生活垃圾焚烧厂协同处置污泥的技术研究
时间：2023-10-07 15:57:51 来源：CE碳科技
近年来，我国生活垃圾焚烧发电行业飞速发展，处理能力大幅度增加，但由于布局不均匀、垃圾收运体系建设不完善等原因，部分地区出现了处理能力过剩的问题。与此同时，我国有大量污泥等其他有机固体废弃物尚未得到有效处置，因而，生活垃圾协同处置其他有机固体废弃物的技术越来越受到各界的关注，其既可以使得固废处置设施得以充分利用，还可以避免各种废弃物单独处置所带来的土地资源浪费、设备投资大、运行成本高等问题。
本文选取了市政污泥这类常见的有机固体废弃物，阐述了生活垃圾与其协同焚烧处置方面的政策支持与技术难点，并提供了相应的工程实例，供广大固体废弃物处理处置行业的从业人员参考。
过去十年，在“零填埋”政策倒逼以及电价补贴激励双重推动下，我国垃圾焚烧行业迎来高速发展，处理处置能力得到大幅度提升。
根据生态环境部工程评估中心数据统计，2022年全国共有930家垃圾焚烧发电企业，建设2046台焚烧炉，日处理能力达到104.53万t，已超“十四五”原定规划（80万t/d）目标近25万t/d，产能过剩问题也越来越突出。
此外，全国正在逐步推进生活垃圾分类收运、分类处理，规划和建设了大量以厌氧处理为主工艺的厨余垃圾处理设施，且目前我国多地生活垃圾收运体系，尤其是农村垃圾的收运体系的建设尚未健全，更加剧了部分垃圾焚烧设施入炉垃圾量不足、项目“吃不饱”长期低负荷运行的问题。
与此同时，国内尚有大量一般工业固体废弃物、市政污泥、餐厨垃圾及医疗废物等尚未得到妥善的处理处置。这些废弃物，由于与生活垃圾性质相似，许多均可采用焚烧的方式进行处置，尤其是污泥这类含有大量有机物的高热值固体废弃物。因此，近年来，生活垃圾焚烧厂协同处置污泥的案例“屡见不鲜”，甚至某些新建项目在可研阶段就充分考虑协同处置污泥等其他有机固体废弃物，既可以解决生活垃圾焚烧设施入炉垃圾不足、“吃不饱”的问题，也能破解污泥“没地去”的难题。
近年来，生活垃圾焚烧发电厂协同处置污泥，也越来越受到政策的支持。《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB 18485-2014）中提出“在不影响生活垃圾焚烧炉污染物排放达标和焚烧炉正常运行的前提下，生活污水处理设施产生的污泥和一般工业固体废物可以进入生活垃圾焚烧炉进行焚烧处理”，《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策（试行）》、《城镇生活污水处理设施补短板强弱项实施方案》、《污泥无害化处理和资源化利用实施方案》等政策文件均对垃圾焚烧发电厂掺烧污泥做出了明确规定，要求有效利用本地垃圾焚烧厂、水泥窑等协同焚烧处置污泥。
01生活垃圾焚烧厂协同处置市政污泥的技术研究
近年来，污泥处理处置问题愈发受到关注，尤其是污水处理厂所产生的市政污泥。随着众多卫生填埋场的封场，以及国家对提高污泥无害化与资源化率的倡导，传统的污泥脱水后送至卫生填埋厂填埋的处置方式越来越受到限制。污泥厌氧发酵技术存在产品出路困难等问题。因而，与生活垃圾焚烧项目协同处置则成为近年来被推广的污泥处置方式之一。
2009年，住房和城乡建设部、环境保护部（现生态环境部）和科学技术部三部委联合发布的《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策（试行）》中，鼓励污泥焚烧厂与垃圾焚烧厂合建，且污泥焚烧的烟气处理需满足《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB 18485）等有关规定。2020年7月，国家发改委和住建部发布的《城镇生活污水处理设施补短板强弱项实施方案》中强调，要加快推进污泥无害化处置和资源化利用，鼓励采用“生物质利用+焚烧”的处置模式。
生活垃圾焚烧项目协同处置市政污泥的关键技术首先在于选择适宜的污泥干化率与污泥掺烧比例。由于污水厂内常对污泥采用离心机、板框压滤机或者带式压滤机等措施对污泥进行脱水，脱水后污泥的含水率大约在60%~80%之间，含水率较高，热值过低，不适宜直接进入焚烧炉焚烧。因此，往往在入炉前，需要对污泥进行干化处理，且常以生活垃圾焚烧厂产生的饱和蒸汽作为干化热源。
