含油污泥與煤混燒技術的研究進展*

王鳳超，屈撐囤，王益軍

(1 西安石油大學陜西省油氣田環境污染控制與儲層保護重點實驗室，陜西 西安 710065；2 克拉瑪依市三達新技術開發股份公司，新疆 克拉瑪依 834000)

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含油污泥與煤混燒技術的研究進展*

王鳳超1，屈撐囤1，王益軍2

(1 西安石油大學陜西省油氣田環境污染控制與儲層保護重點實驗室，陜西 西安 710065；2 克拉瑪依市三達新技術開發股份公司，新疆 克拉瑪依 834000)

隨著石油化工行業的快速發展，含油污泥產量逐年增加，若不進行處理，將會造成二次污染。本文介紹污泥的焚燒工藝與設備，污泥與煤混燒技術的發展狀況，焚燒工藝、影響因素等。污泥與煤混燒過程中含碳官能團、燃燒特性、能量的變化。混燒后的結渣、尾氣的研究。分析污泥與煤混燒工藝的優缺點和發展趨勢，及應用中存在和要解決的問題。

含油污泥；焚燒； 煤；熱重分析

含油污泥成分復雜，屬于多相體系，是一種由水包油(O/W)、油包水(W/O)以及懸浮固體組成的穩定的懸浮乳狀液體系，一般含油率在10%～50%，含水率在40%～90%，我國石油行業每年產生的含油污泥量多達千萬噸[1]。污泥成分和物性受產出過程、儲層物性、處理藥劑等因素影響，差異性大，處理難度高。含油污泥含有大量的苯系物、蒽、酚類、重金屬等有毒有害污染物質，污染土壤、大氣、水體，對人體造成危害[2]，其資源化、無害化處理時石油工業環境保護的重點領域之一。對于含油污泥量的處理，已經形成了溶劑萃取法、焚燒法、生物法、焦化法、含油污泥綜合利用等方法及工藝[3]。上述方法各有特點[4-7]，但資源化無害化程度略顯不足。含油污泥的焚燒是將預先脫水濃縮處理后的含油污泥，在焚燒爐進行焚燒。該法具有廢物減容量大、熱量加以利用且多種有害物質幾乎全部除去的特征，安全性好，屬含油污泥的最終處置方法。

1 含油污泥焚燒可行性

通常，含油污泥的最低熱值可達11213 kJ/kg[8]，具有較高的熱能。宋薇等對含油污泥進行了熱解分析研究，實驗結果表明，含油污泥熱值高，礦物油含量高，由低溫到高溫的熱解過程中，礦物油引起的失重占到總失重的80.95%，在含油污泥熱解中起主要作用。熱解氣體主要有H2、C2～C4與CH4，這些氣體易燃，且燃燒后不會造成二次污染[9]。

污泥焚燒設備主要有多段式焚燒爐、流化床焚燒爐、轉窯式焚燒爐、旋轉床式焚燒爐、旋風式焚燒爐等，而流化床焚燒爐的應用最為廣泛[10]。流化床具有較好的傳熱特性和較低的溫度要求，具有焚燒各種材料的能力，在焚燒污泥方面得到較好的應用[11-12]。同時，污泥焚燒過程釋放的廢氣主要有SO2、CO、NO、N2O、多環芳烴等[13]，采用流化床對污泥和煤混燒，可適當的控制與降低NOX、煙氣中汞及二噁英的排放[14-16]。

2 污泥的焚燒

單純的煤焚燒，灰分不易結渣且易造成二氧化硫污染，而生物質燃料效率低、易降解、固體成型燃料剛剛起步[17-21]。污泥焚燒始于20世紀中葉，給污泥中摻入一定量的助燃劑和膨松劑等配成“混合燃料”有助于污泥的焚燒[22-25]。

污泥含水較高，不易于持續燃燒，必須加以輔料。田福軍等將不同來源的污泥與煤粉按不定比例混合制成型煤，對型煤的熱值與添加污泥種類、添加比例的關系研究可知，各種原生污泥的添加最佳比例為20%～30%[26-28]。李洋洋等[29]采用熱重分析對煤與干污泥在不同比例混燒進行研究分析，實驗結果表明，與純煤樣相比,污泥與煤混燒可降低著火溫度,減少可燃性指數與綜合燃燒性能。

武宏香等[30]將污泥與煤、木屑進行混合燃燒并對其燃燒參數進行對比分析研究，指出污泥與煤或木屑混燒，對固定碳的燃燒影響較顯著。在有機廢棄物(生活垃圾和污泥)中按一定比例加入煤粉,可提高燃料的熱值,同時加入的脫硫劑可對燃料燃燒過程中排放的污染氣體進行控制[31]。胡益等[32]對污泥與煤混燒研究結果表明：混燒使最終的非氧化態碳官能團含量降低，氧化態的含碳官能團含量升高，有利于污泥和煤混合物的燃燼。

