浅析某市政污泥耦合燃煤热干化工程设计

摘 要：结合东南某市市政污泥燃煤耦合热干化技改项目设计的实际经验，对规模化的市政污泥热干化工程设计中的技术要点，进行阐述和分析。

0 前言

随着“十二五”规划以来，我国城镇污水处理率的不断提高，城镇污水处理厂污泥产量也急剧增加。污泥含有病原体、重金属和有机物等有毒有害物质，未经有效处理处置，极易对地下水、土壤等造成二次污染，直接威胁环境安全和公众健康。因此，必须采取有效措施，对污泥进行有效的处理处置。

为指导各地城镇的污泥处理处置设施的建设，住房和城乡建设部、国家发展和改革委员会共同组织编制了《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南（试行）》，参考国内外的经验与教训，要求污泥处理处置应符合“安全环保、循环利用、节能降耗、因地制宜、稳妥可靠”的原则。

在此背景下，采用热电厂的低温抽气、乏汽蒸汽作为热源，对市政污泥进行热干化预处理，再联合燃煤耦合，送至锅炉内焚烧发电的热干化工艺，既满足上述技术指南的原则，也符合国家能源供给侧改革的国家政策。该类处置工程建设，可参考上海市发布的《上海市城镇污水处理厂污泥干化焚烧工程设计规程》地方标准来进行建设。

本文借由某东南沿海城市的市政污泥燃煤耦合技改工程项目，讨论针对大中型城市，市政污泥利用热电厂的低温蒸汽，进行预热干化集中处理的技改工程设计的关键技术问题。

1 设计背景

污泥干化项目建设规模，选定原则上近期考虑 2~3 年内现有城市周边污水处理厂的供泥量，远期考虑未来 5~10 年的供泥量，并需结合项目地处理条件来确定。项目所在城市近期产泥量 690t/d，远期 1408t/d，其中远期污泥约有 60% 的 100t/d；项目城市有 2 座同规模的循环流化床锅炉供热电厂，都能提供污泥干化处理服务，结合建设单位的条件，因而选定工程建设技术指标如下：

建设规模：近期处理 300t/d；远期 600t/d，其中含 60% 含水率污泥，100t/d。

建设性质：技改项目。

干化后污泥含水率：≤ 30%。

热源参数：0.9Mpa，190℃。

年运行小时数：8000h。

2 工艺设计

污泥热干化工艺核心为干化设备的选择。污泥干化设备主要有直接加热、间接加热、直接与间接复合式干化设备。目前国内污泥热干化设备，多采用间接换热方式。根据工程特点，处理规模能达到 100t/d 干化设备，主要有三种，桨叶式、薄层式、圆盘式干燥机，三者都有成熟应用的案例 （其中薄层干燥机为进口设备）。

热干化设备主要技术指标有单位脱水脱水蒸汽耗能，总换热面积，容泥量，传动功率。选择国内外知名污泥干化设备制造商，对比技术参数如下表（其中耗能基准为 0.6Mpa 饱和蒸汽）：

通过比较，项目最终性能及投资强度较优的圆盘式干燥机作为污泥干化的主机。整套污泥干化系统包括：湿污泥接收输送系统、污泥干化系统、干污泥输送系统、污泥干化废气冷凝系统及循环冷却水系统等设施。根据该选择的干化及类型特点制定如下工艺流程：

污泥由接收系统接收后，通过污泥输送系统输送至污泥干化机组干燥。干化机组采用热电厂提供的蒸汽作为热源对热干化。热源饱和蒸汽压力 0.9Mpa，经减温减压器调至 0.6Mpa，160℃后分别进入干化机主轴和筒体夹套，将污泥的含水率降至≤ 30% 的半干污泥。

干燥污泥从干化机出料口，落入封闭的公用埋刮板输送机送入现有干煤棚改造的中转干污泥站，经转运站及输送设备送至煤泥混合进料口，与燃煤混合后，由上料输送系统供流化床锅炉焚烧处置。

被抽出的蒸发尾气经过旋风除尘后进入冷凝器中进行冷凝，最后的不凝气体（主要是一些恶臭气体）通过管道送入燃煤锅炉送风机入口处，进入锅炉高温分解，达标排放。冷凝液通过污水管排入工厂污水池。

