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)主要利用鍋爐空預器出口排煙的余熱對污泥進行干化。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，需要抽取鍋爐空預器出口煙氣約30×104m3/h，通過核算，單臺350MW機組鍋爐在75%熱耗率驗收工況下，煙氣量約70×104m3/h，抽取煙氣量占空預器入口總煙氣量的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)合機組熱力計算綜合確定。
低溫余熱干化工藝的主要優(yōu)點：①采用全封閉化設(shè)計，與間接干化工藝相比，無需復雜的尾氣處理裝置；②干化溫度低，冷凝水處置簡單，一般可滿足納管標準，直接排放；③模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，安裝和運行較為簡單。該工藝的主要缺點主要體現(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目，污泥日處理量均在100t以下。
4.3 運行成本分析
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%計算，具體運行成本為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行干化，而該部分余熱實際上不計入電廠回收的熱量，因此該處未考慮余熱的折合成本費用。但實際運行中，由于煙氣用量較大，實現(xiàn)的難度較高。
5、不同干化工藝投資運行成本對比
如果按照日處理污泥量為100t、含水率從80%降至35%進行測算，上述三種干化工藝投資費用及運營成本如表8所示。如果處理規(guī)模較大，實際投資費用能有所降低。
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，同時鍋爐低負荷時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)合機組熱力計算綜合確定。蒸汽間接干化法的系統(tǒng)較為復雜，投資和運行成本較高，但對鍋爐運行的影響較小，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)合機組熱力計算綜合確定。
以上三種污泥干化方式各有利弊，需結(jié)合項目的實際情況進行選擇。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)保集團有限公司，六安市三峽智慧水管家有限責任公司）
