臥式薄層干化兩段法工藝在污泥摻燒發電領域的應用現狀和實例分析 干化焚燒而非厭氧消化乃污泥處置的終極方向 碳中和：低碳減排vs污水處理

 

摘要：本文對臥式薄層污泥干化兩段法工藝進行了詳細介紹，并以上海市竹園片區污泥處理處置擴建工程為例進行了分析。臥式薄層干化機單機處理能力大，安全性高，密封性好，廢氣量少，車間環境友好，基于臥式薄層干化兩段法工藝在安全性、靈活性、經濟性等方面的諸多優勢，該工藝越來越多的應用于污泥摻燒發電領域，可做為國內電廠污泥處理處置項目的優選工藝之一。

隨著城市的快速發展，污水量不斷增加，污水處理廠提標改造進度持續加快，導致污泥產量大大增加，截止到2016 年底我國污水處理量達到1.5億 m/d，污泥總量近 3000 萬噸，預計到2020 年以含水率80%計我國的污泥產量將突破 6000 萬噸。

在城市污水的收集及處理過程中產生的污泥，可能含有重金屬物質、病原體、病毒、微生物和大量的毒性有機物，如不加以妥善處理和處置，將給排放區周圍環境造成嚴重的二次污染，威脅人類健康。污泥處理處置的問題已成為當前形勢下的突出環境問題。

我國目前主要的污泥處理方式包括濃縮、調理、脫水、干化等，以濃縮、調理和脫水為主，干化率尚處于較低水平。污泥處置是指污泥經處理后的最終去向，我國目前主要的污泥處置方式有衛生填埋、土地利用、焚燒后建材利用等，其中衛生填埋是最常用的方式。一方面由于有關標準越來越嚴格，另一方面受制于有限的可利用土地資源，干化加焚燒的處理處置方式越來越普遍。

01 臥式薄層污泥干化兩段法工藝

污泥干化是利用燃燒化石燃料所產生的熱能或工業余熱、廢熱，通過專門的工藝和設備，使污泥中水份快速蒸發的一種工藝[7]。污泥干化對污泥中的水分進行去除，從而達到干燥污泥、縮小污泥體積、提高污泥熱值的目的，同步實現污泥的減量化和穩定化。

臥式薄層污泥干化兩段法工藝是目前我國大型污泥干化項目的主流工藝之一，它是利用飽和蒸汽或導熱油作為熱媒的間接加熱干化工藝。

1.1 核心設備

臥式薄層污泥干化兩段法工藝的核心設備是臥式薄層干化機，由德國Buss-SMS-Canzler公司生產。Buss-SMS-Canzler公司成立于1919年，相關產品涉及石油化工、醫藥、食品及環境能源等領域，總部位于德國布茨巴赫，并在瑞士巴塞爾擁有完善的產品研發中心和試驗基地，是難處理混合物料熱分離解決方案及薄層蒸發技術的世界領先者，也是專業開發和生產用于干燥高粘性物料處理設備的全球領導企業。

圖1為臥式薄層干化機結構簡圖，臥式薄層干化機主要由外殼、轉子和葉片、驅動裝置三部分組成。外殼為壓力容器，其殼體夾套內可注入飽和蒸汽或導熱油作為污泥干化工藝的熱媒，材質為歐標的耐高溫鍋爐鋼，內壁作為與污泥接觸的傳熱部分，提供主要的換熱面積和污泥薄層的載體，其材質有多種材料可選，其中Naxtra700高強度結構鋼覆層廣泛適用于市政行業，防腐蝕性和耐磨性優于其他材料；轉子為一根整體的空心軸，其特殊的加工工藝可以確保轉子在受熱和高速轉動的同時不產生撓度，始終使葉片外沿與內壁的距離保持5-10mm，在轉子的轉動及葉片的涂布下，進入干化機的污泥會均勻的在內壁上形成一個動態的薄層，污泥薄層不斷的被更新，在向出料口推進的過程中持續被干化。

