上海石洞口污泥處理完善工程包括現(xiàn)有干化焚燒設(shè)施的改造和擴容新建2條干化焚燒線，建設(shè)規(guī)模72 tDS/d。本文介紹了新線的總體工藝設(shè)計和各系統(tǒng)的詳細設(shè)計方案，并對污泥干化焚燒工程設(shè)計中的一些要點和注意問題進行了總結(jié)。

1 工程概況

上海市石洞口污泥處理完善工程服務(wù)對象為上海市石洞口污水片區(qū)內(nèi)石洞口、吳淞、桃浦3座污水處理廠產(chǎn)生的污泥。隨著污水處理的不斷升級，污泥處理量缺口越來越大，煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)的提高也對設(shè)施提出了改造的需求。上海市在對石洞口污水處理廠現(xiàn)有污泥干化焚燒工程進行后評估的基礎(chǔ)上，提出了石洞口污泥處理完善工程的建設(shè)。

石洞口污泥處理完善工程的建設(shè)內(nèi)容包括對現(xiàn)有污泥處理設(shè)施的改造及擴容新建污泥處理設(shè)施兩部分。整個污泥處理工程占地面積約4.12 hm²，其中新建擴容區(qū)約為1.95 hm²。本文主要對新建工程的工藝設(shè)計進行介紹，包括污泥濃縮脫水、接收儲運、干化、焚燒、余熱利用、煙氣處理和工藝輔助等系統(tǒng)單元。

2 主要設(shè)計參數(shù)

2.1設(shè)計規(guī)模

結(jié)合石洞口、吳淞、桃浦3座污水處理廠實際生產(chǎn)情況，確定其產(chǎn)泥量分別為60 tDS/d、5.5 tDS/d和6.5 tDS/d，合計72 tDS/d。同時對現(xiàn)狀石洞口污泥干化焚燒線進行了后評估，結(jié)論為現(xiàn)有系統(tǒng)改造后處理能力22 tDS/d，因此擴容新建系統(tǒng)設(shè)計規(guī)模50 tDS/d。

2.2污泥性質(zhì)

根據(jù)石洞口片區(qū)3座污水處理廠運行數(shù)據(jù)及石洞口廠濃縮脫水系統(tǒng)改造的設(shè)計，脫水污泥的平均含水率能達到80%以下，設(shè)計留有余量按80%考慮，則新線濕污泥處理量250 t/d。

對石洞口污水處理廠污泥性質(zhì)進行了分析：工業(yè)分析結(jié)果為揮發(fā)分46.80%，固定碳6.91%，灰分46.29%，干基高位熱值12.25 MJ/kg;元素分析結(jié)果為硫1.05%，碳28.35%，氫3.53%，氮4.15%，氧16.63%。

2.3主要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

污泥干化焚燒工程最主要的標(biāo)準(zhǔn)為煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)和臭氣排放標(biāo)準(zhǔn)。

本工程焚燒產(chǎn)生的煙氣排放根據(jù)環(huán)評批復(fù)執(zhí)行《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18485-2001)，鎳和氟化氫執(zhí)行《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16297-1996)二級標(biāo)準(zhǔn)，氨、硫化氫執(zhí)行《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 14554-93)排放標(biāo)準(zhǔn)限值。

臭氣濃度執(zhí)行《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 14554-93)排放標(biāo)準(zhǔn)限值。廠界廢氣達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)和《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16297-1996)中相關(guān)的排放濃度限值。

3 設(shè)計中的幾個要點

3.1熱源的確定

石洞口現(xiàn)狀干化焚燒線采用煤作為外加熱源已不符合現(xiàn)行的清潔能源政策，需進行改造，因此新線設(shè)計時對柴油、天然氣、人工煤氣和蒸汽4種清潔能源進行了比選，結(jié)論是采用電廠廢熱蒸汽在供應(yīng)可靠性、投資和運行的經(jīng)濟性、對環(huán)境的影響和遠期電廠協(xié)同焚燒可行性等方面都具有優(yōu)勢，因此本工程采用鄰近石洞口電廠的廢熱蒸汽作為外加熱源。

3.2污泥干化程度的確定

污泥干化程度影響到干化機、焚燒爐和后續(xù)煙氣處理設(shè)施的設(shè)計能力、選型等重要參數(shù)，決定了干化段和焚燒段之間界面的劃分，是干化焚燒設(shè)計的重要參數(shù)。由此對含水率≤10%、30%～40%、≥60%三種不同的干化程度進行比較和分析。

當(dāng)干化污泥含水率取30%～40%時，干化機可選擇類型較多，干化效率較高，能量消耗較低;干化和焚燒系統(tǒng)的處理能力較為均衡，應(yīng)對各種工況能力較強;污泥已經(jīng)過了粘滯區(qū)，呈塊狀固體，輸送和儲存比較容易實現(xiàn)，設(shè)備選擇面廣，不易產(chǎn)生粉塵，安全性較好。

