随着我国城镇化率不断提高，城市生活污水量与日俱增，污泥产量也快速上升。当前，针对城市污水污泥的处理方法主要包括卫生填埋、生化转化（厌氧消化、好氧发酵）和焚烧（独立焚烧、协同焚烧）等。其中，卫生填埋受制于土地资源的有限性，并存在污染土壤和地下水的隐患，会逐步减少应用。生化转化方法存在设备投资高、占地面积大、反应时间长等缺陷。污泥焚烧工艺近年来发展迅速，是比较适合我国国情的污泥处置方式之一。其中，污泥独立焚烧系统占地面积小、可就地处理，但由于污泥热值很低，需要额外增加大量助燃燃料，燃烧过程会产生较多烟气污染物。污泥协同焚烧是指将热值较低的污泥和生物质、垃圾、煤炭等热值较高的物质一起燃烧，其对助燃燃料的消耗和产生的烟气污染物比独立焚烧少，但是受地域限制，难以直接就地处理。作为传统焚烧工艺的升级，污泥热解气化技术是未来污泥处置的重要发展方向。污泥热解气化既具有污泥焚烧彻底减量化的突出优势，又具有NOx、SOx和重金属等远低于焚烧污染物排放的特点，被认为是第三代固废处理处置清洁燃烧技术。

以湖北省钟祥市的污泥处置项目为例，全面介绍了项目概况、工艺特点和运行效果。该项目采用双流闪蒸干化耦合流化床热解气化工艺，将旋风闪蒸干燥技术与流化床气化燃烧技术有机结合，形成一个封闭的污泥闪蒸干化耦合热解气化系统，实现全流程封闭生产，极大提高了污泥热法处理效率，降低了运行成本和投资费用。在旋风干燥技术的基础上，结合流化床、喷动床原理开发了污泥气流流化装置，实现高含湿污泥流态化和雾化，将闪蒸干燥和旋风干燥有机结合形成高低温都适用的污泥干燥技术。对该项目近5年的稳定运行情况进行总结，可为城市污水污泥的高效处置和资源化利用提供新思路、新技术和示范案例。

1、项目概况

钟祥市城市污水处理厂污泥处置项目位于南湖经济开发区第一污水处理厂，生产区占地约2000m2，主要负责处置钟祥市第一污水处理厂、第二污水处理厂以及12个乡镇污水处理厂产生的污泥。该项目于2017年10月开工建设，2018年11月建成投产，至今已稳定运行5年。该项目设置了生物质和湿污泥进料收储系统、干燥系统、热解气化系统、灰渣系统、尾气净化和除臭系统、给排水消防、暖通、电气控制系统及检修、办公等附属设施，处置含水率为80%的污泥120t/d，经干燥后污泥含水率约30%，经气化炉及二次燃烧后可实现污泥减量约90%以上，灰渣量约10t/d。处理后的尾气可以达到《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485—2014）。污泥热解气化后的灰渣满足《城镇污水处理厂污泥处置制砖用泥质》（GB/T25031—2010）要求，可作为制砖原材料，实现灰渣的最终消纳处置。

2、工艺流程及特点

2.1 工艺流程

污泥闪蒸干化耦合流化床热解气化的工艺流程见图1。

污水处理厂车载运来的含水率80%的污泥经过地磅计量后卸入地下接料仓，用螺杆泵送入干燥机进料仓，再经进料仓喂料螺旋均匀给料至双流闪蒸干燥机，干化后的污泥含水率由80%降至30%以下。双流闪蒸干燥机由底部旋风流化器和上部旋风干燥塔体组成。旋风流化器为污泥雾化装置，污泥由螺旋输送机送入旋风流化器中心筒，被流化风机切向进入的高速气体旋流雾化后带入上部旋风干燥塔内；气化系统产生的高温热烟气在旋风干燥塔与雾化污泥接触进行传热传质，在3~6s内水分被快速蒸发，干燥烟气向上夹带干污泥进入旋风除尘器和布袋除尘器进行泥气分离。

干燥后干污泥被烟气夹带至旋风除尘器、布袋除尘器拦截收集后，经刮板输送机送入干污泥仓，经仓底螺旋输送机送入内回旋式流化床进行气化，在流化床内于700~800℃还原性氛围下发生热解、气化等反应，污泥的有机质被转化为H2、CO、CH4等可燃性气体，经旋风分离后可燃气进入二燃室燃烧，产生的高温热烟气进入干燥机进行湿污泥干燥，从而充分利用污泥有机质转化的热能。当污泥气化燃烧后产生的热量无法满足污泥干燥需求时，采用生物质作为辅助燃料。气化炉产生灰渣经冷却降温后送入灰渣仓内暂存，定期外运至制砖厂、水泥厂等单位作为原料。

污泥干化过程产生的蒸汽、尾气通过旋风分离器和布袋除尘器分离干污泥后，经冷凝器冷却，再进入直接式喷淋塔，喷淋塔循环水定期排入污水管网。不凝气体（主要是一些恶臭气体）和污泥贮存产生的臭气收集后，经过生物除臭达标排放。热解气化固渣可用于土壤改良和建材利用。