1.2 工藝流程

離心脫水后含水率80%-85%的濕污泥通過車載運輸或管道輸送至濕污泥料倉，料倉內部設有滑架以防止污泥架橋，底部設有卸料螺旋和濕污泥輸送泵。

濕污泥輸送泵將污泥輸送至薄層干化機入口，進入薄層干化機的污泥被轉子上的葉片涂布于熱壁表面，葉片在對熱壁表面的污泥反復翻混的同時，還將其向前推送到出泥口。在此過程中，污泥中水分被加熱蒸發為水蒸汽，水蒸汽在干化機內部與污泥逆向運動，由污泥進料口上方的乏汽箱進入尾氣冷凝系統。

薄層干化機內產生的蒸發尾氣通過乏汽箱進入冷凝系統后，首先進入冷凝器，在冷凝器中，廢蒸汽通過水洗，水分從蒸發尾氣中被冷凝下來。少量不凝氣體（空氣和污泥中揮發物）經過除霧器進行液滴分離后，由廢氣風機排出干化系統，進入除臭系統或進入焚燒系統處理。自干化系統排出的廢氣量極少，僅為系統蒸發水量的5%-10%，廢氣風機使整個干化系統處于負壓狀態，避免臭氣及粉塵的外溢。

自薄層干化機產出的含水率30%-40%的干污泥進入到后續線性干化機中進一步干化，含水率最低可干化至5%。當對干污泥進行暫存時，設置污泥冷卻器，線性干化機干化后的污泥先經過冷卻，將污泥溫度降低到50℃以下以提高安全性，防止污泥燜燃或自燃，隨后依次通過卸料閥和刮板輸送機送至干污泥料倉儲存。當后續接焚燒系統時，干化系統可通過輸送設備直接與焚燒系統串聯。

臥式薄層干化兩段法工藝可通過污泥中的蒸發水實現系統內自惰性化的要求，在開機及緊急情況下采用低壓蒸汽、新鮮水或氮氣作為干化系統的惰性化介質。在乏汽箱出口設有氧含量分析儀，通過對干化系統內氧含量的控制，實現污泥干化系統安全穩定運行。

1.3 工藝優勢

1）安全：系統密閉性好，始終維持-0.5到-1kPa的微負壓，無臭氣和粉塵外溢；系統可自惰性化并設置多種惰性化手段，市政項目中氧含量控制在5%以下；干化機出口干污泥溫度可以達到100℃，完全起到殺菌作用，符合美國環保署污泥處置規范EPA503標準；應用歷史上無任何安全事故。

2）穩定：在污泥與煤協同焚燒的項目中，當進入電廠鍋爐的污泥含水率較大時，易對鍋爐設備產生負面影響，可能導致嚴重的設備損壞，一是對爐膛內墻沖刷加劇，磨損嚴重，二是易導致輸送系統堵塞，造成停爐停機事件。薄層污泥干化兩段法工藝出泥含水率低，并可通過調節干化機內蒸汽壓力實現出泥含水率20%-33%之間快速調節，與其它工藝相比優勢明顯，對維持電廠設備和電網運行穩定起到積極作用。

3）簡單：污泥產品的均勻性和顆粒化可增強電廠鍋爐運行的穩定性，其它工藝均需增加破碎或造粒設備，而薄層干化機可自造粒（圖2），產品為均勻顆粒化污泥（圖3），無需額外增加造粒設備；附屬設備數量少，占地空間小，操作控制簡單；無載氣循環，無污泥返混；按照《壓力容器檢修規程》各類干化機需進行周期性內壁檢測，薄層干化機檢修無需其它吊裝設備，檢修方便且高效。

4）靈活：適用領域廣泛，適合多種類型污泥，可接受進泥含水率65%-90%的濕污泥；兩段法工藝可生產任意含固率均一的產品；啟停和排空時間短，再次啟動無需清掏作業。

5）經濟：蒸發效率高，在污泥協同焚燒的項目中，可直接以電廠蒸汽作為熱媒，薄層干化機每平米每小時蒸發水量可達45kg以上，與以蒸汽產熱水作為熱媒的工藝相比，蒸發效率高出5倍以上；市政項目上可與其他系統結合（如消化系統），能實現80%以上的高效率熱能回收；維護成本低，每年僅需1次5-10天的年檢；臭氣量極小，處理費用低；全自動化控制，低監控需求。

02 臥式薄層污泥干化工藝在市政領域的應用現狀

截止到2020年12月，臥式薄層干化工藝在國內共有34個業績，共78臺臥式薄層干化機，其中市政項目共有20個共62臺干化機，表1展示了近幾年臥式薄層干化工藝（一段法和二段法）在市政項目中的典型業績。

