燃煤電廠摻燒市政污泥工程大氣污染分析

劉政艷，鄭新梅，章嚴(yán)韜

(1.南京中電環(huán)保工程有限公司，江蘇南京 210000；2.南京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，江蘇南京 210000；3.南京金陵中學(xué)，江蘇南京 210000)

燃煤電廠摻燒市政污泥工程大氣污染分析

劉政艷1，鄭新梅2，章嚴(yán)韜3

(1.南京中電環(huán)保工程有限公司，江蘇南京 210000；2.南京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，江蘇南京 210000；3.南京金陵中學(xué)，江蘇南京 210000)

市政污泥與燃煤摻混在電廠鍋爐內(nèi)焚燒，實(shí)現(xiàn)污泥無(wú)害化、減量化、資源化處置是較好的方式。利用電廠做過(guò)功、不經(jīng)處理無(wú)法直接利用的低品質(zhì)蒸汽為熱源，對(duì)污泥進(jìn)行間接干化，干化后的污泥在燃煤鍋爐內(nèi)進(jìn)行焚燒處理。污泥摻燒比率的增大會(huì)對(duì)大氣污染物排放濃度產(chǎn)生一定的影響。在7.35%的污泥摻燒率內(nèi)，隨著污泥摻燒率的增大，SO2的排放濃度變化不大，NOx的排放濃度逐漸降低，煙粉塵的排放量有增大趨勢(shì)，但是最終的排放濃度均在排放限值內(nèi)。污泥與燃煤摻燒，重金屬排放濃度并無(wú)較大改變，符合排放標(biāo)準(zhǔn)。

市政污泥；燃煤；摻燒；大氣污染物

隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和城鎮(zhèn)化水平的提高，城市人口不斷增加，城市生活污水的產(chǎn)生量也日益增多，污水處理廠處理能力大幅提高的同時(shí)，也相應(yīng)帶來(lái)了污泥處置問(wèn)題。僅2016年我國(guó)待處置的市政污泥已達(dá)3500萬(wàn)t，預(yù)計(jì)2020年將突破6000萬(wàn)t[1]，這還不包括數(shù)量巨大的工業(yè)污泥。

目前成熟、可行的污泥處置方法中，焚燒處理的方法能夠?qū)⑽勰嘧畲蟪潭鹊販p量化，同時(shí)可回收廢物資源，減少污泥對(duì)環(huán)境的危害[2]，國(guó)家政策也鼓勵(lì)在有條件的地區(qū)將污泥作為低質(zhì)燃料在火力發(fā)電廠焚燒。目前我國(guó)火力發(fā)電廠的燃料主要以煤為主，火電廠規(guī)模大而且分布廣，如果能實(shí)現(xiàn)污泥與煤粉摻燒，基于已有煤粉燃燒裝置(例如煤粉爐)和脫硫、脫硝等環(huán)境凈化裝置進(jìn)行合理改造，相較于新建污泥焚燒廠，具有投資量小、運(yùn)行成本低、建設(shè)周期短等明顯優(yōu)勢(shì)。在循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式下，利用電廠燃燒設(shè)備焚燒污泥，不僅可以大幅降低污泥處理費(fèi)用，而且對(duì)于消納污水污泥的工業(yè)企業(yè)而言，收取的污泥處理費(fèi)和享受的相關(guān)優(yōu)惠政策也可以增加企業(yè)收益，促進(jìn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

本文以南京市市政污泥在火電廠與燃煤摻燒項(xiàng)目為研究基礎(chǔ)，介紹污泥摻燒系統(tǒng)及其特點(diǎn)，研究分析污泥在火電廠與燃煤摻燒對(duì)火電廠大氣污染物排放的影響。

1 工程概況

1.1工程規(guī)模

南京市市政污泥在火電廠與燃煤摻燒項(xiàng)目，采用“間接干化+摻燒”工藝，利用電廠做過(guò)功、不經(jīng)處理無(wú)法直接利用的蒸汽，通過(guò)間接傳熱干化技術(shù)將濕污泥含水率降至30%左右[3]，干化后的污泥量約為146 t/d(干化前含水率80%的污泥210 t、含水率60%的污泥150 t)。污泥干化后再按一定比例與燃煤摻混后送入電廠現(xiàn)有鍋爐進(jìn)行焚燒處置。項(xiàng)目建設(shè)于電廠現(xiàn)有廠區(qū)內(nèi)，接收處理的污泥由南京市公用水務(wù)公司調(diào)配。

