污泥焚烧

[font=楷体, 楷体_GB2312, SimKai]2024年，污泥领域最大的新闻，应该是苏伊士中标迄今为止全世界最大的污泥单独焚烧项目。作为世界最大污泥单独焚烧项目，东莞市污泥集中处理处置项目，以含水率80%计，项目总规模5400吨/天，一期规模4000吨/天。本文将从多个方面深度剖析这个国内首个污泥领域的废水零排放项目的详细信息。[/font][i]世界最大污泥单独焚烧项目——东莞市污泥集中处理处置项目，以含水率80%计，项目总规模5400吨/天，一期规模4000吨/天。[/i][b]01基本信息[/b]东莞市污泥集中处理处置项目，占地面积约132.95亩，建设规模为污泥处理能力2700吨/日（含水率60%），采用“鼓泡流化床焚烧+余热回收及利用+烟气处理”的工艺，配套废水处理、除臭、余热发电、光伏发电等工程。[align=center][img=640.jpg]https://imgs.h2o-china.com/news/2024/05/1715048750619124.jpg[/img][/align]项目总投资21.88亿元，于今年3月开工建设，预计2026年建成投产。工程规模：近期污泥处理规模2000t/d（以含水率60%计），并预留远期污泥处理规模700t/d（以含水率60%计）的用地。设计单位：中国市政工程西南设计研究总院有限公司污泥焚烧：苏伊士环境科技（北京）有限公司[b]02污泥情况[/b]污泥来源于东莞市50多个市政污水厂的污泥，污泥经污水厂处理后，含水率60%左右，运输至污泥焚烧厂焚烧处置。最近几年涉及的50多个污水厂的污泥，污泥含水率加权平均值不同季节有所差异。2021年之后，污水厂出厂污泥含水率加权平均值稳定在50~55%之间，加权干基低位热值也有整体提升的趋势。[align=center][img=640 (1).jpg]https://imgs.h2o-china.com/news/2024/05/1715048794511555.jpg[/img][/align]加权干基低位热值见下图?[align=center][img=640 (2).jpg]https://imgs.h2o-china.com/news/2024/05/1715048834521383.jpg[/img][/align][b]03为什么选择焚烧[/b]关于污泥最终的处置出路，有专家总结的很好，“要么上天，要么入地”。制约污泥土地利用的一个重要因素是重金属及持久性有机物的污染问题。因此污泥在用于土地利用需确保其重金属及持久性有机物含量未超标，在施用过程中也需控制用量，避免重金属及持久性有机物的累积。东莞并未实现工业污水和生活污水的分源处理 ，因此这也制约了污泥的土地利用。以焚烧为核心的处置方法是最彻底的污泥处置方法。污泥焚烧可以破坏全部有机质，杀死病原体，并最大限度地减少污泥体积。焚烧后的灰可以做磷回收，有利于资源化回收利用。污泥在焚烧时会产生的蒸汽，富裕情况下可用于发电，进行资源化利用。同时通过加强烟气净化措施，可实现达标排放，焚烧后产生的炉渣可建材利用。总体来看，污泥焚烧对于污泥产量大且集中的大型城市，是一种可靠的处置路径。[b]04焚烧工艺[/b]之前文章也介绍过，流化床焚烧炉是最适合污泥焚烧的炉型（污泥焚烧，什么炉型最合适），鼓泡式流化床和循环流化床，作为流化床焚烧炉的代表，也各有差异。鼓泡流化床与循环流化床相比具有以下优点：鼓泡床的流化速度较低，使得烟气对传热面的磨损较小，且需要的能耗较少。鼓泡床无需设置分离器和返料装置及相应的其他设施，结构简单、投资少、维修方便。污泥焚烧后的灰粒较小。采用一般的燃煤循环流化床分离装置可能会出现收集返料少而循环受阻的现象，所以要设计采用更高效的分离装置和返料装置。[align=center][img=640.png]https://imgs.h2o-china.com/news/2024/05/1715048950194265.png[/img][/align][align=center][size=12px]（苏伊士Thermylis 鼓泡式流化床焚烧炉）[/size][/align]对于污泥而言，鼓泡流化床是一种较合适的污泥焚烧设备。