生活垃圾焚燒廠協(xié)同處置污泥的技術(shù)研究
時(shí)間：2023-10-07 15:57:51 來(lái)源：CE碳科技
近年來(lái)，我國(guó)生活垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)飛速發(fā)展，處理能力大幅度增加，但由于布局不均勻、垃圾收運(yùn)體系建設(shè)不完善等原因，部分地區(qū)出現(xiàn)了處理能力過(guò)剩的問(wèn)題。與此同時(shí)，我國(guó)有大量污泥等其他有機(jī)固體廢棄物尚未得到有效處置，因而，生活垃圾協(xié)同處置其他有機(jī)固體廢棄物的技術(shù)越來(lái)越受到各界的關(guān)注，其既可以使得固廢處置設(shè)施得以充分利用，還可以避免各種廢棄物單獨(dú)處置所帶來(lái)的土地資源浪費(fèi)、設(shè)備投資大、運(yùn)行成本高等問(wèn)題。
本文選取了市政污泥這類常見(jiàn)的有機(jī)固體廢棄物，闡述了生活垃圾與其協(xié)同焚燒處置方面的政策支持與技術(shù)難點(diǎn)，并提供了相應(yīng)的工程實(shí)例，供廣大固體廢棄物處理處置行業(yè)的從業(yè)人員參考。
過(guò)去十年，在“零填埋”政策倒逼以及電價(jià)補(bǔ)貼激勵(lì)雙重推動(dòng)下，我國(guó)垃圾焚燒行業(yè)迎來(lái)高速發(fā)展，處理處置能力得到大幅度提升。
根據(jù)生態(tài)環(huán)境部工程評(píng)估中心數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年全國(guó)共有930家垃圾焚燒發(fā)電企業(yè)，建設(shè)2046臺(tái)焚燒爐，日處理能力達(dá)到104.53萬(wàn)t，已超“十四五”原定規(guī)劃（80萬(wàn)t/d）目標(biāo)近25萬(wàn)t/d，產(chǎn)能過(guò)剩問(wèn)題也越來(lái)越突出。
此外，全國(guó)正在逐步推進(jìn)生活垃圾分類收運(yùn)、分類處理，規(guī)劃和建設(shè)了大量以厭氧處理為主工藝的廚余垃圾處理設(shè)施，且目前我國(guó)多地生活垃圾收運(yùn)體系，尤其是農(nóng)村垃圾的收運(yùn)體系的建設(shè)尚未健全，更加劇了部分垃圾焚燒設(shè)施入爐垃圾量不足、項(xiàng)目“吃不飽”長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行的問(wèn)題。
與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)尚有大量一般工業(yè)固體廢棄物、市政污泥、餐廚垃圾及醫(yī)療廢物等尚未得到妥善的處理處置。這些廢棄物，由于與生活垃圾性質(zhì)相似，許多均可采用焚燒的方式進(jìn)行處置，尤其是污泥這類含有大量有機(jī)物的高熱值固體廢棄物。因此，近年來(lái)，生活垃圾焚燒廠協(xié)同處置污泥的案例“屢見(jiàn)不鮮”，甚至某些新建項(xiàng)目在可研階段就充分考慮協(xié)同處置污泥等其他有機(jī)固體廢棄物，既可以解決生活垃圾焚燒設(shè)施入爐垃圾不足、“吃不飽”的問(wèn)題，也能破解污泥“沒(méi)地去”的難題。
近年來(lái)，生活垃圾焚燒發(fā)電廠協(xié)同處置污泥，也越來(lái)越受到政策的支持�！渡罾贌廴究刂茦�(biāo)準(zhǔn)》（GB 18485-2014）中提出“在不影響生活垃圾焚燒爐污染物排放達(dá)標(biāo)和焚燒爐正常運(yùn)行的前提下，生活污水處理設(shè)施產(chǎn)生的污泥和一般工業(yè)固體廢物可以進(jìn)入生活垃圾焚燒爐進(jìn)行焚燒處理”，《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策（試行）》、《城鎮(zhèn)生活污水處理設(shè)施補(bǔ)短板強(qiáng)弱項(xiàng)實(shí)施方案》、《污泥無(wú)害化處理和資源化利用實(shí)施方案》等政策文件均對(duì)垃圾焚燒發(fā)電廠摻燒污泥做出了明確規(guī)定，要求有效利用本地垃圾焚燒廠、水泥窯等協(xié)同焚燒處置污泥。
01生活垃圾焚燒廠協(xié)同處置市政污泥的技術(shù)研究