03 臥式薄層污泥干化兩段法工藝在污泥摻燒發電領域的實例分析

上海竹園片區污泥處理處置擴建工程服務對象為竹園第一、第二污水處理廠提標改造至一級A出水標準及新建升級補量工程建成后220萬m/d 污水處理產生的脫水污泥。工程建設規模223tDS/d，折合含水率80%的污泥量1115t/d，設施配置考慮一期工程焚燒線檢修工況，工程高峰處理規模為288.5tDS/d，折合含水率80%的污泥量1442.5t/d。

污泥處理工藝路線采用薄層干化兩段法+電廠摻燒工藝，含水率80%的脫水污泥由自卸式卡車運輸至污泥處理廠，經污泥接收、儲存系統后，由濕污泥泵送至薄層污泥干化系統，然后經干化系統處理后，平均含水率降低至30%（可調節范圍20%～30%），產生的干污泥由密閉式卡車運輸至上海外高橋第二電廠或第三電廠與煤協同焚燒，表2為該工程污泥干化系統主要參數表。

圖4為竹園片區污泥處理處置擴建工程污泥干化系統圖，污泥車經過地磅稱量后，將濕污泥傾倒至地下接收料倉，然后通過柱塞泵系統輸送至濕污泥儲存倉，隨后濕污泥通過卸料螺旋和螺桿泵被輸送至薄層干化機，螺桿泵為變頻設備，可靈活控制進入薄層干化機的污泥量。

濕污泥進入薄層干化機進行第一段干化，干化后的污泥通過溜槽落入線性干化機中，干污泥在線性干化機中進一步干化，出泥含水率可在20%-33%范圍內通過調節干化機內蒸汽壓力快速完成。經二段干化后的污泥進入冷卻螺旋中進行冷卻，隨后通過卸料閥和刮板輸送至干污泥料倉進行暫存。

自干化機產生的蒸發尾氣與污泥逆向運動，自干化機上方的乏汽箱進入后續尾氣冷凝系統，蒸發尾氣在冷凝器內被噴淋冷凝下來，不凝氣體進入到后續除霧器中，在除霧器中進行液滴分離后，最終尾氣通過風機排出干化系統，進入臭氣處理系統進行處理。

臥式薄層干化系統所用到的公用工程條件主要有飽和蒸汽、中水、儀表風、循環冷卻水、新鮮水。干化系統所用蒸汽來自電廠，經分氣缸分配至10條生產線。干化系統配套有空壓系統為系統供應儀表空氣，凝液回收系統用于回收干化機蒸汽凝液，循環冷卻水系統為系統提供循環冷卻水。

干化系統產生的廢水主要是使用中水噴淋洗滌蒸發尾氣后的噴淋水，這部分污水將返回污水處理場進行處理。廢氣進入臭氣處理系統集中處理。干化后的污泥送至外高橋電廠與煤協同焚燒。

竹園片區污泥處理處置擴建工程污泥干化系統于2020年8月順利通過性能考核，項目年運行時間可達8000h，年污泥處理量可達40萬噸以上，工程的建成投運將根本解決竹園片區污泥的出路問題，助力上海市經濟實現可持續發展，可為國內與電廠協同焚燒的污泥處理處置項目提供參考。

04 總結

1）臥式薄層干化系統密閉性好，能實現嚴格的氧含量控制，安全性極高，在30多年應用歷史上從未發生過任何安全事故，是當今污泥干化領域最安全的干化工藝之一。

2）在污泥摻燒發電項目中，干污泥形態及含水率的控制非常關鍵，將影響到干化系統后續的焚燒系統的運行，臥式薄層干化兩段法工藝一方面可以生成粒徑均勻且無粉塵的顆粒化產品，另一方面能通過改變蒸汽壓力和二段線性干化機的轉速快速實現含水率的調節，臥式薄層干化兩段法工藝對干污泥形態及含水率的良好控制能保證整個系統運行穩定。

3） 臥式薄層干化兩段法污泥干化協同處置是市政污泥處理處置的發展潮流，在安全性、穩定性、可靠性、先進性等方面均具有明顯優勢，將臥式薄層干化兩段法工藝應用在協同處置污泥方面是當今市政污泥處理處置科學合理的選擇。