据统计，国外污泥焚烧项目中绝大部分采用鼓泡流化床焚烧炉焚烧。国内已建有多座采用该类焚烧炉焚烧污泥的工程实例。本项目最终采用的鼓泡式流化床焚烧炉，选用苏伊士的Thermylis 2R焚烧技术。[img]https://imgs.h2o-china.com/news/2024/05/1715049009606595.png[/img][b]05污染物超净排放[/b]目前国内已运行污泥焚烧项目烟气排放标准最严的为上海市地方标准《生活垃圾焚烧大气污染物排放标准》（ DB31/768-2013)。本项目焚烧炉烟气排放执行标准拟参照上海市地方标准《生活垃圾焚烧大气污染物排放标准》DB31/768-2013)执行，最终按环评批复执行。[align=center][img=640 (3).jpg]https://imgs.h2o-china.com/news/2024/05/1715049047459013.jpg[/img][/align]本项目在目前国内污泥厂常用烟气处理工艺的基础上，针对项目脱酸、脱硝、脱汞的高排放标准要求进行加强，“SNCR（炉内）+静电除尘＋干式反应器+粉末活性炭喷射+布袋除尘器+湿法脱酸+固定式汞吸附（预留）+炉外 SCR”的处理工艺。使得该项目成为国内污泥焚烧领域，第一个可实现NOx和Hg超净排放的项目。1、NOx超净排放目前国内污泥焚烧项目脱硝工艺，主要以燃烧控制法为主，即可满足烟气排放要求。如果NOx排放标准未来进一步提高，仅采用普通的燃烧控制法及SNCR法可能无法确保烟气稳定达标，因此本项目在尾端增加SCR，确保NOx的排放浓度稳定达标并设置SCR旁路系统，近期可实现超越 。[align=center][img=640 (5).jpg]https://imgs.h2o-china.com/news/2024/05/1715049279152657.jpg[/img][/align]2、重金属超净排放焚烧后绝大多数重金属以氧化物型态富集于飞灰中，随颗粒物的去除而去除，如Mn、Ti等，可以在布袋中有效去除，无需特殊考虑。Hg的型态比较复杂，其沸点相较于其他重金属更低低，因此部分存在于固相，部分存在于[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相[/color][/url]，去除难度相对较大。固相中的Hg可随颗粒物的去除而去除，[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相[/color][/url]中的Hg分为离子态汞和单质汞，前者可溶于水，可在湿法洗涤器中去除，后者可利用活性炭或汞吸附器去除。全球范围内对Hg的控制，最严格的是美国污泥单独焚烧排放的烟气标准。[align=center][img=640 (6).jpg]https://imgs.h2o-china.com/news/2024/05/1715049305460573.jpg[/img][/align]本项目的重金属的控制，采用“布袋除尘器前粉末活性炭喷射+预留汞吸附器”的双保险方案，将烟气中的重金属主要通过活性炭吸附后通过布袋拦截后以飞灰形式排出，整体去除效率不低于85%，剩余部分重金属通过湿法洗涤使其转移至废水中，确保烟气达标排放。汞吸附器，看过小编之前文章的应该有印象，有个叫SPC的吸附装置（美国污泥焚烧项目汞都不达标是真的吗？），可对重金属汞起到进一步吸附的作用，汞的排放值可以满足业内最严的美国污泥单独焚烧排放标准的排放限值。美国污泥焚烧领域针对汞的极限去除，大多也是采用SPC吸附装置进行处理的。3、首个污泥焚烧的废水零排放废水处理工艺为“调节池+混凝沉淀+石英砂过滤+超滤+DTRO”，浓水蒸发结晶，清水消毒回用。