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生活垃圾焚燒廠協同處置污泥的技術研究
2023-10-24
       過去十年,在“零填埋”政策倒逼以及電價補貼激勵雙重推動下,我國垃圾焚燒行業迎來高速發展,處理處置能力得到大幅度提升。(最好還是最壞時代?我國垃圾焚燒十年風云變幻史)

       根據生態環境部工程評估中心數據統計,2022年全國共有930家垃圾焚燒發電企業,建設2046臺焚燒爐,日處理能力達到104.53萬t,已超“十四五”原定規劃(80萬t/d)目標近25萬t/d,產能過剩問題也越來越突出。

       此外,全國正在逐步推進生活垃圾分類收運、分類處理,規劃和建設了大量以厭氧處理為主工藝的廚余垃圾處理設施,且目前我國多地生活垃圾收運體系,尤其是農村垃圾的收運體系的建設尚未健全,更加劇了部分垃圾焚燒設施入爐垃圾量不足、項目“吃不飽”長期低負荷運行的問題。

       與此同時,國內尚有大量一般工業固體廢棄物、市政污泥、餐廚垃圾及醫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相似,許多均可采用焚燒的方式進行處置,尤其是污泥這類含有大量有機物的高熱值固體廢棄物。因此,近年來,生活垃圾焚燒廠協同處置污泥的案例“屢見不鮮”,甚至某些新建項目在可研階段就充分考慮協同處置污泥等其他有機固體廢棄物,既可以解決生活垃圾焚燒設施入爐垃圾不足、“吃不飽”的問題,也能破解污泥“沒地去”的難題。

       近年來,生活垃圾焚燒發電廠協同處置污泥,也越來越受到政策的支持?!渡罾贌廴究刂茦藴省罚℅B 18485-2014)中提出“在不影響生活垃圾焚燒爐污染物排放達標和焚燒爐正常運行的前提下,生活污水處理設施產生的污泥和一般工業固體廢物可以進入生活垃圾焚燒爐進行焚燒處理”,《城鎮污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術政策(試行)》、《城鎮生活污水處理設施補短板強弱項實施方案》、《污泥無害化處理和資源化利用實施方案》等政策文件均對垃圾焚燒發電廠摻燒污泥做出了明確規定,要求有效利用本地垃圾焚燒廠、水泥窯等協同焚燒處置污泥。

       生活垃圾焚燒廠協同處置市政污泥的技術研究

       近年來,污泥處理處置問題愈發受到關注,尤其是污水處理廠所產生的市政污泥。隨著眾多衛生填埋場的封場,以及國家對提高污泥無害化與資源化率的倡導,傳統的污泥脫水后送至衛生填埋廠填埋的處置方式越來越受到限制。污泥厭氧發酵技術存在產品出路困難等問題。因而,與生活垃圾焚燒項目協同處置則成為近年來被推廣的污泥處置方式之一。2009年,住房和城鄉建設部、環境保護部(現生態環境部)和科學技術部三部委聯合發布的《城鎮污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術政策(試行)》中,鼓勵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準》(GB 18485)等有關規定。2020年7月,國家發改委和住建部發布的《城鎮生活污水處理設施補短板強弱項實施方案》中強調,要加快推進污泥無害化處置和資源化利用,鼓勵采用“生物質利用+焚燒”的處置模式。

       生活垃圾焚燒項目協同處置市政污泥的關鍵技術首先在于選擇適宜的污泥干化率與污泥摻燒比例。由于污水廠內常對污泥采用離心機、板框壓濾機或者帶式壓濾機等措施對污泥進行脫水,脫水后污泥的含水率大約在60%~80%之間,含水率較高,熱值過低,不適宜直接進入焚燒爐焚燒。因此,往往在入爐前,需要對污泥進行干化處理,且常以生活垃圾焚燒廠產生的飽和蒸汽作為干化熱源。