近年來(lái)，污泥處理處置問(wèn)題愈發(fā)受到關(guān)注，尤其是污水處理廠所產(chǎn)生的市政污泥。隨著眾多衛(wèi)生填埋場(chǎng)的封場(chǎng)，以及國(guó)家對(duì)提高污泥無(wú)害化與資源化率的倡導(dǎo)，傳統(tǒng)的污泥脫水后送至衛(wèi)生填埋廠填埋的處置方式越來(lái)越受到限制。污泥厭氧發(fā)酵技術(shù)存在產(chǎn)品出路困難等問(wèn)題。因而，與生活垃圾焚燒項(xiàng)目協(xié)同處置則成為近年來(lái)被推廣的污泥處置方式之一。
2009年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、環(huán)境保護(hù)部（現(xiàn)生態(tài)環(huán)境部）和科學(xué)技術(shù)部三部委聯(lián)合發(fā)布的《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策（試行）》中，鼓勵(lì)污泥焚燒廠與垃圾焚燒廠合建，且污泥焚燒的煙氣處理需滿足《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18485）等有關(guān)規(guī)定。2020年7月，國(guó)家發(fā)改委和住建部發(fā)布的《城鎮(zhèn)生活污水處理設(shè)施補(bǔ)短板強(qiáng)弱項(xiàng)實(shí)施方案》中強(qiáng)調(diào)，要加快推進(jìn)污泥無(wú)害化處置和資源化利用，鼓勵(lì)采用“生物質(zhì)利用+焚燒”的處置模式。
生活垃圾焚燒項(xiàng)目協(xié)同處置市政污泥的關(guān)鍵技術(shù)首先在于選擇適宜的污泥干化率與污泥摻燒比例。由于污水廠內(nèi)常對(duì)污泥采用離心機(jī)、板框壓濾機(jī)或者帶式壓濾機(jī)等措施對(duì)污泥進(jìn)行脫水，脫水后污泥的含水率大約在60%~80%之間，含水率較高，熱值過(guò)低，不適宜直接進(jìn)入焚燒爐焚燒。因此，往往在入爐前，需要對(duì)污泥進(jìn)行干化處理，且常以生活垃圾焚燒廠產(chǎn)生的飽和蒸汽作為干化熱源。
污泥入爐時(shí)的含水率越低，入爐熱值越高，其產(chǎn)生的蒸汽量越多，但其干化所消耗的飽和蒸汽量也越多，干化成本也越高。例如，以0.5MPa的飽和蒸汽作為污泥干化熱源時(shí)，將每噸含水率80%的濕污泥干化至40%的含水率，需要0.85~1.0t/h的飽和蒸汽。因考慮到成本效益最優(yōu)化的原則，以及對(duì)焚燒爐和汽輪發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性的影響，目前實(shí)際項(xiàng)目中往往選擇將污泥干化至含水率35%~50%的狀態(tài)入爐。此時(shí)，污泥不處于粘滯區(qū)，利于機(jī)械上料，且其低位熱值大約為1800kJ/kg~2400kJ/kg，與焚燒廠MCR工況設(shè)計(jì)熱值相當(dāng)或者略高于MCR工況下的設(shè)計(jì)熱值。
目前國(guó)內(nèi)多數(shù)專家學(xué)者認(rèn)為，當(dāng)污泥在35%~50%含水率狀態(tài)下入爐，污泥摻燒比例小于等于10%時(shí)，對(duì)生活垃圾焚燒廠的影響較小。表1詳細(xì)介紹了相關(guān)專家學(xué)者的研究成果。
表1 污泥摻燒比例的影響研究
此外，現(xiàn)在實(shí)際工程設(shè)計(jì)的污泥摻燒比例也大多在5%~10%的范圍，入爐污泥含水率的范圍也多為35%~50%。例如，順德區(qū)順控環(huán)投熱電項(xiàng)目設(shè)計(jì)協(xié)同處置污泥700t/d（以含水率80%計(jì)），其入爐污泥含水率的設(shè)計(jì)值為40%，摻燒比例的設(shè)計(jì)值為7.8%；青島市小澗西二期生活垃圾焚燒與污泥協(xié)同處置工程設(shè)計(jì)協(xié)同處置污泥500t/d（以含水率75%計(jì)），其入爐污泥含水率的設(shè)計(jì)值為40%，摻燒比例的設(shè)計(jì)值為9.2%。在發(fā)達(dá)國(guó)家，污泥與生活垃圾協(xié)同焚燒處置也是其處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處置方式是以10%左右的比例與生活垃圾摻燒。