混凝沉淀：往废水中投加PAC药剂，通过絮凝、沉淀将废水中的污染物去除；石英砂过滤：以石英砂作为过滤介质，在一定压力下，通过砂滤池去除废水中的污染物；UF超滤：以筛分为分离原理，以压力为推动力的膜分离过程。用于截留水中胶体大的颗粒，而水和低 分子量溶质则允许透过膜，可有效去除水中的微粒、胶体、细菌、热源及高分子有机物质。DTRO：是反渗透的一种形式，专门用来处理高浓度污水的膜组件。浓水处理工艺采用三效蒸发结晶[b]06能量回收及利用[/b]1、热量回收本项目污泥焚烧后，将产生850℃左右的高温烟气。高温烟气所携带的余热可以在后续设备中得到循环回收利用，回收利用过程分为两步。第一步首先通过高温空气预热器加热流化空气，烟气中热能通过被加热的流化风送回至焚烧炉中循环回收利用。第二步是让高温空器预热器利用后烟气进入余热锅炉内进行热量回收，用于回收烟气显热，生产过热蒸气用于发电、尿素热解、SCR升温等系统。2、余热发电本项目蒸汽最主要的利用方式是发电，根据本项目的来泥分析，结合余热锅炉生产蒸汽量范围考虑，发电设备考虑选用纯凝式汽轮机2套，装机功率6.0MW，发电过程中，还可在汽轮机内部抽出部分饱和蒸汽作为其它热源。余热回收年发电量近6000万kWh。3、光伏发电本项目采用分块发电、分块并网”的设计方案，光伏装机容量为2680kWp。按照25年期计算，考虑光伏系统发电量的衰减，年均发电量264万kWh。

近年来，污泥处理处置问题愈发受到关注，尤其是污水处理厂所产生的市政污泥。随着众多卫生填埋场的封场，以及国家对提高污泥无害化与资源化率的倡导，传统的污泥脱水后送至卫生填埋厂填埋的处置方式越来越受到限制。污泥厌氧发酵技术存在产品出路困难等问题。因而，与生活垃圾焚烧项目协同处置则成为近年来被推广的污泥处置方式之一。2009年，住房和城乡建设部、环境保护部（现生态环境部）和科学技术部三部委联合发布的《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策（试行）》中，鼓励污泥烧厂与垃圾焚烧厂合建，且污泥焚烧的烟气处理需满足《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB 18485）等有关规定。2020年7月，国家发改委和住建部发布的《城镇生活污水处理设施补短板强弱项实施方案》中强调，要加快推进污泥无害化处置和资源化利用，鼓励采用“生物质利用+焚烧”的处置模式。生活垃圾焚烧项目协同处置市政污泥的关键技术首先在于选择适宜的污泥干化率与污泥掺烧比例。由于污水厂内常对污泥采用离心机、板框压滤机或者带式压滤机等措施对污泥进行脱水，脱水后污泥的含水率大约在60%~80%之间，含水率较高，热值过低，不适宜直接进入焚烧炉焚烧。因此，往往在入炉前，需要对污泥进行干化处理，且常以生活垃圾焚烧厂产生的饱和蒸汽作为干化热源。污泥入炉时的含水率越低，入炉热值越高，其产生的蒸汽量越多，但其干化所消耗的饱和蒸汽量也越多，干化成本也越高。例如，以0.5MPa的饱和蒸汽作为污泥干化热源时，将每吨含水率80%的湿污泥干化至40%的含水率，需要0.85~1.0t/h的饱和蒸汽。因考虑到成本效益最优化的原则，以及对焚烧炉和汽轮发电系统运行的稳定性的影响，目前实际项目往往选择将污泥干化至含水率35%~50%的状态入炉。此时，污泥不处于粘滞区，利于机械上料，且其低位热值大约为1800kJ/kg~2400kJ/kg，与焚烧厂MCR工况设计热值相当或者略高于MCR工况下的设计热值。目前国内多数专家学者认为，当污泥在35%~50%含水率状态下入炉，污泥掺烧比例小于等于10%时，对生活垃圾焚烧厂的影响较小。此外，现在实际工程设计的污泥掺烧比例也大多在5%~10%的范围，入炉污泥含水率的范围也多为35%~50%。例如，顺德区顺控环投热电项目设计协同处置污泥700t/d（以含水率80%计），其入炉污泥含水率的设计值为40%，掺烧比例的设计值为7.8%；青岛市小涧西二期生活垃圾焚烧与污泥协同处置工程设计协同处置污泥500t/d（以含水率75%计），其入炉污泥含水率的设计值为40%，掺烧比例的设计值为9.2%。