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CECS20008-2021-T：城镇污水处理厂污泥干化焚烧工艺设计与运行管理指南.pdf

含水率、热值和物理状态（如半塑性、固体颗粒状、固体粉未状 等）。其中，热值决定了污泥焚烧的放热量，含水率决定了烟气 量和组成，物理状态则对燃烧状态有影响。当干基热值一定时： 入炉污泥含水率决定了入炉污泥的热值。因此，预处理工艺的选 择需要综合考虑对应于设计泥质的入炉污泥状态需求、能够实现 该入炉污泥状态的可选预处理方式及对应的能耗、其他可利用的 资源（如干化补充热源）等信息，合理确定。污泥在脱水单元尽 量降低含水率，有利于降低后续热干化单元和整个干化焚烧系统 的成本，提高总体经济性。常见的入炉污泥含水率为：10% 30%～40%，55%～65%。入炉污泥含水率不宜高于临界含水 率，即能够实现污泥在焚烧炉内850℃自持燃烧。在这一前提 下，当脱水污泥的含水率一定时： ①随看入炉污泥含水率升高，热十化需要蒸发的水量降低 处理单位污泥干基的干化能耗随之下降。在污泥热干化和焚烧的 组合系统中，污泥热干化通常是耗能的主要单元。在保证污泥在 焚烧炉中可自持燃烧至850℃的情况下，热干化单元基本决定了 整个十化焚烧系统的能耗水平。在一定的处理规模下，人炉污泥 含水率越高，干化过程将脱水污泥干化到入炉含水率需要蒸发的 水量就越小，能耗也越低。 ②随着入炉污泥含水率升高，入炉污泥热值和污泥焚烧的 放热量均随之下降。污泥焚烧的放热量取决于入炉污泥的热值 司样的干基处理量，当入炉污泥含水率较高时，污泥干基焚烧产 生的热量部分用于所携带水分的汽化，故总的放热量降低。干化 传热过程有一定的热损失，且很多干化工艺采用载气，也会带走 部分热量，虽然不同类型十燥机的能耗水平有所差异，但通常来 说，蒸发同样水量，在干化单元产生的能耗会高于在焚烧炉损失 的热量。因此，当不具备便捷经济的干化热源时，为了降低干化 焚烧系统能耗、提高运行经济性，在保证焚烧炉稳定燃烧的前提 下，宜尽量降低热十化单元的能耗，即入炉污泥含水率宜尽量高

地接近临界含水率。 ③随着入炉污泥含水率升高，处理单位污泥干基产生的烟 气量随之上升，上升的烟气量即为入炉污泥带入水分产生的水蒸 气，人炉污泥含水率为10%时，烟气中水蒸气体积含量为 0%～12%，人炉污泥含水率为60%时，烟气中水蒸气体积含 量升至30%～35%。随着水蒸气比例的升高，后续经余热利用 后因洗涤产生的烟气热量损失也会随之增大。从降低烟气处理设 施投资和运行成本、尽量回收烟气热量的角度，宜适当降低污泥 的人炉含水率。 因此，入炉污泥含水率的选择还应综合考虑干燥机、焚烧 炉、烟气处理等设施的整体投资、占地。 当有条件或已经采用厌氧消化预处理时，厌氧消化回收的沼 气可补充干化的热能消耗，或作为焚烧炉的辅助燃料。污泥经厌 氧消化后进行干化焚烧，其优点主要包括：整个系统能量回收更 具效益；降低了脱水、干化和焚烧设备的规模和整体投资；燃烧 沼气产生的有害物质少于燃烧污泥；碳排放更低；在后续热处理 设施出现问题进行维护时，由于前端已经过厌氧稳定化处理，污 泥应急处置更为容易。污泥的有机质含量越高，采用该工艺的整 本投资和运行经济效益越显著。 当污泥有机质比例较高时，其干基热值也较高。挥发性固体 含量70%以上、干基低位热值高于18MJ/kg时，也可考虑不进 行热干化预处理，经充分脱水后直接进行焚烧，必要时通过投加 铺助燃料补足热量缺口。省去热干化单元后流程简洁，节省投 资。由于我国污泥有机质比例较低，目前尚未有工程采用该 工艺。 三、余热利用方式的选择 预热燃烧空气和通过余热锅炉回收热量用于污泥干化是最常 见的两种余热利用方式。高温空气预热器和余热锅炉可单独应用 于余热利用系统中，也可串联使用。对于不同的入炉污泥含水率

方案和预处理方式，所适用的余热利用方式也有所差异。 预热燃烧空气是最早应用也是最为常见的污泥流化床焚烧余 热利用方式。绝大部分污泥焚烧工艺会将燃烧空气进行一定程度 的预热，区别在于预热的程度，主要分为600℃～675℃、300℃~ 400℃和100℃三个区间。 当采用“脱水/深度脱水一焚烧”工艺时，由于入炉污泥含 水率较高，入炉热值较低，常需要通过辅助燃料补足热量缺口。 此时，焚烧烟气多用来预热燃烧空气，以增大入炉热量，降低辅 助燃料消耗。例如，当挥发性固体含量为70%、入炉污泥含水 率为72%、空气过量系数为1.4时，预热空气至650℃可实现焚 烧炉内850℃自持燃烧。 当采用“半干化一焚烧”工艺时，若入炉污泥含水率为临界 含水率，则烟气余热系统宜设置高温空气预热器，将燃烧空气预 热至300℃～400℃，也有工程根据泥质情况预热到600℃以上， 通过预热空气，可以补足入炉热量，有利于维持燃烧的稳定性 在泥质有所波动时，可通过污泥入炉状态和预热空气的调节同时 进行焚烧过程控制。若入炉污泥含水率按低于临界含水率设计。 如30%～40%，此时污泥烧放热量足够，无须预热空气至较 高温度，则通常不再设置高温空气预热器，可直接通过余热锅炉 回收热量加热或产生热介质，用于干化环节，产生的热介质也可 对空气进行一定程度的预热（加热至100℃左右）。 当采用“全干化一焚烧”工艺时，入炉污泥含水率为10% 左右，污泥焚烧放热量一般高于850℃燃烧的热量需求，通常在 焚烧炉内设置换热面回收热量同时降温，否则燃烧温度将高于焚 烧控制温度。炉内换热回收的热能可用于加热热介质（如导热 油）或产生热介质（如蒸汽）并回用于干化单元，换热后，烟气 可进一步回收热量预热燃烧空气。 四、工艺路线的确定 污泥预处理方式和焚烧烟气余热利用方式是污泥焚烧工艺路

