摘 要： 随着国家环保政策的日益严格和人们环保意识的增强，市政污泥处置日益受到重视。利用垃圾焚烧发电项目协同处置污泥是一种节约资源、生态环保的污泥处置方式。本文根据分析了不同污泥进料方式的优缺点，根据项目实际情况改进了污泥上料方式，取得了良好的运行效果；对类似项目具有指导意义。
关键词： 污泥；垃圾焚烧；掺烧；协同处置
进入20世纪以来焚烧发电逐渐成为国内生活垃圾的一种最重要处置方式，尤其是近年来国家一系列环保政策的出台和中央环保督察的实施，全国各地垃圾焚烧发电项目如雨后春笋般呈现爆发式增长。据不完全统计，目前国内已经运行和在建的垃圾焚烧发电项目将达到上千座。生活垃圾焚烧发电处置已经成为全社会共识。
另一方面“水十条”政策的出台，市政污水污泥近年来成为我国又一环境保护重点治理的对象，其规定地级及以上城市污泥无害化处理处置率应于2020年底前达到90%以上。随着垃圾分类政策的实施，分类后餐厨、厨余垃圾处理项目也将产生大量污泥。
污泥处理形式多样：堆肥、填埋、综合利用、单独焚烧、生活垃圾焚烧项目协同处置、水泥窑协同处置、热电厂协同处置等方式在国内都有应用案列。污泥与垃圾协同处置在国外有较多的工程案例；据统计日本有70%以上的污泥是采用与生活垃圾协同处置。欧美普遍的污泥处置方式是将湿污泥干燥后采用流化床焚烧处理或者把市政污泥运到垃圾焚烧厂按10％左右的比例与垃圾直接掺烧[1]。
在国内十几年前污泥与垃圾协同处置还属于一种新的尝试，盐田垃圾焚烧厂就进行了试验。采用污泥和生活垃圾协同处置，不仅可以节省污泥焚和烟气处理设备的投资、节约土地资源、降低污泥处理成本，更可以以协同处置的理念实现资源循环利用、确保排放达标。目前生活垃圾焚烧发电厂协同处置污泥项目越来越多，例如国内的烟台垃圾焚烧项目、南海绿电项目、晋江垃圾焚烧项目、济南长清项目、上海松江、上海奉贤、上海金山等项目。我国垃圾焚烧行业已发展多年，以机械炉排为主的垃圾焚烧工艺也已非常成熟，相关主设备已经实现了国产化。污泥与垃圾协同处置也有了发展，相关的运营维护经验也在逐步积累和提高。但是由于污泥自身特性等因素，污泥和垃圾协同处置也存在设备磨损和积灰严重、掺烧量有限、烟气排放指标不稳定等方面问题。本文以上海某垃圾焚烧项目污泥协同项目为依托，对污泥进料方式做了优化，取得了良好的效果。
一、项目概况
该项目日焚烧处理垃圾能力1000t/d，配置2台500t/d的机械式炉排炉，并配置1套30MW的汽轮发电机组。烟气处理用"SNCR+半干法(消石灰)+干法(碳酸氢钠)+活性炭吸附+袋式除尘器+湿式洗涤塔+SCR"的工艺组合。污泥干化造粒系统主要处理本项目服务区各污水处理厂产生的含水率为80%的脱水污泥，将其干化至含水率40%以下并造粒,处理规模为100t/d(2×50t/d)(含水率80%)。
二、污泥特性分析
由于区域性差异、处理工艺等因素导致市政污泥的成分多变；常来的市政污泥含有大量的有机质、泥沙、微生物以及丰富的氮、磷、钾等营养物质,同时污泥具有含水量高、有恶臭等特点。根据研究污泥干燥过程分为3个区域:首先是湿区,在这个区域的污泥能自由流动;然后是黏滞区,在这个区域内污泥的含水率为40%~60%,具有黏性,不能自由流动;最后是粒状区,这个区域的污泥呈粒状便于输送。另一方面污泥绝干基燃烧热值较高(约3000kcal/kg),但是由于污泥高含水率导致其实际燃烧热值大约为-100~100kcal/kg。因此要利用污泥自身燃烧的热值、避开污泥粘滞区,必须进一步降低含水率[2]。由于污泥与生活垃圾混合焚烧协同处理,干污泥的输送过程中黏结性要差,一般就要求污泥干燥至粒状区,从而有利于实现污泥与垃圾充分的混合入炉焚烧。
为了更加好协同处置市政污泥，本项目在建设之初就对进厂污泥做了工业分析(ar)、元素分析（d）与热值(d)测定（见表一）。由工业分析可知，机械脱水后几种污泥的含水量一般在50%~70%之间，对于干燥基污泥，其灰含量一般占其质量的一半左右，剩余的干基多为易于热解挥发的物质，干燥无灰基的挥发分比例约90%，固定碳的含量则较低。
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从干燥基元素分析看，各污水处理厂产生的污泥主要元素占比差异性较小，其碳元素约占干燥基的1/4，氢元素占干燥基的比例稍高于4%，氮元素的比例约为4%，按含水量40%计时，污泥的氮含量在2.4%左右，较目前常见的煤、木质生物质和生活垃圾的平均值都高；硫元素的含量都比较高，且波动相对较大，在1.27~4.38%之间；对于氯元素，干燥基污泥氯元素的含氯量均低于0.1%。除个别污水厂污泥因含灰量较高干燥基热值不足10MJ/kg外，本文所检测的另几个来源的污泥的干燥基低位热值均约11000kJ/kg，该值接近蔡璐对我国大中型城市污泥干燥基低位热值的测定的均值[3]。