在发达国家，污泥与生活垃圾协同焚烧处置也是其处理市政污泥的重要方法之一，例如，日本70%以上的市政污泥所采用的处置方式是以10%左右的比例与生活垃圾掺烧。协同处置污泥的另一个技术难点在于污泥上料方式的选择。由于污泥在热值、含水率等理化性质上与生活垃圾有所不同，因此，为降低对焚烧炉系统、烟气系统以及余热发电系统运行稳定性的影响，应选择更有利于污泥与生活垃圾均匀入炉的上料方式，尽量降低入炉垃圾的热值波动性。目前，主要的污泥上料方式有两种：一是通过小车、管道等途径将污泥均匀抛洒在生活垃圾池中，与生活垃圾混合后进入焚烧炉；二是污泥单独上料，具体实现形式包括：通过斗提机、皮带输送机等机械输送方式直接将污泥输送至焚烧炉给料斗；或者在垃圾池内设置单独的干污泥储仓，再配置一个小型污泥抓斗，将污泥抓至焚烧炉给料斗等。两种上料方式各有利弊。第一种方式，污泥可以直接进入垃圾池，与生活垃圾混合的均匀性高，更利于入炉物料热值的稳定；但若采用小车输送，机械化程度低，上料过程中的臭味不易控制，工人工作环境恶劣；管道输送则只适用于含水率高的污泥，而直接掺烧含水率高的污泥经济性差。第二种污泥单独上料的方式，与生活垃圾的混合度低，入炉物料的均匀化程度低，容易对焚烧炉产生冲击；但这种方式的机械化程度高，较容易对上料过程中的臭味进行控制。具体上料方式可根据项目空间情况等实际限制因素进行选择。掺烧市政污泥在经济上存在优势，主体焚烧设备、烟气处理设备以及余热利用设备均与焚烧厂共建，节约设备投资与土地费用。运行方面，利于产生规模效益，降低运行成本。大多数市政污泥在污水厂内脱水时，需添加调理剂，以改善污泥的脱水性能，进一步降低脱水后污泥的含水率。调理剂常采用10%左右的熟石灰。因此，当调理后干化污泥被投入焚烧炉后，污泥中的熟石灰会与酸性污染物反应，从而降低了余热锅炉出口烟气中酸性污染物的浓度，有利于节约烟气处理的运行成本。生活垃圾焚烧厂协同处置此类废弃物，不仅可以解决生活垃圾焚烧行业面临的局部地区入厂生活垃圾不足、处理能力过剩的问题，还可有效解决区域内污泥的处理处置、减量化与资源化问题，有利于无废城市的建设；与此同时，还有效提高了生活垃圾焚烧厂的经济效益，有利于生活垃圾焚烧发电行业的长期、可持续发展。因此，生活垃圾发电厂协同处置污泥等其他有机固体废弃物，是生活垃圾焚烧发电行业的重要发展趋势之一。

[font=宋体][color=black][back=white]过去十年，在“零填埋”政策倒逼以及电价补贴激励双重推动下，我国垃圾焚烧行业迎来高速发展，处理处置能力得到大幅度提升。[/back][/color][/font][font=宋体][color=black][back=white]根据生态环境部工程评估中心数据统计，[/back][/color][/font][font=宋体][color=black][back=white]2022年全国共有930家垃圾焚烧发电企业，建设2046台焚烧炉，日处理能力达到104.53万t，已超“十四五”原定规划（80万t/d）目标近25万t/d，产能过剩问题也越来越突出。[/back][/color][/font][font=宋体][color=black][back=white]此外，全国正在逐步推进生活垃圾分类收运、分类处理，规划和建设了大量以厌氧处理为主工艺的厨余垃圾处理设施，且目前我国多地生活垃圾收运体系，尤其是农村垃圾的收运体系的建设尚未健全，更加剧了部分垃圾焚烧设施入炉垃圾量不足、项目“吃不饱”长期低负荷运行的问题。[/back][/color][/font][font=宋体][color=black][back=white]与此同时，国内尚有大量一般工业固体废弃物、市政污泥、餐厨垃圾及医疗废物等尚未得到妥善的处理处置。这些废弃物，由于与生活垃圾性质相似，许多均可采用焚烧的方式进行处置，尤其是污泥这类含有大量有机物的高热值固体废弃物。