3.3污泥入爐方案的確定

污泥入爐方式可分為直接入爐和后混入爐兩種方式。后混方案除了通過改變干化機運行工況調(diào)節(jié)干化出泥含水率外，還可以通過調(diào)節(jié)干濕污泥混合比例調(diào)節(jié)入爐污泥平均含水率，能更好地應(yīng)對污泥含水率和熱值短時或者季節(jié)性波動對系統(tǒng)的影響，保證焚燒系統(tǒng)穩(wěn)定、經(jīng)濟地運行，因此設(shè)計采用后混入爐方案。

3.4后濃縮方案的確定

石洞口現(xiàn)狀機械濃縮+脫水工藝存在加藥量大、穩(wěn)定性差等問題。統(tǒng)計廠內(nèi)現(xiàn)狀脫水污泥含水率，帶機一般維持在83%以上，離心機在81%～82%，大大降低了干化焚燒設(shè)施的能力和效率。

對機械濃縮后的污泥進行了沉降試驗，結(jié)果表明在靜置沉降12 h后，含水率由97.3%降至96%，體積則減小為原來的67.5%。因此在現(xiàn)有污泥機械濃縮和脫水設(shè)施之間，增設(shè)污泥重力濃縮池，通過低能耗的重力沉淀方式降低污泥含水率，同時起到減少藥劑投加和調(diào)蓄穩(wěn)定作用。

3.5煙氣處理工藝的確定

國內(nèi)尚無污泥干化焚燒專用的煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計時可參照的是《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18485-2001)。石洞口現(xiàn)狀采用的“半干法噴淋+布袋除塵”工藝已能滿足上述標(biāo)準(zhǔn)。但考慮到污泥和垃圾成分的區(qū)別、焚燒爐型的區(qū)別、以及環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)提高的預(yù)期，煙氣處理系統(tǒng)參照了較為嚴(yán)格的歐盟標(biāo)準(zhǔn)，采用了“旋風(fēng)除塵+半干法噴淋+布袋除塵+脫酸洗滌+再熱”較為完整和高效的煙氣處理工藝。

3.6主要設(shè)備選型

干化機是整個工程的核心設(shè)備，可選的機型包括流化床、圓盤式、薄層、帶式、轉(zhuǎn)鼓式、槳葉式等，其中流化床和槳葉式在國內(nèi)已有較多成熟應(yīng)用。因此老線流化床干化考慮改造后保留，而新線推薦采用熱效率較高、安全性較好、占地面積較小、國內(nèi)已有成熟應(yīng)用的槳葉式干化機。

目前國內(nèi)外用于污泥焚燒的爐型有立式多膛爐、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐、循環(huán)流化床焚燒爐和鼓泡流化床焚燒爐。鼓泡流化床因其熱容量大、能適應(yīng)污泥含水率和污泥量變化、燃燒穩(wěn)定且充分、內(nèi)部無運動部件、運行維護簡單等優(yōu)點，是目前主流的污泥焚燒爐型。因此本工程采用鼓泡流化床形式的焚燒爐。

3.7現(xiàn)狀主要問題及啟示

由于實際脫水污泥含水率在80%左右，遠未達到原設(shè)計的70%，造成現(xiàn)狀干化設(shè)施實際處理能力偏小，從而限制了整個工程的處理能力。因此在新線設(shè)計時，在對現(xiàn)狀脫水污泥含水率進行統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上選用了80%，并且在干化機配置上留有余量。

 

石洞口實際運行中發(fā)現(xiàn)，污泥的含砂量較高，流化床干化機內(nèi)換熱面的磨損相當(dāng)嚴(yán)重，是設(shè)備故障和影響產(chǎn)量的主要因素。因此，新線設(shè)計中考慮對干化機換熱面進行碳化鎢耐磨噴涂。

老線采用半干法+布袋除塵器的煙氣處理工藝已不能滿足新的焚燒煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)，因此新線設(shè)計時選用了完善的煙氣處理工藝，能夠滿足現(xiàn)行最嚴(yán)格的上海市地方標(biāo)準(zhǔn)。

4 工藝設(shè)計

4.1總體設(shè)計

本工程工藝系統(tǒng)主要由污泥濃縮脫水系統(tǒng)、污泥儲運系統(tǒng)、污泥干化系統(tǒng)，污泥焚燒系統(tǒng)、余熱利用系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)等組成。工藝流程見圖1。

石洞口污水處理廠污泥經(jīng)機械及重力濃縮后離心脫水，脫水污泥送濕污泥料倉貯存;吳淞、桃浦兩廠的脫水污泥車運至石洞口廠，卸至地下式接收倉后泵送至濕污泥料倉。料倉內(nèi)的脫水污泥送至干化機干化處理后，送入流化床污泥焚燒爐進行焚燒。焚燒產(chǎn)生的熱量通過余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽回用于污泥干化。焚燒產(chǎn)生的煙氣經(jīng)“噴尿素(SNCR)+旋風(fēng)除塵+半干法噴淋脫硫+袋式除塵(前噴活性炭和消石灰)+濕式洗滌+煙氣再熱”處理后通過煙囪達標(biāo)排放。余熱鍋爐、旋風(fēng)除塵器和半干脫酸塔產(chǎn)生的灰渣按一般廢棄物處置，布袋除塵器截留粉塵及廢棄布袋按危險廢物處置。外加熱源是石洞口發(fā)電廠提供的廢熱蒸汽，熱媒采用蒸汽。