1.2設(shè)計(jì)思路

工程項(xiàng)目由中電環(huán)保股份有限公司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)、建設(shè)及運(yùn)營(yíng)，建設(shè)于南京華潤(rùn)熱電有限公司內(nèi)。該項(xiàng)目旨在實(shí)現(xiàn)市政污泥的減量化、無(wú)害化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)協(xié)同發(fā)電資源化綜合利用。工程設(shè)計(jì)根據(jù)市政污泥的性質(zhì)、特點(diǎn)，充分考慮各處置環(huán)節(jié)，利用大型火電廠現(xiàn)有鍋爐、除塵、脫硫、脫硝等設(shè)備，在實(shí)現(xiàn)污泥高溫分解、消除污染及熱值資源化利用的同時(shí)，借助電廠已有設(shè)施降低了項(xiàng)目一次性投資及運(yùn)行成本，并大大縮短了建設(shè)周期。

1.3工藝流程

工程項(xiàng)目主要系統(tǒng)包括：濕污泥儲(chǔ)存及輸送、污泥干化、干污泥存儲(chǔ)及輸送、廢氣(汽)處理、儀控等。污泥“干化摻燒”處置系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 污泥“干化摻燒”處置系統(tǒng)流程圖Fig.1 Flowchart of the disposal system for sludge drying and co-firing

(1)濕污泥儲(chǔ)存及輸送。濕污泥料倉(cāng)用于接收濕污泥，底部配螺旋輸送機(jī)、污泥輸送泵，將濕污泥送至干化機(jī)進(jìn)行干化。濕污泥料倉(cāng)為密閉的地下料倉(cāng)，倉(cāng)體上方配設(shè)密封門用于防止異味逸出，并采用微負(fù)壓設(shè)計(jì)，負(fù)壓抽風(fēng)收集后的污泥臭氣集中送鍋爐焚燒。

(2)污泥干化。干化前含水率80%和60%的濕污泥通過(guò)料倉(cāng)底部的污泥輸送設(shè)備送至污泥干化系統(tǒng)，將污泥深度脫水干化至含水率30%左右、粒徑1～6 mm的污泥顆粒。

干化設(shè)備采用單軸盤片式干化機(jī)，在干化機(jī)內(nèi)部的回轉(zhuǎn)軸上按照一定間隔密布了大量盤片加熱體、羽根及刮刀。在干化過(guò)程中，中間回轉(zhuǎn)軸及盤片內(nèi)通入溫度160～180℃、壓力0.55 Mpa的蒸汽，濕污泥在盤片及羽根的挑動(dòng)下與中空回轉(zhuǎn)過(guò)熱體間接接觸而得到干化。干化產(chǎn)生的廢氣(汽)進(jìn)入廢氣(汽)處理系統(tǒng)，產(chǎn)生的干污泥送入干污泥儲(chǔ)存及輸送系統(tǒng)。

(3)干污泥儲(chǔ)存及輸送。干化后的污泥顆粒收集進(jìn)入干污泥儲(chǔ)料倉(cāng)暫存，干污泥儲(chǔ)料倉(cāng)內(nèi)的污泥顆粒通過(guò)料倉(cāng)底部的電動(dòng)閥由皮帶輸送系統(tǒng)送至電廠輸煤系統(tǒng)，與燃煤混合后經(jīng)磨煤機(jī)進(jìn)入電廠煤粉鍋爐，在1100～1400 ℃溫度下焚燒[4]。

(4)廢氣(汽)處理。干化產(chǎn)生的廢氣(汽)經(jīng)氣固分離裝置(旋風(fēng)分離器)完成氣固分離，被抽吸至冷凝器。經(jīng)冷凝、降溫、除濕后產(chǎn)生的廢液，處理達(dá)標(biāo)后循環(huán)使用；不凝性氣體經(jīng)除霧后與濕污泥儲(chǔ)存?zhèn)}內(nèi)的臭氣一同送入電廠鍋爐內(nèi)，在高溫下進(jìn)行焚燒分解，產(chǎn)生的煙氣進(jìn)入電廠鍋爐除塵及脫硫系統(tǒng)進(jìn)行除塵、脫硫處理，達(dá)標(biāo)排放。