因此，近年来，生活垃圾焚烧厂协同处置污泥的案例“屡见不鲜”，甚至某些新建项目在可研阶段就充分考虑协同处置污泥等其他有机固体废弃物，既可以解决生活垃圾焚烧设施入炉垃圾不足、“吃不饱”的问题，也能破解污泥“没地去”的难题。[/back][/color][/font][font=宋体][color=black][back=white]近年来，生活垃圾焚烧发电厂协同处置污泥，也越来越受到政策的支持。《生活垃圾焚烧污染控制标准》（[/back][/color][/font][font=宋体][color=black][back=white]GB18485-2014）中提出“在不影响生活垃圾焚烧炉污染物排放达标和焚烧炉正常运行的前提下，生活污水处理设施产生的污泥和一般工业固体废物可以进入生活垃圾焚烧炉进行焚烧处理”，《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策（试行）》、《城镇生活污水处理设施补短板强弱项实施方案》、《污泥无害化处理和资源化利用实施方案》等政策文件均对垃圾焚烧发电厂掺烧污泥做出了明确规定，要求有效利用本地垃圾焚烧厂、水泥窑等协同焚烧处置污泥。[/back][/color][/font][font=宋体][color=black][back=white]生活垃圾焚烧厂协同处置市政污泥的技术研究[/back][/color][/font][font=宋体][color=black][back=white]近年来，污泥处理处置问题愈发受到关注，尤其是污水处理厂所产生的市政污泥。随着众多卫生填埋场的封场，以及国家对提高污泥无害化与资源化率的倡导，传统的污泥脱水后送至卫生填埋厂填埋的处置方式越来越受到限制。污泥厌氧发酵技术存在产品出路困难等问题。因而，与生活垃圾焚烧项目协同处置则成为近年来被推广的污泥处置方式之一。[/back][/color][/font][font=宋体][color=black][back=white]2009年，住房和城乡建设部、环境保护部（现生态环境部）和科学技术部三部委联合发布的《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策（试行）》中，鼓励污泥焚烧厂与垃圾焚烧厂合建，且污泥焚烧的烟气处理需满足《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485）等有关规定。2020年7月，国家发改委和住建部发布的《城镇生活污水处理设施补短板强弱项实施方案》中强调，要加快推进污泥无害化处置和资源化利用，鼓励采用“生物质利用+焚烧”的处置模式。[/back][/color][/font][font=宋体][color=black][back=white]生活垃圾焚烧项目协同处置市政污泥的关键技术首先在于选择适宜的污泥干化率与污泥掺烧比例。由于污水厂内常对污泥采用离心机、板框压滤机或者带式压滤机等措施对污泥进行脱水，脱水后污泥的含水率大约在[/back][/color][/font][font=宋体][color=black][back=white]60%~80%之间，含水率较高，热值过低，不适宜直接进入焚烧炉焚烧。因此，往往在入炉前，需要对污泥进行干化处理，且常以生活垃圾焚烧厂产生的饱和蒸汽作为干化热源。[/back][/color][/font][font=宋体][color=black][back=white]污泥入炉时的含水率越低，入炉热值越高，其产生的蒸汽量越多，但其干化所消耗的饱和蒸汽量也越多，干化成本也越高。例如，以[/back][/color][/font][font=宋体][color=black][back=white]0.5MPa的饱和蒸汽作为污泥干化热源时，将每吨含水率80%的湿污泥干化至40%的含水率，需要0.85~1.0t/h的饱和蒸汽。因考虑到成本效益最优化的原则，以及对焚烧炉和汽轮发电系统运行的稳定性的影响，目前实际项目中往往选择将污泥干化至含水率35%~50%的状态入炉。