热源蒸汽换热后形成的凝结水经疏水阀组，排到干化车间蒸气疏水水箱进行收集，由冷凝疏水泵泵回至原厂除氧设备回收再使用。

因污泥热干化粉尘爆炸特性主要三个参数为：燃烧的最低含氧量 8%，粉尘爆炸浓度 40~60mg/m3； 85~125℃时，点燃能量为 101~102mJ。为提高污泥干化安全性，干化工艺设备要负压全密闭运行。污泥干燥过程产生的尾气通过引风机，维持干燥机内微负压（-200~-400Pa）运行。传统的干拌返料工艺（将干燥后的污泥，部分引回会干燥机内，与湿污泥參拌，以减少45%~60% 含水率的污泥粘滞区停留时间），因拌料过程中会引起大量粉尘，增加爆炸几率，现已不建议采用。

系统其余工艺设备采用如下设计：输送湿污泥采用污泥泵，选择螺杆泵，若投资预算充裕可考虑柱塞泵。终期 60% 污泥来料采用无轴螺旋上料。干燥污泥出料采用刮板机，或螺旋输送机，输送设备需考虑负压抽风冷却干污泥。除尘设备采用伴热旋风除尘器下设闭风器，对接出料输送机。冷凝采用立式间接列管式换热器，壳层走冷源循环冷却水，管程走蒸发水汽。输送污泥管的道，应采用 DN200 以上管径。转弯半径需按 >6D来设计。阀门使用不锈钢球阀或插板阀。

上述工艺设备与污泥接触部分应采用不锈钢 304 或 316L，或衬以高分子耐磨防腐蚀材料，长期摩擦运动表面材料，应考虑足够的磨损裕量。

3 厂址选择

项目选址应选择污泥原料仓，电厂进煤口附近。本项目主要建构筑物配电及控制室与污泥干化车间呈南北贴建设计。

近期西侧立柱预留钢结构悬挑梁对接口，与终期厂房对接。盘式干燥机在车间内呈纵向平行布置期主机位于车间东侧，规划二期建成后，车间工布置 3 台套处理线。污泥进料口位于设备北面，出料口位于南面。干燥后的污泥通过刮板输送机，送往东侧的电厂进泥口。

4 建筑设计

配电室距为二层混凝土结构，占地大小为 8.2x27.4 米。一楼布置高低压配电室；二楼为办公室及中控室。中控室与污泥干化车间隔墙，设计观察窗，以便观察车间运行状态。

污泥干化车间可采用混凝土框架或钢结构设计，根据设备尺寸，设计跨度 18m，柱距 9 米，近期（一期、二期）占地大小为 18.4x27.4m；终期预留用地位于近期车间西侧，占地面积18.4x56.4m，火灾危险丁类，耐火极限二级。考虑污泥干化设备的维护，设置 5t行车。工程为分期建设，车间顶棚应采用钢构，以使顶棚拆卸便利，设备从顶棚吊装进出车间。

5 自控设计

系统设计自动控制和手动控制两套方案，手动控制优先。系统留有 SIS 接口，可以方便远程监控和控制。干化系统的污泥输送量根据干燥机主轴传动电机电流大小来控制调节。蒸汽压力及流量，污泥干燥机各段温度及转速等，均配有专用的仪表及变送器或传感器，输送泵、污泥干燥机、风机等的启停状态，送至 PLC 控制系统，实现自动控制。收集的尾气支管上电动风量调节阀均与所在一次风机连锁，当一次风机停运时，关闭该风机吸风口上的所有电动风阀。

6 通风除臭除尘

污泥干化车间原则上宜以自然通风为主，本项目受建筑布置所限，自然通风不能满足通风面积的要求，采取设置机械通风装置措施。

污泥经发酵会产生刺激恶臭，在污染源 100m 范围内异味较浓。因此污泥接收仓、湿污泥储存仓仓内应保持微负压状态（-50~-100 Pa）。同时考虑干化车间内有可能由于泄露而产生粉尘，造成积尘，负压抽气收集风管、引风机及相关配件应做到防腐及耐磨，并满足强度要求，臭气收集系统的水平风管宜有 0.01 的坡度，在风管管路的最低点宜设冷凝水泄水管，就近接至可靠的排水系统。

7 结语

污泥的处理技术方式多种多样，在选择处理技术时，应因地制宜，考虑当地可量的资源条件，以及适宜的投资强度，原则上应优先采用国产化工艺与设备。大中型城市多具备污泥耦合热电厂燃煤热干化焚烧的技术条件，其在尾气处理、及干化后的污泥进一步处理，回收换热后凝结饱和回水工艺上，具有无害化、减量化、资源化处理的特点，是满足节能减排的理想方式。