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垃圾焚烧协同污泥热干化工艺
污泥处置的可行方式为土壤改良、卫生填埋和掺烧等。其中污泥与垃圾掺烧的方案由于初投资小、运行成本低、环保性好等缘由，越来越受到社会的认可。对于此工艺来说，为了不影响垃圾的稳定焚烧，污泥在入炉前需进行干化处理。因此，笔者就干化污泥送入垃圾焚烧炉掺烧这一技术应用场景，对直接式、间接式、两段式等污泥热干化工艺进行介绍，分析总结了最适用于当前状况的干化工艺及设备，并提出将来污泥热干化工艺及设备的进展方向。1、污泥干化简介污泥热干化是将污泥颗粒内部或微生物细胞内的水分受热脱除的过程。污泥受热后，①微生物细胞膜裂开，内部水分释放;②逐步受热蒸发，污泥含水率降低，体积缩小1/5~1/3;③臭味削减，病原体削减;④热值提高，为后续污泥处理处置供应了有利条件。对于干化污泥掺烧垃圾的后处理工艺来说，主要关注干化污泥的含水率，污泥含水率越高，会造成污泥的热值越低，烟气流量越大，锅炉效率降低、烟气处理成本增加等问题，因而掺烧污泥含水率应在经济范围内尽可能的低。掺烧时干化污泥的含水率一般为10%~40%。2、污泥干化工艺现状2.1直接干化工艺直接加热又称对流热干燥技术，工艺流程见图1。在污泥干化的过程中，热介质(一般为烟气)与污泥直接接触并低速流过污泥，向污泥层传递热量，使污泥中的水分蒸发，并将蒸发的水分带走。随着污泥含水率的降低，污泥将产生肯定的粉尘并飘入废气中。废气一般先经过分别器，将部分干化的污泥分别，剩余的废气冷凝后送入焚烧厂二次风，废水送入废水处理中心。由于始终有源源不断的高温低含水率气体进入，直接加热技术的蒸发效率都较高，特殊是对于含水率50%以下的污泥。由于热介质一般采纳含氧量低的烟气，该工艺可有效降低污泥粉尘爆炸的概率。同时，废气作为二次风送入焚烧厂，污泥在干化过程中挥发到烟气中的有机质得到了利用，避开了干化对污泥热值的损耗。但是，为了防止设备尾部的酸腐蚀，排烟温度大于120℃，废气体积始终很大，烟气管道占地浩大。设备的运行始终处在高温的环境中，干化时臭气散发较多，环境友好性较差。2.2间接干化工艺间接加热式又称热传导干燥技术，工艺流程见图2。在干燥过程中，热介质(蒸汽、导热油等)并不直接与污泥接触，而是通过热交换器将热能传递给湿污泥，使污泥中的水分蒸发。在整个干化过程中，热介质与污泥分别，完成传热后冷凝回收，进入焚烧厂给水系统;废气经冷凝后产生的废水送入废水处理中心处理;其余废气可作为二次风送入焚烧炉;完成干化的污泥焚烧或填埋。间接式加热的热介质传热后回用，干化系统整体热能利用效率高，设备运行成本小。设备运行时通过转变蒸汽流量来应对入口污泥含水率的变化，相比于直接干化通过调整烟气流量与湿度的方式，调整更灵敏，可控性更强。与直接干化一样，由于和垃圾焚烧厂进行了深度协同，载气作为二次风送入焚烧炉，避开了干化带来的污泥热值的损耗。但是由于热介质蒸汽品位通常不高，水分不能很快脱离污泥，干化效率一般。2.3两段式干化工艺两段法工艺，即间接加热薄层干化和直接加热带式干化组合工艺，工艺流程见图3。第1段将污泥在薄层蒸发器内干燥至含水率55%左右，随后经挤压成型设备(成型机)形成污泥颗粒。污泥颗粒在经过第2级带式干燥机干化处理后达到所需的最终含水率。从带式干燥机出来的热空气通过风机抽吸循环利用。热空气首先通过热交换器冷却，通过封闭式冷却水回路冷凝蒸汽。循环空气随后利用薄层蒸发器排放的热空气进行再加热，同时实现对薄层蒸发器的热空气的冷却。最终，循环空气由利用蒸汽的第3个热交换器再加热后，返回带式干燥机。热量回收系统将薄层蒸发器产生的蒸汽能量进行回收，用于加热带式干燥机的空气，以此降低整个系统的能耗。污泥干化系统不需要返混污泥颗粒进行二次干化处理，不易产生粉尘，平安性高。空气冷却器和过冷凝器由封闭的冷却水回路进行冷凝，工艺设备和冷却水分别，防止冷却水受污染，可削减设备清洗的次数。但该工艺流程简单，涉及设备较多，设备间协作要求高，运行稳定性较差，系统整体投资高。3、污泥干化工艺比较对于污泥和生活垃圾掺烧而言，污泥干化的能源由焚烧厂供应，干化的废气进焚烧炉焚烧，干化污泥也进焚烧炉处理。这种协同使得污泥干化过程中的能耗降低、干燥废气的处理成本降低、干化污泥的处理成本降低、污泥干燥系统总投资降低。因而在对污泥干化工艺进行比较时主要关注能耗、环保性、投资成本等协同影响较大的方面。同时，还考察了污泥干化过程中系统及设备的稳定性、平安性、适用性、响应时间等基本性能。污泥干化时的能耗主要为热能和电能，热能是污泥干化系统主要能耗，干化系统的热能损耗主要来自于2部分，一部分为水分蒸发所需的热能(2590kJ/kg)，一部分为系统设备散热、排烟或排汽、排油损失、干化污泥自带热量等。由于采纳了与生活