此时，污泥不处于粘滞区，利于机械上料，且其低位热值大约为1800kJ/kg~2400kJ/kg，与焚烧厂MCR工况设计热值相当或者略高于MCR工况下的设计热值。[/back][/color][/font][font=宋体][color=black][back=white]目前国内多数专家学者认为，当污泥在[/back][/color][/font][font=宋体][color=black][back=white]35%~50%含水率状态下入炉，污泥掺烧比例小于等于10%时，对生活垃圾焚烧厂的影响较小。此外，现在实际工程设计的污泥掺烧比例也大多在5%~10%的范围，入炉污泥含水率的范围也多为35%~50%。例如，顺德区顺控环投热电项目设计协同处置污泥700t/d（以含水率80%计），其入炉污泥含水率的设计值为40%，掺烧比例的设计值为7.8%；青岛市小涧西二期生活垃圾焚烧与污泥协同处置工程设计协同处置污泥500t/d（以含水率75%计），其入炉污泥含水率的设计值为40%，掺烧比例的设计值为9.2%。在发达国家，污泥与生活垃圾协同焚烧处置也是其处理市政污泥的重要方法之一，例如，日本70%以上的市政污泥所采用的处置方式是以10%左右的比例与生活垃圾掺烧。[/back][/color][/font][font=宋体][color=black][back=white]协同处置污泥的另一个技术难点在于污泥上料方式的选择。由于污泥在热值、含水率等理化性质上与生活垃圾有所不同，因此，为降低对焚烧炉系统、烟气系统以及余热发电系统运行稳定性的影响，应选择更有利于污泥与生活垃圾均匀入炉的上料方式，尽量降低入炉垃圾的热值波动性。[/back][/color][/font][font=宋体][color=black][back=white]目前，主要的污泥上料方式有两种：[/back][/color][/font][font=宋体][color=black][back=white]一是通过小车、管道等途径将污泥均匀抛洒在生活垃圾池中，与生活垃圾混合后进入焚烧炉；[/back][/color][/font][font=宋体][color=black][back=white]二是污泥单独上料，具体实现形式包括：通过斗提机、皮带输送机等机械输送方式直接将污泥输送至焚烧炉给料斗；或者在垃圾池内设置单独的干污泥储仓，再配置一个小型污泥抓斗，将污泥抓至焚烧炉给料斗等。[/back][/color][/font][font=宋体][color=black][back=white]两种上料方式各有利弊。第一种方式，污泥可以直接进入垃圾池，与生活垃圾混合的均匀性高，更利于入炉物料热值的稳定；但若采用小车输送，机械化程度低，上料过程中的臭味不易控制，工人工作环境恶劣；管道输送则只适用于含水率高的污泥，而直接掺烧含水率高的污泥经济性差。[/back][/color][/font][font=宋体][color=black][back=white]第二种污泥单独上料的方式，与生活垃圾的混合度低，入炉物料的均匀化程度低，容易对焚烧炉产生冲击；但这种方式的机械化程度高，较容易对上料过程中的臭味进行控制。具体上料方式可根据项目空间情况等实际限制因素进行选择。[/back][/color][/font][font=宋体][color=black][back=white]掺烧市政污泥在经济上存在优势，主体焚烧设备、烟气处理设备以及余热利用设备均与焚烧厂共建，节约设备投资与土地费用。运行方面，利于产生规模效益，降低运行成本。大多数市政污泥在污水厂内脱水时，需添加调理剂，以改善污泥的脱水性能，进一步降低脱水后污泥的含水率。调理剂常采用[/back][/color][/font][font=宋体][color=black][back=white]10%左右的熟石灰。因此，当调理后干化污泥被投入焚烧炉后，污泥中的熟石灰会与酸性污染物反应，从而降低了余热锅炉出口烟气中酸性污染物的浓度，有利于节约烟气处理的运行成本。[/back][/color][/font]