一、规模 污泥焚烧厂的规模应以所服务污水处理厂的污泥日均产量为 依衣据，并综合考虑排水体制、污水处理水量、水质和工艺、季节 变化等因素对污泥产量影响后进行合理放大，可折算为tDS/ 表示。例如，《上海市污水处理系统及污泥处理处置规划 （2017一2035年）》考虑到污水处理厂出水水质标准提升、初期 雨水处理、污泥峰值产量等因素，按日均污水产泥量的1.2倍

化焚烧厂与污水处理厂合建或靠近，一方面可以减少湿污泥的输 送成本，另一方面干化焚烧过程所需的冷却和洗涤用水可采用污 水处理厂的出水，产生的污水可回到污水处理厂进行处理。 厂址选择时，应明确污泥焚烧处理产生的炉渣及飞灰的 出路。 四、总平面布置原则 污泥焚烧厂应以干化烧厂房为主体进行布置，其他各项设 施应按照污泥处理流程及各组成部分的特点，结合地形、风向 用地条件，按功能分区合理布置。 污泥的接收、储存和输送设施以及干化焚烧生产区域应与厂 内办公区和生活服务设施隔离DB52T 1018-2015 西南红山茶籽和怒江山茶籽，总平面布置应有利于减轻污泥运 输、储存和处理过程中的恶臭、粉尘、噪声等对周围环境的影 响。生产区域布局应考虑检修空间。 厂区内应合理安排绿化用地，绿地率应满足规划和绿化 要求。

一、污泥热十化的作用 根据污泥干化后的含水率，污泥干化可分为半干化和全干 化。将污泥干化至含水率高于15%常称为半干化，实际应用中， 半干化常见于将污泥干化至含水率为30%～60%；将污泥于化 至含水率低于15%时常称为全干化，全干化常见于将污泥干化 至含水率为10%左右，最低可达到5%。 作为污泥处理的重要技术手段，热干化有如下作用： （1）显著降低了后续处理处置的污泥量，相对于含水率 80%的脱水污泥，若干化至含水率10%左右，则干化后的污泥 以下简称“干化污泥”）量仅为原来的约1/5，有利于减少后续 诸存、输送和处理处置的成本； （2）干化过程去除了污泥中的部分水分，提高了污泥的热 值，为后续在焚烧炉中焚烧创造了条件，使其具有了热能回收利 用的价值； （3）干化过程可杀灭污泥中的部分病原菌，有利于后续通过 土地利用实现资源循环。 热干化的局限性主要包括： （1）投资成本较高； （2）因能耗较大，运行成本较高； （3）设计或运行不当时可能引发安全问题，如火灾和 爆炸； （4）未经稳定化处理（如厌氧消化）的污泥干化产品，其稳 定性是暂时的，储存和处理不当会滋生微生物，产生臭气。

1.加速阶段 污泥预热升温，同时有少量水分被汽化。污泥温度和干化速 率快速增大至恒速阶段的水平。加速阶段通常时间较短，去除的

主要是间隙水（自由水）。 2.恒速阶段 污泥颗粒表面水分持续蒸发的同时伴随着内部水分不断补充 到表面：污泥颗粒表面完全浸于液态水的包裹中，吸收的热量全 部用于水分蒸发所需潜热，污泥和气体界面的温度保持不变（为 显球温度），干化速率较高且为恒定值。这一阶段去除的是污泥 的间隙水（自由水）。 3.减速阶段 随着水分的蒸发，当污泥颗粒表面不再全部浸于液态水中 时，污泥内部水分的扩散速率小于表面水分的蒸发速率，污泥表 面逐渐变干，热介质传递显热给污泥的速率高于污泥吸收水分蒸 发所需潜热的速率，污泥温度开始上升。即吸收的热量一部分用 于水分蒸发，一部分用于污泥升温，干化速率逐渐下降。含水率 越低，于化速率越小，直至含水率降至平衡时的含水率。减速阶 段去除的主要是毛细水和表面吸附水

污泥储存和输送系统主要包括料仓、污泥泵、污泥输送机 等；热源供给系统主要包括热介质的产生和输送设施，如余热锅 炉、电厂等废热蒸汽输送设施；干化系统以各种类型的干燥机为 核心；尾气净化与处理系统主要包括干化后尾气的除尘、冷凝和 除雾等设施；十化污泥冷却/输送系统，当十化污泥需要长时间 密闭储存时，需要设置冷却设施将十化污泥冷却至50℃以下， 输送设施主要包括输送螺旋、链板机和斗式提升机、皮带输送机 等；臭气处理系统，污泥后续进行焚烧处理时，干化单元产生的 不凝气和污泥储运系统收集的臭气送至焚烧炉燃烧处理，不具备 燃烧处理条件时通过化学、生物等除臭设施处理；电气仪表自控 系统包括满足系统运行、监测控制要求的电气和控制设备：；辅助 系统包括压缩空气、给水排水等系统。 污泥进行热干化前常进行机械脱水，将含水率降至80%左 右。在热干化时，部分工艺直接将脱水污泥泵送至干燥机，为避 免污泥结团，部分工艺将一定比例的十化污泥与湿污泥混合进料 至干燥机。干化尾气的处理应满足排放或后续处理的要求。例 如，当干化尾气进入焚烧炉处理时，应满足一次风机对水分和固 体颗粒含量的要求，并与焚烧炉风量需求相匹配。干化污泥则进 行造粒、装袋等必要处理后进行储存或输送至后续处理单元（如 焚烧）。 2.污泥热干化的典型工艺 热干化工艺的核心功能是传递热量和蒸发水分。根据主导性 专热方式的不同，污泥热干化工艺可分为以下三种类型： （1）对流式热干化 热量通过热气体介质与物料进行直接接触而传递给物料的干 化方式，加热方式可以采用直接（热源直接作热介质）或间接 热源间接对热介质进行加热）方式。对流式干燥机主要包括转 鼓式、流化床式、带式、喷雾式等。在对流式热干化系统中，热 介质（同时也是工艺气体）的作用有两个：提供十化热量和带走