       污泥入爐時的含水率越低,入爐熱值越高,其產生的蒸汽量越多,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,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化的原則,以及對焚燒爐和汽輪發電系統運行的穩定性的影響,目前實際項目中往往選擇將污泥干化至含水率35%~50%的狀態入爐。此時,污泥不處于粘滯區,利于機械上料,且其低位熱值大約為1800kJ/kg~2400kJ/kg,與焚燒廠MCR工況設計熱值相當或者略高于MCR工況下的設計熱值。

       目前國內多數專家學者認為,當污泥在35%~50%含水率狀態下入爐,污泥摻燒比例小于等于10%時,對生活垃圾焚燒廠的影響較小。表1詳細介紹了相關專家學者的研究成果。

表1 污泥摻燒比例的影響研究


       此外,現在實際工程設計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,順德區順控環投熱電項目設計協同處置污泥700t/d(以含水率80%計),其入爐污泥含水率的設計值為40%,摻燒比例的設計值為7.8%;青島市小澗西二期生活垃圾焚燒與污泥協同處置工程設計協同處置污泥500t/d(以含水率75%計),其入爐污泥含水率的設計值為40%,摻燒比例的設計值為9.2%。在發達國家,污泥與生活垃圾協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。

       協同處置污泥的另一個技術難點在于污泥上料方式的選擇。由于污泥在熱值、含水率等理化性質上與生活垃圾有所不同,因此,為降低對焚燒爐系統、煙氣系統以及余熱發電系統運行穩定性的影響,應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性。

       目前,主要的污泥上料方式有兩種:

       一是通過小車、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入焚燒爐;

       二是污泥單獨上料,具體實現形式包括:通過斗提機、皮帶輸送機等機械輸送方式直接將污泥輸送至焚燒爐給料斗;或者在垃圾池內設置單獨的干污泥儲倉,再配置一個小型污泥抓斗,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定;但若采用小車輸送,機械化程度低,上料過程中的臭味不易控制,工人工作環境惡劣;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濟性差。

       第二種污泥單獨上料的方式,與生活垃圾的混合度低,入爐物料的均勻化程度低,容易對焚燒爐產生沖擊;但這種方式的機械化程度高,較容易對上料過程中的臭味進行控制。具體上料方式可根據項目空間情況等實際限制因素進行選擇。

       摻燒市政污泥在經濟上存在優勢,主體焚燒設備、煙氣處理設備以及余熱利用設備均與焚燒廠共建,節約設備投資與土地費用。運行方面,利于產生規模效益,降低運行成本。大多數市政污泥在污水廠內脫水時,需添加調理劑,以改善污泥的脫水性能,進一步降低脫水后污泥的含水率。調理劑常采用10%左右的熟石灰。因此,當調理后干化污泥被投入焚燒爐后,污泥中的熟石灰會與酸性污染物反應,從而降低了余熱鍋爐出口煙氣中酸性污染物的濃度,有利于節約煙氣處理的運行成本。

       高云濤的研究表明,當調理后污泥摻燒量為10%時(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%。

       結論

       本文闡述了生活垃圾焚燒廠協同處置市政污泥的意義與必要性,總結了其與政策的相符性,歸納了技術上的可行性與重難點,分析了其在經濟上的優勢,并提供了相關的實際工程案例。

       生活垃圾焚燒廠協同處置此類廢棄物,不僅可以解決生活垃圾焚燒行業面臨的局部地區入廠生活垃圾不足、處理能力過剩的問題,還可有效解決區域內污泥的處理處置、減量化與資源化問題,有利于無廢城市的建設;與此同時,還有效提高了生活垃圾焚燒廠的經濟效益,有利于生活垃圾焚燒發電行業的長期、可持續發展。因此,生活垃圾發電廠協同處置污泥等其他有機固體廢棄物,是生活垃圾焚燒發電行業的重要發展趨勢之一。

本文來源:CE碳科技


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