三、污泥上料方式及存在问题
针对原生湿污泥（没有经过干化）的上料方式以及存在的问题，郑雪艳等已经做了系统分析[4]。目前来说干化造粒后的污泥上料方式一般有：直接进入垃圾坑、直接进入焚烧炉料斗、在垃圾池中设置污泥小坑等。
干化造粒后的污泥通过车辆直接倒入垃圾坑，通过垃圾抓斗起重机混合后送入焚烧炉料斗。这是最简单最原始的污泥上料方案；此方案无额外投资、运行成本低；但是存在干化造粒后的污泥吸水潮解、甚至变成流体状进入渗滤液处理系统增加渗滤液系统处理负担等问题；潮解后的污泥进入焚烧炉还会产生漏渣量和飞灰量增加、炉膛结焦严重、烟气排放指标不稳定等问题。此方案几乎没有项目在用。
第二种方案是将干化造粒后的污泥利用输送设备直接进入焚烧炉料斗。此方案可以解决污泥吸水潮解的难题；但增加了污泥输送系统的成本和运行成本，且存在输送系统设计设置困难、故障点多、检修不变等问题，也没有从根本上解决掺烧带来的漏渣量和飞灰量增加、炉膛结焦严重、烟气排放指标不稳定等问题。此方案只在少量项目上有应用。
第三种方式是在垃圾池中设置污泥小坑；将干化造粒后的污泥用车辆倒入污泥小坑，同时垃圾抓斗起重机配置专门的污泥抓斗。此方案可以防止污泥潮解吸水，即使遇到停炉也可以储存接纳干污泥；但是其设备和土建投资较大，在垃圾池中设置污泥小坑影响了垃圾坑有效容积，对于垃圾发酵、渗滤液导排产生了不良影响，增加了垃圾吊操作人员的工作负荷。此方案应用案列较多，本项目就是采用的此种方案。
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由于上述三种方案中干化造粒后的污泥都需要从垃圾料斗进入焚烧炉，在料斗中与垃圾混合也存在潮解现象。然后经过“干燥段-燃烧1段-燃烧2段-燃尽段”焚烧处置，周期在2~3个小时。掺烧造成的飞灰量增加、换热面积灰、炉膛结焦、烟气排放指标不稳定现场都没有得到有效解决。
四：掺烧方案的优化
针对上述方案存在的问题，为了保证焚烧炉良好的运行效果，需要对污泥进料方案进行优化。优化方案直接将干化造粒后的污泥通过焚烧炉后拱（见图2）送至焚烧炉燃烧二段，避开了与湿垃圾混合的机会、减少了炉内停留时间。具体方案如下：
根据污泥颗粒燃烧需要的温度和时间，在焚烧炉后拱、原二次风口下部开设5个投料口。首先污泥颗粒通过叉车运至入炉前的料斗中，然后通过斗式提升机送至缓存仓，最后通过螺旋输送机送至炉膛。此时污泥颗粒刚刚落入焚烧炉内落燃烧2段附近，污泥颗粒可在30～60分钟完全燃烬并通过焚烧炉落渣口进入湿式除渣机。
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在停炉检修期间本项目根据优化后的方案对上料系统进行了改造，整改方案费用约100万。经过优化后，污泥没有通过料斗进料避开了与湿垃圾接触的机会，并减少了炉内停留时间；直接进入燃烧2段，使得污泥燃烧状况更加稳定。在保证污泥充分燃烧的同时，使燃烬后的颗粒污泥仍能保持颗粒状（见图4），很好地改善了炉体结焦和积灰的现象，在保证排放指标的情况下掺烧污泥量由原来的5%提高到10%，项目检修周期由原来的一年两次减少到两年三次；因此本方案极大的节约了运行成本、提高了焚烧厂年利用小时数。
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五：结论
本文通过对上海某垃圾焚烧项目污泥协同处置项目污泥进料方式的优化改进，减少了飞灰产量、换热面积灰、炉膛结焦、烟气排放指标不稳定等现象的产生；取得了良好运行效果。对后续生活垃圾协同处置污泥项目进料方式的选择具有极大的指导意义。
参考文献：
[1]高亮, 邵德洲,张曙光等. 污泥掺烧技术研究[J]. 环境卫生工程, 2008, 4:48-51.
[2]钱兵等. 市政污泥与生活垃圾共处理工艺及其应用[J]. 环境卫生工程, 2015, 5:71-73.
[3]蔡璐, 陈同斌, 高定,等. 中国大中型城市的城市污泥热值分析[J]. 中国给水排水, 2010, 26(15):106-108.
[4] 郑雪艳, 王定国军, 刘海. 基于炉排炉的生活垃圾与污泥混烧技术[J]. 节能技术, 2015, 2:140-143.
作者简介：王贵军（1982—），工程师，主要从事固体废弃物处置和垃圾焚烧工程研究、设计、建设运营管理等工作。