4.2濃縮脫水系統(tǒng)

污泥濃縮脫水系統(tǒng)主要對本廠產(chǎn)生的剩余污泥進行濃縮和脫水，包括污泥機械預(yù)濃縮單元、重力后濃縮單元和脫水單元，設(shè)計規(guī)模60 tDS/d。

機械預(yù)濃縮單元利用污泥濃縮脫水機房現(xiàn)有6臺螺壓式污泥濃縮機，5用1備，單臺處理能力100 m³/h。

重力后濃縮單元新建污泥濃縮池和污泥泵房，進一步強化濃縮，降低前段預(yù)濃縮的處理負荷及加藥量，同時起到調(diào)蓄作用，利于整個污泥濃縮脫水系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定。

污泥脫水單元主要對濃縮后的污泥進行脫水，進一步減小污泥體積，并將脫水后的污泥送至污泥料倉暫存。

4.3污泥接收儲運系統(tǒng)

污泥接收儲運系統(tǒng)分為接收和儲運兩個單元。接收單元主要用于接收吳淞、桃浦兩廠運至石洞口廠的脫水污泥，以及新老線調(diào)配時本廠老線轉(zhuǎn)來的脫水污泥。儲運單元主要用于儲存新增離心脫水機產(chǎn)生的脫水污泥及污泥接收系統(tǒng)轉(zhuǎn)輸來的污泥，并泵送至后續(xù)干化焚燒處理設(shè)施。

4.4污泥干化系統(tǒng)

污泥干化系統(tǒng)用于將脫水污泥進一步干化，以降低污泥進入焚燒爐的含水率，使污泥在焚燒爐內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)自持燃燒，包括干化單元、載氣洗滌單元和半干污泥輸送單元。

4.5污泥焚燒系統(tǒng)

污泥焚燒系統(tǒng)主要包括焚燒爐本體、燃燒空氣單元、輔助燃燒單元、砂循環(huán)單元、脫氮單元等。半干污泥緩存?zhèn)}中的污泥與螺桿泵輸送來的濕污泥，在污泥給料機內(nèi)混合后送入流化床焚燒爐，污泥被流化的砂層托起并被迅速加熱、干化、分解和燃燒，焚燒后的灰大部分隨煙氣攜帶走，小部分大顆粒從爐底排渣口排出。煙氣在850 ℃以上停留超過2 s。

4.6余熱回收系統(tǒng)

余熱回收系統(tǒng)主要用于回收高溫?zé)煔獾挠酂�，包括余熱鍋爐、給水單元、空氣預(yù)熱器等。高溫?zé)煔庠谟酂徨仩t內(nèi)由850～900 ℃降至250 ℃左右，同時產(chǎn)生蒸汽回用于污泥的干化。

4.7煙氣處理系統(tǒng)

煙氣處理系統(tǒng)主要包括旋風(fēng)除塵器、半干脫酸塔、布袋除塵器、濕式洗滌塔、煙氣再熱器、引風(fēng)機和煙囪等單元，將煙氣處理達標(biāo)后高空排放。

5 結(jié)論

本工程采用了干化焚燒工藝處理污泥，能夠?qū)崿F(xiàn)徹底的穩(wěn)定化、減量化和無害化，是一種適合大型城市污水處理廠污泥處理的方式。補充熱源是污泥干化焚燒工程運行成本的最大組成部分，需要因地制宜地選擇經(jīng)濟和穩(wěn)定的熱源，供給可靠的熱電廠或者垃圾焚燒廠產(chǎn)生的廢熱蒸汽是理想的選擇。污泥干化程度是干化焚燒工藝的重要參數(shù)，通過能效、經(jīng)濟、安全性和設(shè)備選擇等多方面比較，30%～40%的含水率是比較合適的設(shè)計參數(shù)。后混的入爐方案能更好地應(yīng)對污泥含水率和熱值波動，保證焚燒系統(tǒng)穩(wěn)定、經(jīng)濟地運行。老線運行現(xiàn)狀表明脫水污泥含水率對污泥干化焚燒工程的設(shè)計至關(guān)重要，應(yīng)當(dāng)盡可能采用低能耗的方式，降低進入干化焚燒系統(tǒng)前污泥的含水率，以提高干化焚燒系統(tǒng)的效率，同時干化機的配置要留有余量。本工程通過完整高效的煙氣處理系統(tǒng)設(shè)計，分類收集一般飛灰和危險飛灰，滿足不斷提高的環(huán)保要求的同時降低運行成本。

本文對原文有刪減，本文由小編整理后發(fā)布，原文標(biāo)題：《石洞口污泥處理完善工程設(shè)計要點分析》，作者：朱晟遠、王麗花、林莉峰，刊登在《給水排水》2017年06期。