蒸发的水分。因此，十化时蒸发的水分和产生的挥发性气体与热 介质混合在一起。 对流式热干化系统，污泥进料时需要通过挤压等方式形成条 状，或通过部分干化污泥返混至含水率40%及以下。 出于安全考虑，作为热介质的气体需要控制氧浓度（<8%） 可通过循环部分干化尾气来实现，必要时需要通入惰性气体。 （2）传导式热干化 热量通过间接的热交换表面从热介质转移至物料的干化方 式，加热方式均为间接加热。传导式干燥机主要包括圆盘式、浆 什式、薄层式等。在传导式热十化系统中，热介质与物料不直接 接触，通过加热与物料直接接触的金属表面即换热面将热量转递 给物料。有的传导式热十化不需要工艺气体，直接将尾气抽离十 燥机（可漏入少量空气），如圆盘式、薄层式；有的需要通入一 定量空气作为载气携带水蒸气离开干燥机，如桨叶式。对于传导 式热十化，离开十燥机的尾气由干化蒸发的水分、少量挥发性气 体、少量颗粒物和部分空气组成，相比对流式热干化尾气产生 量少。 （3）辐射式热干化 热量通过电阻加热、微波加热、红外线、太阳能辐射等方式 以辐射能的形式传递给湿物料。辐射式热干化主要包括太阳能干 化、微波干化等。 除上述几大类干化工艺之外，还可采用联合或复合干化方 式，即两种不同的干化方式叠加，或在干化过程中同时复合使用 对流、传导或辐射于化的多种于化原理。如，部分流化床热化 工艺采用蒸汽或导热油盘管加热流化污泥和空气，属于对流和传 导复合式热干化工艺。 二、典型热十化设备 近年来，国内外应用较多的污泥干燥机主要包括流化床、转 鼓式、带式、圆盘、桨叶和薄层干燥机。

带式干燥机可采用的热空气温度范围较广，可以自常温至 180℃。污泥烘干过程可通过以下三个参数进行过程控制：输入 的污泥流量、烘干带的输送速度、输入的热能；适用于污泥半干

桨叶十燥机具有自清洁功能，污泥在旋转的楔形桨叶的斜面 间移动，产生剪力，起到清洁桨叶表面的作用；反向运动的轴使 物料离开槽壁，通过每个浆叶前端的翼片清洁槽壁。此外，这种 没计比盘片或单轴设计有更高的热传导效率。楔形的浆叶和互相 齿合的双搅拌器，让每个浆叶周围都可以产生良好的混合效果， 使得更多的物料颗粒可以直接接触热传递表面，增加热传递效 率，减小设备体积。浆叶干燥机适用于污泥半干化和全干化，在 国内多用于半干化，半干化时其水分蒸发能力通常高于 10kgHz0/（m²·h）。较长的污泥停留时间（可长达4h）有利于 杀灭病原菌。浆叶干燥机与圆盘式干燥机最大的不同在于其特有

料；4）后返输送叶片，位于十燥机出口附近，使十化后的物料 后返，顺利从干燥机中排出。叶片由螺栓固定，叶片配置可根据 来泥的性状和处理量的变化进行调整。脱水污泥从进料端进入干 噪机，转子的进料叶片将湿污泥均匀分布于热壁上，后续的混合 和输送叶片将污泥以高度混合的螺旋状沿热壁通过干燥机，在这 个过程中实现水分的蒸发。污泥在薄层干燥机的停留时间为 4min～10min，可通过转子转速和叶片配置进行调整。离开干燥 机的干化污泥通常为80℃～95℃，呈小颗粒或粗颗粒状，通常 不需要进行造粒处理。由于停留时间较短，薄层干燥机的启动和 亭机较为方便，可在1h内完成。薄层干燥机的控制较简单，通 过调整进泥量、给热量、叶片布置方式达到设计的十化污泥含水 率，需要注意的是，叶片布置方式的调整只能在停机检修时进 行。在选用薄层干燥设备时应充分考虑进泥含水率和泥量的波 动，以及后续处理环节对十化污泥含水率波动的充许范围 薄层十化可用于污泥半十化或全十化。由于热壁界面的传热 生能优异，薄层干化的热效率通常较高，水分蒸发能力为 25kgHz0/（m²：h）~65kgHz0/（m²：h），主要取决于干化污泥含 水率。当十化至含水率显著低于黏滞区的含水率下限时，物料在 十燥机内无法以形成薄层的形式进行水分的快速蒸发，热壁与污 泥的接触面显著降低，此时需要设置更大的传热面积以弥补传热 速率的下降。因此，薄层十化多数情况下用于污泥半十化，十化 污泥含固率不超过70%，水分蒸发能力一般为25kgHO/（m：h）~ 35kgH，0/（m²：h）；污泥全干化时常用于处理量较小的项目 与圆盘和桨叶式干化相比，其主要差异为：转子转速更高，停留 时间较短。 三、工艺设备选择原则 在十化工艺和设备选择时，应综合考虑两方面因素。一方面 是工程特点和实际需求，包括：热源情况、污泥干化规模、泥质 泥量变化情况、干化产物及后续处理处置需求、环保要求等。另

