干化污泥造粒對(duì)垃圾焚燒廠協(xié)同焚燒的影響研究

馮淋淋, 王志強(qiáng), 白 力

(上海康恒環(huán)境股份有限公司，上海 201703)

引 言

近年來，在國(guó)家節(jié)能減排和積極的財(cái)政政策作用下，城鎮(zhèn)污水處理得到迅速發(fā)展，但是，城鎮(zhèn)污水處理過程產(chǎn)生的大量污泥普遍還未得到有效處理處置。對(duì)污泥的處置方法主要有填埋、農(nóng)用堆肥和焚燒幾種[1]。E20研究數(shù)據(jù)顯示：目前我國(guó)污水處理廠產(chǎn)生的污泥，一半以上是采用衛(wèi)生填埋的方式進(jìn)行處置，超過18%的污泥不知去向。衛(wèi)生填埋雖然在目前還是主要的污泥處置方式，但是這種處置方法不僅可能存在對(duì)土壤及地下水等二次污染，而且占地面積大，這也催使了其他處理技術(shù)和設(shè)備的迅速發(fā)展。與其他各種方法相比，焚燒具有占地面積小、處理速度快，減量化程度高及可以回收能量等優(yōu)點(diǎn)日益受到重視[2～4]?！段鬯幚韽S污泥處理處置最佳可行技術(shù)導(dǎo)則》中也指出：污泥干化焚燒是今后我國(guó)提倡的方向。

污泥與垃圾焚燒電廠的協(xié)同焚燒除具有減容率高、能量回收等優(yōu)勢(shì)外，還具有投資少、運(yùn)行成本低，且污染物排放控制好等特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)得到了廣泛的試行推廣。因污水廠的污泥經(jīng)機(jī)械脫水后含水率仍約為80%，高含水率的特點(diǎn)給污泥的處置帶來了較大困難，為方便其處置需要先將污泥干化[5]。污泥與垃圾焚燒電廠協(xié)同焚燒的主要流程是：污水廠脫水污泥(含水率約80%)→濕污泥儲(chǔ)存?zhèn)}→污泥熱干化(干化至含水率30%～40%)→干污泥輸送→垃圾庫(kù)干污泥專區(qū)儲(chǔ)區(qū)→污泥抓斗布料→垃圾抓斗上料→垃圾進(jìn)料斗→焚燒爐焚燒。

上海某垃圾焚燒電廠于 2016 年開始試行摻燒干化污泥，試行以來產(chǎn)生了極好的經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境效益，但也產(chǎn)生了一系列的問題，主要是：(1)干化后的污泥程粉末狀，在運(yùn)輸和投料過程中產(chǎn)生大量的揚(yáng)塵，給設(shè)備和環(huán)境帶來危害；(2)干化污泥在垃圾庫(kù)儲(chǔ)存及布料過程進(jìn)入滲濾液系統(tǒng)，使得滲濾液中 SS 升高，造成滲濾液高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)出水達(dá)標(biāo)受影響；(3)干化污泥進(jìn)入焚燒爐摻燒后產(chǎn)生的粉塵量增大，造成鍋爐結(jié)焦積灰較嚴(yán)重；(4)污泥中S含量較高，摻燒后造成煙氣中污染物濃度增加，煙氣凈化達(dá)標(biāo)排放受影響。

為保證焚燒系統(tǒng)長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行，減少干化污泥摻燒對(duì)設(shè)備及環(huán)境帶來的危害，在大量的實(shí)地考察和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，該廠對(duì)干化后的粉狀污泥進(jìn)行造粒技改，改變干污泥的物理性狀，最大限度的減少粉塵進(jìn)入鍋爐，減少煙氣中飛灰的攜帶量。本文研究了干化污泥造粒技改前后垃圾庫(kù)揚(yáng)塵、鍋爐效率、鍋爐溫度、飛灰產(chǎn)量、煙氣排放指標(biāo)等方面的變化情況，為污泥協(xié)同垃圾焚燒處置提供了運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及合理化方案，具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

1 干污泥造粒的工藝

干化污泥造粒系統(tǒng)的工藝流程如圖1所示。干化污泥儲(chǔ)存?zhèn)}內(nèi)的污泥首先進(jìn)入篩分機(jī)，去除大顆粒雜質(zhì)和小鐵塊后進(jìn)入暫存?zhèn)}，倉(cāng)下設(shè)計(jì)兩路，出口配置電動(dòng)插板閥，接變頻螺旋輸送機(jī)控制下料制粒的速度，下方設(shè)兩臺(tái)造粒機(jī)，可同時(shí)運(yùn)行。造粒好的污泥共用一條污泥顆粒輸送機(jī)，接密閉式污泥轉(zhuǎn)運(yùn)車輸送運(yùn)至垃圾焚燒廠的垃圾庫(kù)內(nèi)。