污泥與煤的混燒已經實現工業化應用，其中德國、瑞士、丹麥和日本等國家在循環流化床混燒污泥與煤上工業化應用較多，污泥與煤的CFB混燒的尾氣也已成為研究的焦點。

污泥與煤混合燃料焚燒后，在煙氣，飛灰和底渣中均檢測到多環芳烴。隨著空氣過剩系數的增加，多環芳烴的排放量均呈明顯的下降趨勢。石灰石的加入，能有效控制多環芳烴的排放[33]。

污泥與煤混燒，其煙氣排放也是關注的對象。煙塵，SO2，NOX一直是煙氣處理的關注點。在燃煤過程中，污泥的加入，NO和N2O的生成濃度均高于一般燃煤的排放水平，隨著污泥混燒率的增加，NO的生成濃度明顯提高[34-36]。由污泥與煤的元素分析中可知，污泥中含N量遠高于煤的含N量，煤中加入污泥焚燒，煙氣中NO和N2O的濃度自然要高于燃煤的排放量。

3 污泥與煤混燒的影響因素

污泥與煤混合燃燒的因素主要有：污泥與煤的混合比例，燃燒時間、溫度，型煤與空氣的之間的混合度。

3.1 污泥與煤的比例

污泥與煤的混合比例直接影響燃燒過程的熱值、著火點、燃盡溫度及燃燒速率等。張成等對煤與干污泥混燒，當污泥與煤的混合比大于1:4時，著火性能明顯下降；當比例達到1:2時，混合物的燃燒特性受污泥的影響較大，當污泥摻混比例小于等于 1:4 時，效率略大于單煤[37]。從焚燒后的結渣產物及特性可知，隨著污泥的摻入比例增大，混燒后的灰熔點明顯下降，混燒后屬于中等結渣，但泥煤混合物的結渣灰成分與單煤相比并沒有較大變化，屬于輕微結渣。

3.2 燃燒時間的影響

污泥與煤顆粒越大，比表面積越小，與空氣的接觸面越小，燃燒速率越小，在焚燒爐停留時間越久。污泥與煤的顆粒越小，比表面積越大，與空氣的接觸面越大，燃燒速率越大，在焚燒爐停留時間越短[38-39]。

3.3 焚燒溫度

燃料持續穩定燃燒時，爐溫多在700～800 ℃之間，污泥焚燒可以徹底將有害的微生物處理掉。爐溫過低時，燃料燃燒不充分，產生二次污染，而當焚燒溫度過高時，且通入空氣過量，導致煙氣中氮氧化物的含量增加，產生二次污染[40]。

3.4 與空氣的混合度

為了使污泥焚燒徹底，需向爐膛內通入足量的空氣，當氧濃度充分時，燃燒速率就快。除了通入足量空氣，混燒時，燃料與空氣的接觸量也有很大的關系，當燃料與空氣接觸不充分時，燃料燃燒不徹底，將會導致不完全燃燒產物生成，影響燃燒速率[41-42]。

4 結 語

隨著我國經濟總量的不斷增加，污泥的產量會逐年增加，我國雖然在污泥焚燒方面已有成功事例，但仍需加大科學研究力度。

①污泥與煤混合燃燒是可行的，深入研究不同類污泥與煤混燒過程中的酸性和有毒氣體產生過程，對該技術的推廣應用可起到促進作用；

②在污泥與煤混燒過程中，如何降低投資和運行成本，是該技術能夠得以廣泛應用的基礎；

③研發更為高效的焚燒設備，是污泥焚燒技術的基礎保障。

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Research Progress on Oily Sludge and Coal Mixed Burning Technology*

WANGFeng-chao1,QUCheng-tun1,WANGYi-jun2

(1 Shaanxi Oil and Gas Pollution Control and Reservoir Protection Key Laboratory, Xi’an Shiyou University,Shaanxi Xi’an 710065; 2 Sanda New Technology Stock of Karamay Co., Ltd., Xinjiang Karamay 834000, China)

With the rapid development of petrochemical industry, oily sludge production increased year by year. If it was not handled, it will cause secondary pollution. Sludge incineration technology and equipment, technical development status of sludge and coal burning, burning process, influencing factors, etc, were summarized. The burning process of sludge and coal contained carbon functional groups, burning characteristic and the change in energy. The advantages and disadvantages of sludge and coal burning process, development trend, application of the existence and the problem to be solved were analyzed.

oily-sludge; incineration; coal; thermogravimetric analysis

國家重大科技專項項目(2016ZX05040-003)。

王鳳超(1992-)，女，在讀研究生，研究方向為應用化學。

屈撐囤(1964-)，男，教授，博士學位，研究方向為油氣田環境保護。

O69

A

1001-9677(2016)023-0007-03