方面是主流热干化工艺和设备的特征，包括：安全性、抗波动 能力、处理附着性污泥能力、运行灵活性、系统复杂性、占地面 积、尾气特征、设备寿命与维护需求、运行和投资成本等因素。 1.安全性 污泥富含有机质，在干化过程中可能自燃、焖烧，甚至爆 炸。对工艺安全性具有重要影响的要素及其限制指标分别为粉尘 浓度、氧含量和物料温度。粉尘浓度与干化程度和干化污泥粒 径、密度等性状有关。氧含量与工艺类型有关，采用密闭系统的 热传导型十燥机，运行时所形成的氧含量通常较低，可控制在 5%以下；对流式干燥机通过工艺气体循环可控制氧含量小于 10%，当运行需要控制更低的氧含量时，需通人惰性气体。物料 温度与具体工艺有关，一般不高于100℃。 2.抗波动能力 不同污水处理厂的污泥性质存在差异，同一污水处理厂脱水 污泥的含水率可能因为脱水运行情况出现波动，近远期服务对象 的变化也会导致进泥泥质变化。干化设备在保证出泥品质的前提 下充许这种波动发生的范围越宽，则抗波动能力越强。 3.处理附着性污泥能力 含水率40%～60%的污泥具有很强的黏滞性，附着在干化 设备上会增加能耗，严重时甚至会引发事故。干燥机处理附着性 污泥的性能存在差异，选择干化设备时需要根据工程的干化含水 率需求，结合干化工艺特征（如是否干泥返混）考虑对干化设备 处理附着性污泥能力的需求。 4.运行灵活性 不同的污泥处理处置方式对污泥的含水率要求不同。部分工 程可能需要在运行过程中根据需要调整干化污泥的含水率。干化 设备选择时应考虑其含水率调节能力是否满足工程需要。例如 部分传导式干燥机（如桨叶式、薄层式）可在一定范围内调节干 化污泥的含水率。

5.系统复杂性 简洁的系统构成便于操作管理，可有效降低维护费用，但某 些时候，需要根据工程需要权衡设备性能和其复杂性。 6.占地面积 土地是宝贵的资源，尤其在场地受限时，需要充分考虑设备 的集约程度，在相同处理能力的条件下尽可能少占地。 7.尾气特征 系统排放的废气等污染物必须满足相关环境标准要求。选择 干化设备时，应充分考虑其尾气量、处理难度以及处理方案的可 行性。例如，当后续进行焚烧处理时，尾气中的不凝气可通入焚 烧炉燃烧处理；当没有燃烧设施时，不宜选择尾气量较大的对流 式干燥机。 8.设备寿命与维护需求 干燥机的寿命和维护需求与干化含水率和设备构造相关。干 化污泥含水率越低，设备中与干污泥接触的部位越易磨损；不同 干燥设备的检修内容、检修频率和时间需求、部件寿命等有所差 异，进口设备还需考虑部件更换周期、长期可获得性等因素。 9.运行和投资成本 污泥处理项目属于市政基础设施，本身盈利能力不强或者不 盈利。污泥项目中设备投资占工程投资的75%～80%，因此工 艺选择应综合考虑设备价格、性能和寿命；此外，污泥热干化是 高能耗工艺，不同类型设备的基本能耗有差异，且对泥质的适用 范围也不同，应尽可能在了解泥质的基础上合理选择，以便控制 工程投资和运行成本。

、基本要素 在污泥干化工艺设计时，污泥含水率、湿度和温度变化对于 干化工艺设备的选择以及确定干化设备的化能力、王化速率

专热速率等设计内容非常重要。 1.污泥含水率 污泥含水率通常以水分在湿污泥中的质量百分比表示。污泥 通过干化可实际达到的最低含水率取决于干燥机的设计和运行、 进料污泥的含水率和污泥的化学组成。全干化工艺可将含水率降 至15%以下，最低可达到5%。污泥干化后进行焚烧时，通常根 居原泥的干基热值和入炉的热值要求干化至含水率30%～60%： 或干化至30%左右后与一定量湿污泥混合至设定的入炉含水率。 进泥含水率对于干化系统是非常重要的参数。在干化污泥含 水率确定的情况下，进泥含水率越高，意味着单位污泥处理的能 毛更高，投资更大。 2.湿度 湿度是指空气中水蒸气的含量，是表示空气干燥程度的物理 量，湿度对于干化速率起重要作用。污泥热干化过程是水分由液 相转移到气相的过程，其传质推动力为湿物料与气相界面处的气 体含湿量与气相含湿量的差值。传质速率（干化速率）可表 为：

后通常不高于100℃），温度差更多取决于热介质的温度。 对流式热干化的传热速率可用下式表示：

式中：q对流 对流传热速率（kJ/h）； A 湿物料与热气体的接触面积（m²）； he 对流传热系数[kJ/（m²·h·℃)]; tg 气体温度（℃）； t 湿污泥在与气体接触界面处的温度（℃）。 传导式热王化的传热速率可用下式表示：

通常，上述公式中确切的传热系数并不容易确定，在设计 所估算的数值与实际情况可能具有较大的偏差。要获得较准码 设计参数，最有效的方法是以实际物料模拟实际运行条件进 验测试，王化设备供应商通常具有测试能力并能提供服务。

式中W 蒸发水量（kg/h）； G湿基 干化系统的湿污泥处理量（kg/h）； G 折算为干基的污泥处理量（kg/h）；

W)一一干燥机进泥的含水率（%）； W2一一干燥机出泥的含水率（%）。 （2）能量需求 蒸发污泥中的水分是一个耗能的过程。耗能的多少主要取决 于水分的蒸发量。因此，污泥干化前通常进行脱水，降低后续干 化过程的蒸发量和能耗。水分蒸发所需的热能是干化系统的基本 能耗，包括： ①污泥中固体和水分加热到干污泥离开干燥机时温度所需 的热量； ②将污泥中的水分加热至蒸发温度所需热量以及汽化水分 的潜热； ③将废气（包括水分蒸发形成的水蒸气）加热至排放温度 所需的热量； ④抵消热损失所需的热量。 除此之外，还会产生其他的能量消耗，与工艺及相关条件有 关，如： 热源：热源的类型、传输、储存、利用的条件； 物料：污泥黏度、有机质含量等； 工艺：工艺类型、流程、干燥机种类、是否进行能量口 收等。 以上三个方面条件的不同，导致了十化系统在能耗方面的差 别。这一差别有时非常之大，不经分析或验证很难判断其实际能 量消耗。以上所有热量均由热介质提供，如热空气、蒸汽、导热 油等。污泥热干化的基本能耗一般为2800kJ/kgH2O～4100kJ/ kgH2O，与十燥机设备类型、具体工艺形式、运行工况等相关。 除了热能消耗，热干化设备及其辅助设施的运行均需要电能 驱动，通常为70kWh/tH2O～110kWh/tH20，与十燥机类型 运行工况等相关。 热能和电能消耗均随着干化污泥含水率的降低而升高。