2.2 物料和能量平衡

该项目污泥干化补充热量来源于生物质成型燃料，经过分析污泥有机质含量约40%~60%，热值为3350~8372kJ/kg，设计采用污泥干基热值约5800kJ/kg；生物质成型燃料主要原材料为稻壳、秸秆、木屑等，为压实柱状，易破碎。破碎后物料含水率为10%以内，具有较高热值（干基低位发热量约14650kJ/kg）。设计采用稻壳生物质成型燃料作为补充能源，经计算需补充量为湿污泥量的10.0%~12.5%。经能量核算，单独处置干燥1t含水率为80%的污泥，需消耗热量2377982×104kJ（已计算干燥机效率、排烟损失、灰渣热、机械不完全燃烧损失和系统散热损失），污泥干燥后自身可提供845542×104kJ热量，需额外补充有效热量1532440×104kJ，即补充生物质125kg，占单位湿污泥量的12.5%，生物质有效利用热量占76.5%（已计算排烟损失、灰渣热、机械不完全燃烧损失和系统散热损失）。污泥和生物质协同气化焚烧系统灰渣热损失、机械不完全燃烧损失和散热损失约10%。最终处置产生灰渣为10~12t/d，可用作园林绿化基质或建材原料。系统物料和能量平衡见图2。

2.3 工艺优势

污泥闪蒸干化耦合流化床热解气化技术将闪蒸干燥、气化焚烧两个独立的系统进行有机结合，形成独具特色的污泥处理工艺，实现了污泥自身能量的循环利用，气化后灰渣可作建材原料。该工艺选址灵活，是一种先进的污泥处置技术。

污泥闪蒸干化耦合流化床热解气化新技术的工艺先进性及优势主要体现在以下方面：

①将旋风闪蒸干燥技术与流化床气化燃烧技术有机结合，形成一个封闭的污泥闪蒸干化耦合流化床热解气化系统，进而实现全流程封闭生产，提高污泥处理效率，降低运行成本和投资费用。

②开发了流化床污泥与生物质协同气化技术，并结合旋风炉对生物质燃气进行二次燃烧，释放污泥和生物质热能。流化床气化效率高、灵活性强、能源利用率高；热力系统为负压燃烧，安全性好；采用内循环流化床技术气化强度高，热效率高达85%以上，灰渣含碳量低于5%。

③在旋风干燥技术的基础上，结合流化床、喷动床原理开发污泥气流流化装置，实现高含湿污泥流态化和雾化，将闪蒸干燥和旋风干燥有机结合形成高低温都能适用的污泥干燥技术。采用气流雾化技术大大提高了污泥热交换表面积，干燥段热效率高达95%以上；闪蒸换热避免了污泥干燥过程中黏滞性导致设备换热效率低的问题；设备自带污泥干化含水率调节措施，大大提高了干燥污泥粒径分布的均匀性和干污泥含水率的可调性。

3、运行效果分析

3.1 污泥特性

该项目进泥含水率为80%~83%，低位发热量为6500kJ/kg。污泥特性见表1。

3.2 污泥干化

干化系统由闪蒸干燥机、流化风机、布袋除尘器、干燥引风机、干污泥螺旋输送机等设备组成。闪蒸干燥机出口温度随时间的变化情况见图3。

可见，含水率80%的湿污泥进入闪蒸干燥机后，污泥干化过程非常平稳，干燥机出口温度随时间波动性小，可连续平稳地实现湿污泥干燥。

3.3 流化床气化

污泥从闪蒸干燥机排出经布袋分离后，由螺旋输送机、刮板输送机、干污泥仓进入流化床气化炉。由于污泥热值低，需添加生物质成型燃料作为辅助燃料，生物质热值约14650kJ/kg。流化床气化炉内温度随时间的变化见图4。可见，在干污泥热解气化过程中流化床运行稳定，反应区温度维持在700~750℃，床内温度场分布均匀。

3.4 灰渣成分检测

污泥气化灰渣从旋风分离器排出，灰渣中的重金属等成分检测数据见表2。灰渣中的重金属及其他有害物质的含量均低于《城镇污水处理厂污泥处置制砖用泥质》（GB/T25031—2010）的标准限值，能够作为制砖原料实现污泥灰渣的资源化利用。

3.5 烟气污染物排放

污泥热解气化后的烟气经1套布袋除尘器-喷淋洗涤装置-生物除臭装置-活性炭装置处理后，通过排气筒（高度为21m）排放至大气。废气排放口的尾气检测结果见表3。可见，处理尾气满足《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485—2014）生活垃圾焚烧炉排放烟气中的污染物限值以及生活污水处理设施产生的污泥、一般工业固体废物专用焚烧炉排放烟气中二口恶英的标准限值。

3.6 运行成本分析

该项目直接运行费用包括生物质成型燃料、水、电、人工、药剂等，其中生物质占比高达50%以上。生物质添加量约为120~130kg/t湿污泥（含水率80%），受污泥有机质含量、含水率、热值的影响较大。采用农林废弃物制成的生物质成型燃料售价约800元/t，污泥处置生物质燃料费用约80~96元/t；电耗约60kW·h/t湿污泥，电价为0.75元（/kW·h），污泥处置电费约45元/t。该项目位于污水处理厂区内，设备冷却及洗涤用水采用中水，水费不计；总直接运行费用为180~200元/t，可见经济优势显著。

4、结语

污泥闪蒸干化耦合流化床热解气化技术既具有污泥焚烧工艺最大程度减量化、无害化的特点，又能较大程度地减少污染物的排放，克服传统焚烧工艺尾气处理复杂的问题，还可以灵活选址、就地处理。该工艺在钟祥市城市污水处理厂污泥处置项目中连续平稳运行5年，证明其可行性和经济性，为解决我国污泥清洁高效处置提供了一条新途径。