2 運(yùn)行工況篩選

2.1基本情況

針對(duì)硫氮塵數(shù)據(jù)，在線平臺(tái)每小時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。本研究選取華潤(rùn)熱電兩臺(tái)鍋爐(分別標(biāo)號(hào)3#、4#)出口全部返回?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行研究，選擇5個(gè)時(shí)段對(duì)電廠摻燒污泥產(chǎn)生的大氣污染物進(jìn)行分析評(píng)估，如表1所示。

污泥摻燒量數(shù)據(jù)來(lái)自污泥干化系統(tǒng)日常統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，機(jī)組運(yùn)行情況和硫分、灰分、水分、揮發(fā)分以及當(dāng)日燃料低位發(fā)熱量等數(shù)據(jù)來(lái)自電廠日常統(tǒng)計(jì)數(shù)值。污泥摻燒比不僅與污泥實(shí)際摻燒量有關(guān)，還與當(dāng)天實(shí)際燃煤量有關(guān)。電廠對(duì)燃煤相關(guān)情況進(jìn)行逐日詳細(xì)記錄，內(nèi)容包括：機(jī)組是否運(yùn)行、原煤消耗量、分機(jī)組原煤消耗量以及對(duì)應(yīng)的標(biāo)煤量。本研究燃煤量均以標(biāo)煤計(jì)。

2.2不同摻燒比

根據(jù)華潤(rùn)熱電有限公司提供的信息，該電廠全年煤質(zhì)差異不大，平均灰分17.59%，硫分0.61%，揮發(fā)分29.72%，水分15.57%，煤炭低位發(fā)熱值20 113 kJ/kg。在整個(gè)系統(tǒng)調(diào)試和運(yùn)行過(guò)程中，燃料的低位發(fā)熱量并未發(fā)生較大改變，污泥摻燒對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響微乎其微。

所選時(shí)段的煤炭使用情況、機(jī)組運(yùn)行情況、污泥摻燒量及摻燒比如表1所示?？梢钥闯?，在時(shí)段五期間，污泥摻燒比最大，這也是整個(gè)污泥摻燒過(guò)程中所達(dá)到的最大污泥摻燒比。

表1 所選時(shí)段污泥摻燒情況

3 大氣污染物分析與評(píng)價(jià)

3.1SO2自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)段監(jiān)測(cè)結(jié)果

表2是各個(gè)時(shí)段兩個(gè)鍋爐機(jī)組最終SO2排放的濃度均值和方差。從表2中可以看出，將時(shí)段一與其他4個(gè)時(shí)段的排放數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，隨著污泥摻燒率的加大，SO2濃度變化不大。煤粉中硫含量相對(duì)較高，市政污泥的摻燒率對(duì)最終的SO2排放量影響較小。

表2 所選時(shí)段在線監(jiān)測(cè)SO2濃度

注：“—”表示機(jī)組未運(yùn)行，無(wú)數(shù)據(jù)。

3.2NOx自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)段監(jiān)測(cè)結(jié)果

表3是各個(gè)時(shí)段兩個(gè)鍋爐機(jī)組最終NOx排放的濃度均值和方差。從表3中可以看出，將時(shí)段一與其他4個(gè)時(shí)段的污染物排放數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，隨著污泥摻燒率的加大，NOx濃度則大致呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì)，即在摻燒率小于7.35%的范圍內(nèi)，摻燒率越大，NOx排放量越低。NOx濃度的略微下降可能與污泥中存在的少量尿素、氨水等物質(zhì)的吸收作用和灰塵微孔吸附有關(guān)[5]。

3.3煙塵自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)段監(jiān)測(cè)結(jié)果

表4是各個(gè)時(shí)段兩個(gè)鍋爐機(jī)組最終煙塵排放的濃度均值和方差。從表4可以看出，將時(shí)段一與其他4個(gè)時(shí)段的污染物排放數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，隨著污泥摻燒率的加大，煙粉塵排放濃度整體上呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì)。煙粉塵的排放量與燃料的灰分、廢氣除塵設(shè)施的除塵效率直接相關(guān)，最終廢氣中煙粉塵含量的變化可能是由市政污泥中的灰分含量與煤粉中灰分含量的差異造成。