（3）工艺气体量 工艺气体流速是十燥机设计的重要参数之一。工艺气量的大 小取决于工艺本身所采用的热交换形式。 在对流式热干化系统的设计中，依赖气体所携带的热量来进 行干化，因此气量较大。根据气体与物料两种介质的流向关系： 可分为并流、逆流与混流（错流）三种。采用热气体与物料并流 的方式能够在进料端快速进行热传递，减少了介质穿过十燥机的 热损失，因而在传热效率和减少热损失方面更具优势。此外，这 冲方式也避免了逆流情况下出料端干污泥接触高温气体而产生挥 发性臭气物质。全干化系统中，载热气体宜选择惰性气体，并严 各控制氧气的含量。热传导为主的系统，部分工艺需要通入一定 量的工艺气体携带水分离开干燥机，需要的气量少于对流式热干 化系统

第四章污泥热干化的附属系统

在污泥干化系统中，干燥机是核心设施，除此之外，干化系 统还需要具备以下功能：湿污泥的储存和输送、尾气处理、干化 污泥输送、储存和（或）造粒等

第一节湿污泥的储存和输送

一、湿污泥的接收和储存 外来脱水污泥常为车载输送，为了量化管理，应在厂区物流 入口和出口处设置汽车衡（地磅）。汽车衡的规格应不低于运输 车最大满载重量的1.7倍。车载污泥进厂后，通过卸料平台将脱 水污泥卸入接收仓内。污泥接收仓应不少于2个，单个接收仓的 有效容积应不小于运输车最大满载量的2倍，并根据车流密度设 置卸料口数量。为避免臭气外溢，污泥接收仓应为全封闭式，设 有卸料仓门，并保持仓内微负压状态。 广区应具备一定的湿污泥储存空间，以确保生产系统连续运 行，湿污泥料仓的有效容积通常按2d～7d的处理污泥量确定 一般大厂取低值，小厂取高值。 湿污泥料仓应为密闭式，并保持微负压状态，以防止有害气 体逸出。湿污泥容易抱团结块，因此料仓内应设置相应的破拱滑 架设施。湿污泥料仓应设置料位检测仪。湿污泥在储存过程中会 进行厌氧反应，产生可燃和有害气体，应在料仓设置CH.、H29 检测仪和报警仪。 二、湿污泥的输送 污水处理厂一般采用常规机械脱水工艺，脱水污泥的含水率 通常为75%～80%，若进行深度脱水，则污泥含水率可低至

60%。脱水污泥的性状通常为黏稠的半流动性或半塑性，靠重力 无法在管道中流动，可进行有压管道输送，常采用螺杆泵或柱 塞泵。 脱水污泥输送系统最常采用的螺杆泵为偏心螺杆泵，适用于 短距离、小流量、输送压力低的连续输送污泥的场合，其水平输 送距不宜大于200m，垂直临界输送距离为50m，压力可达到 4.8MPa，泵的工作部件定子和转子为易损件，通常0.5年～ 2年需要更换1次；柱塞泵适用于较长距离、大流量、输送压力 高、连续精确输送污泥的场合，输送距离可达400m～500m。采 用螺杆泵和柱塞泵输送污泥时，其含水率宜大于75%。 脱水污泥还可采用螺旋和卡车等无压输送方式。其中，螺旋 输送适合短距离、低扬程的输送。螺旋输送可用于含水率为 60%～85%的污泥，输送距离宜小于25m，输送高度宜小于8m， 单台设备只能实现水平或倾斜方向的输送，对于含水率80%左 右的污泥，螺旋输送倾斜角不宜大于25。螺旋输送机常用来辅 助污泥泵将接收仓的污泥送入料仓，以及将料仓的污泥送入干化 系统。当污泥脱水机房和污泥干化设施距离较远时，则不可避免 使用卡车进行公路运输，污泥运输车应具有自卸功能且密封性能 良好，防止臭气散逸。 与未脱水污泥的输送系统相比，脱水污泥的输送系统比较复 杂且维护检修需求较大。设计时应尽量利用脱水工艺前的污泥泵 送系统解决最大的输送需求，减少后续工艺对脱水污泥的输送 需求。

、尾气处理流程 污泥干化过程产生的尾气，主要是水蒸气、空气和少量污染 物（如粉尘、挥发性有机化合物和氨等混合物）。尾气中所含污 染物的种类和浓度取决于干燥机内的温度、污泥停留时间和泥质

污泥王化尾气处理的常见工艺流

二、十化污泥颗粒和粉尘的分离 对流式热十化工艺，由于部分十化污泥颗粒与尾气一同离 开干燥机，在干燥机后应设置分离器、过滤器等将污泥颗粒 粉尘和气体分离，如流化床十化工艺中常采用旋风分离器。在 分离十化污泥颗粒时若采用织物类过滤器，为延缓堵塞，应避 免尾气温度变化频繁跨越气体露点温度，必要时需安装再热 装置。 传导式热干化工艺，可根据尾气中粉尘情况考虑是否需要旋 风除尘等粉尘截留设施，桨叶、薄层等常见工艺的尾气中粉尘含 量较低，若后续采用洗涤降温工艺，则洗涤过程可同时达到去除 粉尘的目的。 三、水蒸气的冷凝 尾气中含有十燥过程蒸发出来的大量水蒸气，应设置相应的 令却和除雾装置，冷凝并去除尾气中的水分，兼有除尘作用。冷 却水可采用再生水。 尾气冷凝的方式有两种：一种是直接冷却，即喷射冷却水使 之与尾气直接接触：另一种是间接冷却，采用循环冷却水系统 更冷却水在换热器和冷却塔之间循环。直接冷却会产生大量冷 水和冷凝水的混合污水；间接冷却则仅需处理少量的尾气冷凝水 和循环冷却排污水。 对于污水处理厂内的十化工程而言，再生水的获得和尾气冷 疑水的处理都较为便利，尾气冷凝可采用再生水，产生的污水口 非入污水处理厂进水端。当上述便利条件不具备时，污水通常需 要排放至市政污水管网，其温度和污染物浓度应符合现行国家标 准《污水排入城镇下水道水质标准》GB/T31962的相关规定 必要时应单独进行处理。 水蒸气冷凝所需的热交换量主要取决于需要的排气和排水温 度。尾气的冷凝过程中，每吨水蒸气冷凝所需冷却水量为30t~ 50t，主要取决于洗涤水和排水的温差选择