圖1 干化污泥造粒系統(tǒng)的工藝流程圖Fig.1 The process flow diagram of dry sludge granulation system

2 污泥造粒前后的運(yùn)行情況

2.1 造粒前后污泥的性狀

該廠污泥熱干化設(shè)備采用臥式圓盤干化機(jī)，干化后的污泥含水率在30%～40%，干化后的污泥呈粉末狀，粒徑主要分布在1～100μm之間，其中大部分集中在10μm左右，粒度較細(xì)，在輸送過程中極易造成揚(yáng)塵現(xiàn)象，如圖2(左)所示。干污泥經(jīng)造粒成型后，顆粒直徑5～8mm，長(zhǎng)度 30～50mm，如圖2(右)所示。

圖2 干化污泥造粒前后的性狀對(duì)比Fig.2 Charater comparison before and after granulation of dry sludge

2.2 垃圾庫(kù)揚(yáng)塵的影響

污泥造粒之前，干化污泥在卸料及布料的過程中，均會(huì)產(chǎn)生大量的揚(yáng)塵，不僅嚴(yán)重阻礙了垃圾吊操作人員視線，而且揚(yáng)塵堆積在垃圾吊及附屬設(shè)備上，會(huì)對(duì)鋼絲繩等設(shè)備造成腐蝕，對(duì)電控儀表設(shè)備造成短路導(dǎo)致故障頻發(fā)；同時(shí)揚(yáng)塵還會(huì)引起一次風(fēng)入口濾網(wǎng)的堵塞，需頻繁清洗。另外，粉狀污泥極易進(jìn)入滲濾液系統(tǒng)，引起滲瀝液管道系統(tǒng)堵塞，處理難度高，環(huán)境污染大，工作負(fù)荷大，現(xiàn)場(chǎng)情況如圖3(左)所示。

污泥造粒后，垃圾庫(kù)的環(huán)境狀況得到了極大的改善，一次風(fēng)吸風(fēng)口濾網(wǎng)、滲濾液格柵堵塞問題也基本得到了解決，如圖3(右)所示。

圖3 干化污泥造粒前后垃圾庫(kù)揚(yáng)塵的對(duì)比Fig.3 Comparison of dust before and after granulation of dry sludge

2.3 鍋爐效率的影響

粉末狀污泥進(jìn)入焚燒爐后，在爐排翻動(dòng)以及一次風(fēng)擾動(dòng)的作用下極易揚(yáng)起，增大了煙氣中粉塵的含量，從而加重了鍋爐的積灰和結(jié)焦。摻燒污泥后，在焚燒爐內(nèi)壁、一、二煙道水冷壁上容易產(chǎn)生結(jié)焦，水平煙道積灰增加。隨著積灰結(jié)焦的增加，煙氣流動(dòng)阻力增加，更容易使粉塵滯留，發(fā)生惡性循環(huán)。同時(shí)，受熱面積灰、結(jié)焦的惡化，會(huì)降低鍋爐換熱效率，減少蒸發(fā)量，需經(jīng)常性地進(jìn)行非常規(guī)吹灰作業(yè)。圖4為摻燒粉狀污泥后爐膛內(nèi)的結(jié)焦情況，檢修期間清理焦塊工作量增加、工期增長(zhǎng)、作業(yè)難度高、危險(xiǎn)性大。

圖4 摻燒粉狀污泥后爐膛內(nèi)的結(jié)焦情況Fig.4 Coking of the boiler after adding pulverized sludge

該廠3月份摻燒粉狀干化污泥，噸垃圾產(chǎn)汽量均值為2.21t，6月份摻燒造粒污泥，噸垃圾產(chǎn)汽均值提高到了2.38t，鍋爐效率提高了約7.7%，這間接證明了造粒后鍋爐的積灰結(jié)焦得到了改善，產(chǎn)汽量對(duì)比如圖5所示。

圖5 干化污泥造粒前后噸垃圾產(chǎn)汽量的對(duì)比Fig.5 Comparison of steam yield per ton before and after granulation of dry sludge

2.4 鍋爐溫度的影響

該廠5月10日～5月24日摻燒粉狀干化污泥，摻燒污泥后，一煙道、二煙道、三煙道及三過入口溫度上升較快。6月7日開始摻燒造粒后的污泥，鍋爐溫度整體平穩(wěn)，上升緩慢。但隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，鍋爐出現(xiàn)嚴(yán)重積灰，于7月5日～6日進(jìn)行了在線微爆清灰。在此期間鍋爐的溫度變化曲線見圖6。