協(xié)同處置污泥的另一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)在于污泥上料方式的選擇。由于污泥在熱值、含水率等理化性質(zhì)上與生活垃圾有所不同，因此，為降低對(duì)焚燒爐系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)以及余熱發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的影響，應(yīng)選擇更有利于污泥與生活垃圾均勻入爐的上料方式，盡量降低入爐垃圾的熱值波動(dòng)性。
目前，主要的污泥上料方式有兩種：
一是通過(guò)小車(chē)、管道等途徑將污泥均勻拋灑在生活垃圾池中，與生活垃圾混合后進(jìn)入焚燒爐；
二是污泥單獨(dú)上料，具體實(shí)現(xiàn)形式包括：通過(guò)斗提機(jī)、皮帶輸送機(jī)等機(jī)械輸送方式直接將污泥輸送至焚燒爐給料斗；或者在垃圾池內(nèi)設(shè)置單獨(dú)的干污泥儲(chǔ)倉(cāng)，再配置一個(gè)小型污泥抓斗，將污泥抓至焚燒爐給料斗等。
兩種上料方式各有利弊。第一種方式，污泥可以直接進(jìn)入垃圾池，與生活垃圾混合的均勻性高，更利于入爐物料熱值的穩(wěn)定；但若采用小車(chē)輸送，機(jī)械化程度低，上料過(guò)程中的臭味不易控制，工人工作環(huán)境惡劣；管道輸送則只適用于含水率高的污泥，而直接摻燒含水率高的污泥經(jīng)濟(jì)性差。
第二種污泥單獨(dú)上料的方式，與生活垃圾的混合度低，入爐物料的均勻化程度低，容易對(duì)焚燒爐產(chǎn)生沖擊；但這種方式的機(jī)械化程度高，較容易對(duì)上料過(guò)程中的臭味進(jìn)行控制。具體上料方式可根據(jù)項(xiàng)目空間情況等實(shí)際限制因素進(jìn)行選擇。
摻燒市政污泥在經(jīng)濟(jì)上存在優(yōu)勢(shì)，主體焚燒設(shè)備、煙氣處理設(shè)備以及余熱利用設(shè)備均與焚燒廠共建，節(jié)約設(shè)備投資與土地費(fèi)用。運(yùn)行方面，利于產(chǎn)生規(guī)模效益，降低運(yùn)行成本。大多數(shù)市政污泥在污水廠內(nèi)脫水時(shí)，需添加調(diào)理劑，以改善污泥的脫水性能，進(jìn)一步降低脫水后污泥的含水率。調(diào)理劑常采用10%左右的熟石灰。因此，當(dāng)調(diào)理后干化污泥被投入焚燒爐后，污泥中的熟石灰會(huì)與酸性污染物反應(yīng)，從而降低了余熱鍋爐出口煙氣中酸性污染物的濃度，有利于節(jié)約煙氣處理的運(yùn)行成本。
高云濤的研究表明，當(dāng)調(diào)理后污泥摻燒量為10%時(shí)（污泥含水率干化至50%以下），余熱鍋爐出煙氣中的HCl以及SO2的濃度分別下降了6.9%和5.4%。
02結(jié)論
本文闡述了生活垃圾焚燒廠協(xié)同處置市政污泥的意義與必要性，總結(jié)了其與政策的相符性，歸納了技術(shù)上的可行性與重難點(diǎn)，分析了其在經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)，并提供了相關(guān)的實(shí)際工程案例。
生活垃圾焚燒廠協(xié)同處置此類廢棄物，不僅可以解決生活垃圾焚燒行業(yè)面臨的局部地區(qū)入廠生活垃圾不足、處理能力過(guò)剩的問(wèn)題，還可有效解決區(qū)域內(nèi)污泥的處理處置、減量化與資源化問(wèn)題，有利于無(wú)廢城市的建設(shè)；與此同時(shí)，還有效提高了生活垃圾焚燒廠的經(jīng)濟(jì)效益，有利于生活垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)的長(zhǎng)期、可持續(xù)發(fā)展。因此，生活垃圾發(fā)電廠協(xié)同處置污泥等其他有機(jī)固體廢棄物，是生活垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)的重要發(fā)展趨勢(shì)之一。
作者簡(jiǎn)介
馬津麟：現(xiàn)就職于中城環(huán)境第一事業(yè)部，高級(jí)工程師。從事生活垃圾焚燒相關(guān)的設(shè)計(jì)和技術(shù)工作。