四、冷凝水的处理 尾气冷凝所形成的冷凝水水质取决于污泥泥质、是否经 过其他处理（如厌氧、好氧稳定化）以及污泥十化时的温度。 例如，十化温度较高可促进氨和挥发性有机物的释放，使冷 疑水中氨氮等浓度升高。通常，传导式热十化的氨浓度显著 高于对流式热干化。尾气冷凝水的BOD，和COD浓度与干燥 机种类并不直接相关，主要取决于尾气的粉尘含量。 污泥干化冷凝水的量和污染负荷对于相对应的污水处理 厂影响较小。当污泥集中干化处理时，干化设施处理的污泥 来自多座污水处理厂，干化冷凝水的负荷对于某一座污水处 理厂可能无法忽略，需进行核算，必要时应设置单独的处理 设施。 冷凝水中含有恶臭物质，应密闭排放。 五、臭气的处理 1.臭气处理原则 干化尾气经冷凝后残留的不凝气中含有挥发性有机化合物、 硫化氢、氨等臭味气体，属于中高浓度臭气；污泥接收仓、料仓 和十化污泥输送等密闭设施产生的臭气浓度较十化不凝气略低、 气量略高，常与干化不凝气一同进行臭气处理。上述两种臭气应 负压收集，宜送入焚烧炉焚烧，后续没有焚烧设施时常进行化 学、生物等组合除臭。 接收仓车间、干化车间应封闭并进行换气，换气产生的臭气 属于中低浓度臭气，气量较大，一般单独进行生物除臭处理。车 间内部宜设置活性炭吸附等臭气处理装置。 上述臭气经处理后排放的污染物浓度应符合现行国家标准 《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918和《恶臭污染物排 放标准》GB14554的有关规定。 臭气收集与处理系统应根据气体流量大小、污染物浓度高 低、气体源间歇或连续等特征合理分区配置

2.常用除臭技术 常用的除臭技术包括燃烧法、化学洗涤法、生物滤池法、离 子除臭法、吸附法等。 （1）燃烧法 燃烧法，即高温氧化，在760℃以上焚烧是去除挥发性有机 化合物的有效手段之一。当污泥十化后设有烧处理单元时，十 化尾气经冷凝后的不凝气，以及污泥接收、储存和输送环节收集 的臭气可由风机直接送入焚烧炉处置。对于产生不凝气较少的传 导式热十化，当后续不设焚烧设施时，部分工程将十化不凝气输 送至锅炉进行燃烧处理；采用间接加热的对流式热干化也可采用 这种做法，其弊端是易弓引起燃烧器腐蚀， 当没有条件通过燃烧处理臭气时，常采用化学洗涤、生物滤 地等组合除臭工艺，以下仅对较常用的除臭方法进行简要介绍 具体工艺的选择和组合方式应分析臭气组成和特性后合理确定 （2）化学洗涤法 化学洗涤，也可称为化学吸收，利用酸碱等化学药液与臭气 成分发生反应来实现除臭。一般酸洗可以去除氨气和胺类等碱性 恶臭物质，碱洗则适合去除硫化氢、低级脂肪酸等酸性恶臭物 质。化学洗涤过程通常在填料塔、板式塔或喷雾塔等装置中进 行，用于干化尾气处理时常作为除臭的首要环节。 （3）生物滤池法 生物滤池法是指将收集的臭气经加湿处理后通过长满活性微 生物的生物填料滤层，利用填料中微生物对臭气成分的吸附、吸 文和降解，达到除臭目的。常用的滤池填料有海绵、干树皮、干 草、木渣、贝壳、果壳等。生物滤池法运行能耗少，比较经济： 缺点是占地面积大。生物滤池常与化学洗涤联用，形成除臭组合 工艺。 （4）离子除臭法 离子除臭法利用高压脉冲放电等离子发生装置，使气体分子

在高能电子的瞬时高能量作用下分解为单质原子、基团，产生大 量自由基，作用于某些臭味气体分子的化学键，使其直接氧化分 解为H2O、CO,等小分子，从而达到除臭目的。离子除臭法反 应迅速、适用于臭气中难降解物质的处理，常用于低浓度臭气， 投资成本较高。用于干化尾气处理时，常作为化学、生物处理后 的末端除臭环节。离子除臭对臭气的作用主要为氧化作用，故该 环节也可用催化氧化等其他氧化方法代替。 （5）吸附法 吸附法是利用多孔固体吸附剂吸附臭气成分实现脱臭的方 法。目前国内外应用最广泛的吸附剂为活性炭，化学催化模块吸 附法近年来也有应用，即将具有强吸附能力的材料（如活性炭） 与催化剂、陶瓷等材料压制成蜂窝状模块用于吸附臭气。吸附法 具有较高的除臭效率，但由于吸附容量固定，饱和后必须进行再 生或更换，故运行成本相对较高。用于干化尾气处理时，常作为 化学、生物处理后的末端除臭环节

一、干化污泥输送和储存 干化污泥的输送和储存要充分考虑不同干化程度的产物特 征，尤其是含水率、颗粒大小和产品温度。 半干化污泥仍含有大量水分，会再度滋生微生物，造成温度 上升，引起安全和臭气问题；此外，半干化污泥易发生板结、桥 架，应避免长时间储存；长时间密闭储存时，应设置防板结设施 （如除湿、保温），设置温度、CO）监测仪和报警仪，并根据污泥 性状、储存体积等合理设置储存仓的温度控制限值（国外大型干 化污泥储存仓温度小于50℃），超温时应采取防燃爆措施 全干化污泥易产生粉尘，储存和输送时应采取有效措施避免 形成自燃和爆炸性环境，可配置惰性气体（如N2）以备应急 使用。