通過對(duì)鍋爐溫度變化曲線分析，說明污泥造?？梢詼p輕摻燒對(duì)鍋爐積灰的影響，但因污泥中的灰分含量高于生活垃圾，所以摻燒污泥對(duì)鍋爐積灰的影響無法完全根除。

圖6 干化污泥造粒前后鍋爐溫度的對(duì)比Fig.6 Comparison of boiler temperature before and after granulation of dry sludge

2.5 煙氣凈化系統(tǒng)的影響

市政污泥S含量普遍較高，焚燒廠摻燒污泥后極易引起煙氣中SO2濃度的升高。該焚燒廠摻燒污泥前消石灰每天的用量為9.71t/d，SO2的排放濃度為0.6mg/m3。3月份摻燒粉狀污泥后，消石灰的耗量均值為11.57t/d，相較于未摻燒污泥時(shí)消石灰每天的耗量增加了1.86t，耗量增加19.1%。6月污泥造粒后，消石灰的耗量均值為10.54t/d，比造粒前下降了1.03t/d，消石灰耗量減少了了8.9%。干化污泥造粒前后SO2排放量及消石灰耗量的對(duì)比見圖7和圖8。

摻燒粉狀污泥不僅增加了消石灰耗量，而且還導(dǎo)致SO2排放濃度上升明顯，其濃度為30～40mg/m3，均值為27.99mg/m3。污泥造粒后煙氣SO2排放濃度明顯下降，維持在0～10mg/m3，均值為5.96mg/m3，有效降低了消石灰的用量及SO2的排放濃度。

圖7 干化污泥造粒前后SO2排放量的對(duì)比Fig.7 Comparison of SO2 emission before and after granulation of dry sludge

圖8 干化污泥造粒前后消石灰用量的對(duì)比Fig.8 Comparison of amount of slaked lime before and after granulation of dry sludge

2.6 飛灰產(chǎn)量的影響

摻燒粉狀污泥引起煙氣中粉塵量的增加，同時(shí)污染物濃度升高增加了消石灰的用量，這些方面均會(huì)導(dǎo)致尾端煙氣凈化系統(tǒng)中的飛灰產(chǎn)量增加，增加了飛灰處置成本。圖9為干化污泥造粒前后飛灰產(chǎn)量的對(duì)比，通過對(duì)比可以看出，污泥經(jīng)造粒入爐后

圖9 干化污泥造粒前后飛灰產(chǎn)率的對(duì)比Fig.9 Comparison of fly ash yield before and after granulation of dry sludge

飛灰產(chǎn)生量大大減少，單爐飛灰產(chǎn)生量由3 月份的11.3t/d 降低到9.35t/d，飛灰產(chǎn)生率由 2.8%降到 2.3%。

3 結(jié) 論

本文以生活垃圾焚燒廠協(xié)同摻燒污泥為研究對(duì)象，分別對(duì)比研究了干化污泥造粒前后的性狀，及對(duì)垃圾庫(kù)揚(yáng)塵、鍋爐效率、鍋爐溫度、煙氣凈化系統(tǒng)及飛灰產(chǎn)量的影響，得出以下結(jié)論：

(1)干化污泥經(jīng)造粒后，粉狀污泥得以成型，顆粒直徑5～8mm，長(zhǎng)度30～50mm。

(2)干化污泥造粒后有效的避免了運(yùn)輸及垃圾庫(kù)的揚(yáng)塵，一次風(fēng)吸風(fēng)口濾網(wǎng)、滲濾液格柵堵塞問題基本得以解決。

(3)相較于摻燒粉末狀污泥來說，污泥造粒后入爐摻燒，鍋爐效率提高了大約7.7%，鍋爐升溫速率減緩，鍋爐積灰結(jié)焦有所改善。隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)(約1個(gè)月后)，煙溫仍上漲較快，摻燒污泥的鍋爐積灰現(xiàn)象仍較嚴(yán)重。

(4)摻燒污泥后，消石灰耗量增加，煙氣中的SO2排放濃度明顯升高。將污泥造粒后再摻燒，消石灰用量降低約8.9%，煙氣中SO2的排放濃度也得到了有效的控制，飛灰產(chǎn)生率由 2.8%降到 2.3%，飛灰處置費(fèi)用降低。

綜上所述，為了保證焚燒系統(tǒng)長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行，減少干化污泥摻燒對(duì)垃圾焚燒設(shè)備及系統(tǒng)帶來的危害， 建議粉狀干化污泥經(jīng)過造粒之后再送入生活垃圾焚燒廠作協(xié)同焚燒。