北控水务吴云生：300吨/日污泥炭化处理项目工程的应用与思考

北控水务集团产品与解决方案中心副总工程师吴云生

在行业内，对于水解、炭化没有明确的定义或者定义模糊。实际上污泥热解炭化是在无氧或缺氧条件下进行热解处理，以获得含碳固体产物为主要目标产物的污泥稳定化过程。有机物在炭化过程会发生分解，产物包括由低分子有机物、水蒸气等组成的热解气、焦油、以及由固定碳和无机物为主的固体炭化物。

炭化与焚烧比它的优点是什么呢？首先由于炭化是无氧热解，所以产生的烟气量少，碳排放较低，污染物浓度低；其次，与垃圾焚烧相比，炭化过程是在无氧状态下进行的，因此从源头就限制了二噁英的产生。炭化单体设备可实现10-150吨/天的量化生产，因此应用灵活性更高，适用性更加广泛。

当然与焚烧相比，炭化也存在一些劣势。从减量化来讲，炭化减量是85%，焚烧至少90%。从运行案例来看，焚烧经过几十年的发展，尤其是美国已经走过了五十几年的历程，日本70%的都是采用焚烧技术，标准化程度很高。而炭化发展到现在仅仅有二十年的时间，标准化水平还有待提升。

基于炭化物资源化利用方向的差别，热解炭化技术分为低温炭化、中温炭化和高温炭化，技术的分类源于日本，目前国内这一块的研究还比较缺失。低温炭化在日本做的比较多，产物主要用于作为替代煤的辅助燃料使用。低温炭化的温度一般在200多度，在保证污泥炭化物性质得到基本稳定的前提下，保留一部分挥发分，尽量保存炭化物热值与后面电厂进行联用。

中温炭化在日本做的比较少，它的温度在350度左右，我们在污泥炭化热重分析的过程中发现有几个峰，第一个峰在150度左右，这个峰值的出现，是水蒸气的蒸发；第二个峰在300多度，是脂肪和纤维素的蒸发。由于温度达不到一定热值，所以中温炭化中产油量比较多，会有产生焦油的风险，所以在国外做的比较少。

最后就是高温炭化，进入高温炭化后，会出现第三个峰，这个阶段就会把分解出来的大分子或者小分子的油状物质再进行裂解，裂解成小分子的气态，由于裂解成小分子的气态，使整个污泥炭里面的孔隙都打开了。如果想做成活性炭，后面还需增加一个水蒸气的活化过程，所以在国外如果想做后端综合利用、吸附剂就会采用高温炭化。

项目主要工艺流程采用浓缩、脱水、干化、炭化，炭化之后的烟气进行处理后达标排放。

1、深脱单元。 即发污水厂的98%到99%的污泥进入污泥储池，泵送至叠螺浓缩机3套进行机械浓缩，含水率降至95~96%，提升至污泥调理罐。将含水率95~96%的污泥经调理改性，送入4台板框脱水机进行深度脱水，将污泥含水率降至60-65%。

2、干化和炭化系统。 将含水率60~65%块状泥饼输送至打散回转干燥机，干化热源为炭化段产生的高温烟气，进气约560~600℃，出气约120~130℃进入旋风除尘系统，可将污泥含水率降至＜20%。干化后污泥输送至污泥热解炭化炉，在无氧或缺氧环境下被加热至600℃以上发生热解，炭化炉产生的裂解气进入热风炉进行燃烧，补充天然气稳燃；热风炉产生的高温烟气返回炭化炉，最终污泥含水率降至1%以下。

3、减量化及烟气系统。 看减量率，炭化一般计算的时候按照热值，比如VS比例是50%，热水解比例是70%，这种情况下，减量率可以达到85%，实际即墨项目的减量化可达到86%。最后是炭化烟气处理系统，虽然系统做的相对复杂，但运行费用比较低，目前即墨项目烟气正常处理费用是在12~13块钱，有时候做的好折成吨泥在10块钱以下，污染物浓度相对来说比较低。炭化有一定的固化作用，无论是硫、氮、磷、钾等，它们的一大部分会被固定下来，所以我们出口烟气的二氧化硫浓度就不高，即墨项目的烟气处理系统有两套，首先通过SNCR炉内的脱硝，然后除尘加湿法脱硫，又进行了脱臭脱硝，随后静电除尘，最后加活性炭。该项目的烟气排放可达到山东省的地标。如下表，汞、氯化氢、氮氧化物、二噁英、重金属等等，整体来说主要污染物排放数值，均达到环评批复标准。

1、顶层技术规则的制定。 热解炭化和焚烧技术不同，焚烧经过几十年的发展，相对来说比较独立，目前国内焚烧形成了几个主流的技术路线，整体来说技术相对成熟。而炭化在国外发展了二十几年，在国内真正多起来也就是从这几年开始的，大概五六年的时间，还有很多需要去不断研究和进取的地方。首先是顶层技术规划，目前关于炭化的规范非常少，能够查到的就是安徽省的污泥高效节能炭化工艺技术规范。北控水务也在参与一些标准的制定，包括污泥热解资源化成套装备运行效果评价技术要求，属于国家级标准，预计会在2023年上半年进行发布。目前有很多方面的标准是比较缺失的，包括工程设计规范，运行管理，产物的处置和利用等，要把整个体系建起来，可能需要一段时间。

2、主流设备形式。 在日本回转窑使用的比较多，国内的项目案例中，炭化炉回转窑用的也比较多。像油泥中用的螺旋推进，干化炭化一体等设备也有一些公司在尝试，相信后续在各种设备、各种工艺技术做了工程化尝试后可能会有一个最优的解决方案。

3、最后就是末端出路。 炭化技术的优势之一就是末端出路多一些，如果在建材端得到认可，去到砖厂也不会有问题。虽然目前还没有进入农业的食物链，但应用苗卉、花圃进行土壤改良是可行的。另外，单纯的炭化产物直接做活性炭有困难，如果做活化处理，通过物理活化加减，或者通过加水蒸气，是否是一条可以走通的道路？这也需要算一笔经济账，如果经济效益尚可，相信这也是一个比较好的出路。最后就是燃料化，是目前国内的研究重点，这个在日本做的比较多，炭化怎么样和电厂进行协同，如果是燃料化，那么它的前端是炭化，后端是电厂，其实所有问题也就迎刃而解了，当然在国内需要被接受还需要一个过程。

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2023污泥处置技术与应用高峰论坛由国家环境保护技术管理与评估工程技术中心、国家环境保护污泥处理处置与资源化利用工程技术中心和北控水务集团联合主办，由江苏省（宜兴）环保产业技术研究院承办，采用线上+线下相结合形式，中国给水排水、中国环境工程学报、E20环境平台、环境人Environmentor、JIEI创新实验室等媒体平台同步直播。统计数据显示，论坛线上观看人数超万人。论坛支持单位有：清华大学环境学院、北京京城环保股份有限公司、北京控股有限公司、北京控股环境集团有限公司、中国环境保护产业协会固体废物处理利用委员会、威立雅（中国）、苏伊士（中国）、浙江环兴机械有限公司、同方环境股份有限公司、清控环境（北京）有限公司、青岛西海岸公用事业集团有限公司、中国电建成都勘测设计院有限公司。

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