干化污泥的输送可采用螺旋、刮板、皮带、气力等输送方 式。采用气力输送时，应考虑因产物中含纤维而可能造成堵塞， 干化污泥易产生臭气，宜密闭输送。干化污泥储存仓和输送设施 易腐蚀和磨损，宜选择合适型号的不锈钢或陶瓷材质。此外，含 水率40%～60%为污泥黏滞区，污泥输送困难，在干化工艺设 计和运行中应尽量避免产生和输送该含水率区间的污泥。 二、干化污泥造粒 干化后的污泥通常呈小颗粒状，或在工艺末端经造粒成球 状。未经造粒的干化颗粒易产生粉尘。干化污泥是否需要造粒取 决于后续的输送、储存和处理处置需求。例如，当干化污泥不进 行长时间储存、后续进行流化床焚烧时，一般不需进行造粒；当 干化污泥后续进行热解气化，且气化工艺对进料颗粒尺寸、硬度 等有要求时，需进行造粒。 造粒是利用物料的自粘性或外加粘结剂，通过强制方式（如 挤压、离心力、气流冲力等）使固体物料相互粘结，形成具有 定形状、粒度均匀的颗粒群。常见的污泥造粒机包括螺杆挤压造 粒机、干法辊压式造粒机、摇摆式造粒机等。造粒机易磨损，应 注意维护

第五章污泥热干化的运行管理

量是否与输送设备（如螺杆泵）的转动频率相对应；干燥机电机 电流、人流热介质参数（如蒸汽压力、流量）、机壳温度；工艺 气体离开干燥机的温度、洗涤塔等尾气处理设施的出口温度、工 艺气体流量、进入后续处理单元的不凝气流量；风机电流；冷凝 水（采用蒸汽为热介质时）箱水位及变化趋势。 现场巡检人员的主要任务是确认各设备的状态是否正常，以 及状态参数是否与实时监控信息一致。巡检内容主要包括：螺 旋、螺杆泵等输送设备运转情况；干燥机热介质进出状态（如热 媒为蒸汽时，确认疏水阀前后压力和温度）；轴前后油箱油位： 干燥机内压力；干燥机取样口门内污泥状态（质地、颜色、形状 是否正常等）；干燥机顶部观察口内整体污泥分布状态：风机运 转情况（运行参数、声音及转动轴状态等）；冷凝水（采用蒸汽 为热介质时）箱水泵运转情况（运行参数、声音等）。 二、维护 为保障稳定运行，应制定设备维修保养计划，包括设备使用 状况表，易损件应备有及时更换的备件；定期安排必要的维护检 修工作，同时检查并记录污泥干化系统各部的磨损状态。做好大 小修的工作计划，并严格执行相关的检修工作制度。 1.日常维护 十化系统在不停机状态下的日常维护内容主要是检查和清 理。检查各单元设备状态是否正常，确保其振动、声音、电流等 状态参数处于正常范围，设备润滑良好、连接部件无松动或脱 落、密封部件无变形或磨损、易磨损部件的磨损程度可控、输送 环节无堵塞等；当发生堵塞、松动、漏油、漏泥等故障时，及时 采取疏通、加固、清理和维护等相应措施。 2.停机维护 干化系统需要定期停机维护NY/T 2738.2-2015 农作物病害遥感监测技术规范 第2部分：小麦白粉病，应根据相应设备的维护保养手 册开展维护和修理工作。如：各电气传动设备应定期更换、添加 润滑油或润滑脂；按时清理物料循环流程中积累的粉尘、死角中

硬化的湿污泥。虽然清理过程耗时较短，但停机（包括冷却）和 启动也需一定的时间，因此停机维护是影响干燥机年有效运行时 长的重要因素。 大型干燥机每年至少需要主动停车大修1次，停车时间根据 需要确定。维护和修理的具体内容主要取决于干燥机的类型，如 圆盘式、浆叶式等干燥机具有众多精密机械部件，需进行润滑， 调整间隙避免热流体泄漏等维护工作；带式干燥机需调整带子的 位置和张力等。 干燥机故障时必须停机进行修理维护。无论何种类型的十燥 机，磨损是停机的最常见原因。对于盘式和桨叶式干燥机，其盘 片或浆叶同时承受热力作用、磨损和腐蚀（若采用蒸汽作为热介 质）。对于直接加热式的转鼓燥机：磨损问题主要集中在干污 泥回流设施中的破碎机、振动筛和混合器，因此对易磨损部件应 准备备用件。 输送系统故障是影响干化焚烧工程稳定运行的常见原因。干 化污泥输送设施是易磨损单元，应定期检查和维护，其敏感部件 应定期进行抗磨损维护或更换磨损部件。 干化系统修理时应按照安全操作规范进行。如：进入容器进 行检修前，必须采取有效通风措施，确保有害气体排除、氧含量 大于19%，且容器外面有专人接应；检修任何机器都必须切断 其电源，并挂上“禁止合闸”等警示牌；现场必须照明良好，所 有井、坑、孔及洞均覆盖与地面平齐的坚固盖板

、监测与检测需求 监测和检测的目的是获得工艺运行的相关数据并根据这些数 据对工艺参数进行调节，以实现对工艺运行过程的全面把握和控 制。根据具体目标，污泥干化系统的监测与检测需求可分为以下 四类：工艺性能控制、安全控制、达标排放控制、运行成本控

、监测与检测内容 1.污泥干化系统中，干化污泥含水率宜在线实时监测。以 下内容应在线实时监测： 流量：污泥（质量或体积）、工艺气体、热介质、尾气等物 充流量。 压力：干化系统压力、洗涤器/过滤器（若有）的压力和 玉降。 温度：干化污泥、热介质、尾气处理流程中的各节点、余热 利用设备进出口的温度。 气体：十燥机内氧含量。 2.应定期取样检测的内容包括： 进泥性质：主要检测含水率。 干化污泥性质：主要检测干化污泥含水率（当没有条件在线 监测时），考虑到后续处理处置需求，可能还需检测挥发性固体 含量。 3.进泥含水率、干化污泥含水率与干化工艺控制密切相关， 进泥含水率应每天检测不少于1次；干化污泥含水率不仅与干化 性能直接相关，还决定了后续处理环节所接收物料特性（如后续 进行焚烧时，干化污泥含水率对人炉污泥含水率和热值控制至关 重要），应尽量在线实时监测，当没有条件在线监测时，宜每2 小时检测一次，每天检测不应少于2次