污泥入炉时的含水率越低，入炉热值越高，其产生的蒸汽量越多，但其干化所消耗的饱和蒸汽量也越多，干化成本也越高。例如，以0.5MPa的饱和蒸汽作为污泥干化热源时，将每吨含水率80%的湿污泥干化至40%的含水率，需要0.85~1.0t/h的饱和蒸汽。因考虑到成本效益最优化的原则，以及对焚烧炉和汽轮发电系统运行的稳定性的影响，目前实际项目中往往选择将污泥干化至含水率35%~50%的状态入炉。此时，污泥不处于粘滞区，利于机械上料，且其低位热值大约为1800kJ/kg~2400kJ/kg，与焚烧厂MCR工况设计热值相当或者略高于MCR工况下的设计热值。
目前国内多数专家学者认为，当污泥在35%~50%含水率状态下入炉，污泥掺烧比例小于等于10%时，对生活垃圾焚烧厂的影响较小。表1详细介绍了相关专家学者的研究成果。
表1 污泥掺烧比例的影响研究
此外，现在实际工程设计的污泥掺烧比例也大多在5%~10%的范围，入炉污泥含水率的范围也多为35%~50%。例如，顺德区顺控环投热电项目设计协同处置污泥700t/d（以含水率80%计），其入炉污泥含水率的设计值为40%，掺烧比例的设计值为7.8%；青岛市小涧西二期生活垃圾焚烧与污泥协同处置工程设计协同处置污泥500t/d（以含水率75%计），其入炉污泥含水率的设计值为40%，掺烧比例的设计值为9.2%。在发达国家，污泥与生活垃圾协同焚烧处置也是其处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处置方式是以10%左右的比例与生活垃圾掺烧。
协同处置污泥的另一个技术难点在于污泥上料方式的选择。由于污泥在热值、含水率等理化性质上与生活垃圾有所不同，因此，为降低对焚烧炉系统、烟气系统以及余热发电系统运行稳定性的影响，应选择更有利于污泥与生活垃圾均匀入炉的上料方式，尽量降低入炉垃圾的热值波动性。
目前，主要的污泥上料方式有两种：
一是通过小车、管道等途径将污泥均匀抛洒在生活垃圾池中，与生活垃圾混合后进入焚烧炉；
二是污泥单独上料，具体实现形式包括：通过斗提机、皮带输送机等机械输送方式直接将污泥输送至焚烧炉给料斗；或者在垃圾池内设置单独的干污泥储仓，再配置一个小型污泥抓斗，将污泥抓至焚烧炉给料斗等。
两种上料方式各有利弊。第一种方式，污泥可以直接进入垃圾池，与生活垃圾混合的均匀性高，更利于入炉物料热值的稳定；但若采用小车输送，机械化程度低，上料过程中的臭味不易控制，工人工作环境恶劣；管道输送则只适用于含水率高的污泥，而直接掺烧含水率高的污泥经济性差。
第二种污泥单独上料的方式，与生活垃圾的混合度低，入炉物料的均匀化程度低，容易对焚烧炉产生冲击；但这种方式的机械化程度高，较容易对上料过程中的臭味进行控制。具体上料方式可根据项目空间情况等实际限制因素进行选择。
掺烧市政污泥在经济上存在优势，主体焚烧设备、烟气处理设备以及余热利用设备均与焚烧厂共建，节约设备投资与土地费用。运行方面，利于产生规模效益，降低运行成本。大多数市政污泥在污水厂内脱水时，需添加调理剂，以改善污泥的脱水性能，进一步降低脱水后污泥的含水率。调理剂常采用10%左右的熟石灰。因此，当调理后干化污泥被投入焚烧炉后，污泥中的熟石灰会与酸性污染物反应，从而降低了余热锅炉出口烟气中酸性污染物的浓度，有利于节约烟气处理的运行成本。
高云涛的研究表明，当调理后污泥掺烧量为10%时（污泥含水率干化至50%以下），余热锅炉出烟气中的HCl以及SO2的浓度分别下降了6.9%和5.4%。
02结论
本文阐述了生活垃圾焚烧厂协同处置市政污泥的意义与必要性，总结了其与政策的相符性，归纳了技术上的可行性与重难点，分析了其在经济上的优势，并提供了相关的实际工程案例。
生活垃圾焚烧厂协同处置此类废弃物，不仅可以解决生活垃圾焚烧行业面临的局部地区入厂生活垃圾不足、处理能力过剩的问题，还可有效解决区域内污泥的处理处置、减量化与资源化问题，有利于无废城市的建设；与此同时，还有效提高了生活垃圾焚烧厂的经济效益，有利于生活垃圾焚烧发电行业的长期、可持续发展。因此，生活垃圾发电厂协同处置污泥等其他有机固体废弃物，是生活垃圾焚烧发电行业的重要发展趋势之一。
作者简介
马津麟：现就职于中城环境第一事业部，高级工程师。从事生活垃圾焚烧相关的设计和技术工作。