一、污泥烧的作用 烧（或燃烧）是在高温和充足氧气的条件下，燃烧物中可 燃成分与氧急剧反应形成火焰并放出大量的热和强烈的光的过 程。燃烧过程减少了燃烧物的质量和体积，在物质上最终将其转 化为情性气体和灰渣。 污泥焚烧，即污泥中的有机质进行燃烧，产物是灰渣和烟 气。灰渣主要由污泥中不参与燃烧反应的无机矿物质组成（包括 不易挥发的重金属类），也可能含有少量未燃尽的残余可燃物， 流化床焚烧炉的灰渣也包括炉底排出的废弃床料。灰渣中被烟气 狭带的固体颗粒（含有易挥发的重金属类）通常称为飞灰，除污 泥中的无机矿物质外，飞灰中还含有烟气净化的药剂和材料，以 及吸附的气相再合成的二嗯英类等污染物。烟气以N2、2、 CO2、H,O为主，还含有少量的悬浮颗粒物（TSP）、NO、 HCI、SO，和不完全燃烧产生的CO等。污泥焚烧释放的热量主 要以高温烟气为载体。 作为一项污泥处理技术，焚烧具有以下作用： （1）去除了水分和挥发性固体，实现了污泥的充分减量； （2）处理速度快，集约高效，节省占地； （3）杀死污泥中病原体，产物充分稳定化和无害化： （4）不属于危险废物的灰渣可进行建材综合利用： （5）焚烧是利用污泥热值的过程，产生的热量可回收利用 如用于污泥热干化）。 污泥焚烧的局限性主要包括：

（1）焚烧前多进行热十化，由于脱水污泥的含水率较高，我 国污泥有机质比例和干基热值低于发达国家，从焚烧过程中回收 的热能尚无法补足污泥热干化的热能消耗，没有多余的热能来发 电或用于其他用途，可能还需要额外的热能补充； （2）焚烧系统较复杂，建设投资成本较高； （3）系统运行和维护人员的专业性要求较高； （4）干化、焚烧、烟气净化过程需要消耗能源、药剂和材料 等，运行成本较高； （5）污泥焚烧的公众接受程度有待提高，易受到“邻避效 应”制约。 二、污泥焚烧原理 污泥焚烧过程可分为以下三个阶段：第一阶段，污泥与热空 气接触，水分蒸发而干化，继而分解出挥发性物质并快速达到燃 点；第二阶段，污泥在烧炉中持续燃烧；第三阶段，燃尽并转 化为灰渣。 污泥组成复杂，主要含有C、H、O、N四种元素，少量S、 Cl、P和多种金属等，以及其他惰性物质。在进行焚烧过程分析 时，需要对这些元素的去向（气相、液相、固相）进行假设。不 充分的混合、对平衡状态的假设、传热和反应时间的限制以及其 他因素可能使得实际的物质流向复杂化，燃烧产物成分不确定化 在典型的氧化性燃烧环境中，通常采用如下基本原则进行假设： 单质或有机碳：C十(2→CO2 在实际系统中，一部分碳会不完全氧化，以未燃烧的可燃物或 炭的形式存在于固相，或以碳氢化合物和CO)的形式存在于气相。 无机碳（碳酸盐或碳酸氢盐）可分解释放为CO2或留在灰 分中，取决于反应温度。例如，碳酸钙的分解温度为825℃～ 897℃，在污泥焚烧过程中可能产生分解；碳酸钠的热分解温度 为1744℃，在污泥焚烧过程中不会分解，但在851℃会发生 熔融

单质或有机氢：H十O2一→H20 无机化合物中的氢可以多种形式释放出来，取决于温度。例 如，500℃～600℃时，Ca（OH)，→CaO+HO。 与非金属元素（C、H、P、S或N）或金属结合的氧通常假 没其化学反应规律与02相同，反应后形成氧化物。 氮通常以N²的形式释放出来（伴随极少量的NO和NO,）。 还原态有机、无机硫或单质硫：S十0，一→S02，一小部分 可继续氧化为SO3。 氧化态有机硫（例如SJ 50597.36-1995 导体集成电路 JC54HC08、JC54HC11、JC54HC32、JC54HC86型HCMOS门电路详细规范，磺酸盐）一→SO2和或SO3。 氧化态无机硫（SO，SO）可能以SO或SO的形式释 放出来，取决于温度。 有机磷（例如，在某些农药中）十2一→P20; 无机磷可以多种形态残留，取决于温度。 有机态的氯或溴易作为氧化剂发生反应与氢结合→HCl， HBr（HBr可能进一步转化一一→>H2十Br2） 无机态的氯和漠（氯化物和漠化物）一般比较稳定，但氧化 态（如氯酸盐、次氯酸盐）会降解为卤化物、氧气和水等。 金属最终会被充分氧化。然而，由于表面氧化速率和炉内停 留时间的限制，不完全氧化仍较常见

单质或有机氢：H十O2一→H2（ 无机化合物中的氢可以多种形式释放出来，取决于温度。例 如，500℃～600℃时，Ca(OH)2→Ca0+H0。 与非金属元素（C、H、P、S或N）或金属结合的氧通常假 没其化学反应规律与02相同，反应后形成氧化物。 氮通常以N²的形式释放出来（伴随极少量的NO和NO,）。 还原态有机、无机硫或单质硫：S十0，一→SO2：一小部分 可继续氧化为SO3。 氧化态有机硫（例如，磺酸盐）一→SO)2和或SO3。 氧化态无机硫（SO，SO）可能以SO或SO的形式释 放出来，取决于温度。 有机磷（例如，在某些农药中）十2一→P20; 无机磷可以多种形态残留，取决于温度。 有机态的氯或溴易作为氧化剂发生反应与氢结合→HCl. HBr（HBr可能进一步转化一一→H十Br2） 无机态的氯和漠（氯化物和漠化物）一般比较稳定，但氧化 态（如氯酸盐、次氯酸盐）会降解为卤化物、氧气和水等。 金属最终会被充分氧化。然而，由于表面氧化速率和炉内停 留时间的限制，不完全氧化仍较常见