表3 所選時(shí)段在線監(jiān)測(cè)NOx濃度

注：“—”表示機(jī)組未運(yùn)行，無(wú)數(shù)據(jù)。

表4 所選時(shí)段在線監(jiān)測(cè)煙粉塵濃度

注：“—”表示機(jī)組未運(yùn)行，無(wú)數(shù)據(jù)。

3.4抽樣檢測(cè)重金屬結(jié)果

2016年5月16—17日，干化污泥生產(chǎn)線正常運(yùn)行，產(chǎn)能達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)模的75%以上，各類環(huán)保設(shè)施正常運(yùn)行。項(xiàng)目在2臺(tái)鍋爐運(yùn)行模式下，將干化污泥與燃煤混燒，符合驗(yàn)收監(jiān)測(cè)工況要求。在此前提下，進(jìn)行污染物采樣評(píng)價(jià)。該監(jiān)測(cè)期間工況如表5所示。

表5 抽樣檢測(cè)時(shí)段污泥摻燒系統(tǒng)運(yùn)行工況

取樣監(jiān)測(cè)期間，污泥摻燒率約為3.20%。電廠煙囪出口汞最大小時(shí)排放濃度為0.0029 mg/m3，符合《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223—2011)表1標(biāo)準(zhǔn)限值[6]，其最大小時(shí)排放速率為0.002 kg/h；該排口氯化氫、鎘、鉛最大小時(shí)排放濃度分別為0.890 mg/m3、0.004 mg/m3、未檢出，均符合《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18485—2014)表4標(biāo)準(zhǔn)限值[7]，其最大小時(shí)排放速率分別為0.68 kg/h、0.003 kg/h、lt;0.007 kg/h。監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)結(jié)果如表6所示。

由表6可以看出，各重金屬排放濃度均遠(yuǎn)低于排放限值，其差距達(dá)幾個(gè)數(shù)量級(jí)，因此可推測(cè)，即使成倍加大污泥摻燒率，依然不會(huì)造成排放超標(biāo)的現(xiàn)象。

4 結(jié)論

(1)采用間接式污泥干化技術(shù)，直接利用火電廠做過(guò)功、不經(jīng)處理無(wú)法直接利用的低品質(zhì)蒸汽作為熱源，對(duì)污泥進(jìn)行干化，干化后的污泥在燃煤鍋爐內(nèi)進(jìn)行焚燒處理，對(duì)電廠現(xiàn)有鍋爐、煙氣處理系統(tǒng)設(shè)備無(wú)明顯影響，可保證電廠機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

表6 煙囪排放口廢氣取樣檢測(cè)結(jié)果

(2)污泥摻燒率的增大會(huì)對(duì)污染物排放濃度產(chǎn)生影響。含水率30%的城市污水污泥在7.35%的摻燒率內(nèi)，隨著污泥摻燒率的增大，SO2排放濃度變化不大，NOx排放濃度逐漸降低，煙粉塵排放量有增大趨勢(shì)。但最終的排放濃度均在排放限值內(nèi)，對(duì)周圍環(huán)境并未產(chǎn)生較大影響。

(3)含水率30%的城市污水污泥在7.35%的摻燒率內(nèi)，在大氣重金屬污染物排放濃度方面并無(wú)顯著影響，符合排放標(biāo)準(zhǔn)。

[1] 智研咨詢集團(tuán). 2016—2022年中國(guó)污泥處理市場(chǎng)運(yùn)行態(tài)勢(shì)及投資戰(zhàn)略研究報(bào)告[R]. 2016.

[2] 肖文平. 城市污泥干化與焚燒技術(shù)研究[D]. 南京: 南京大學(xué), 2011.

[3] 王瑞. 污泥干化基礎(chǔ)特性及工藝研究[D]. 沈陽(yáng): 沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院, 2010.

[4] 聶永豐. 固體廢物處理工程技術(shù)手冊(cè)[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2016.

[5] 王飛, 朱小玲, 李博, 等. 污泥干化焚燒過(guò)程中污染物排放的研究[J]. 給水排水, 2011, 37(5): 22- 26.

[6] 環(huán)境保護(hù)部科技標(biāo)準(zhǔn)司. 火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn): GB 13223—2011[S]. 北京: 中國(guó)環(huán)境出版社, 2011.

[7] 環(huán)境保護(hù)部科技標(biāo)準(zhǔn)司. 生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn): GB 18485—2014[S]. 北京: 中國(guó)環(huán)境出版社, 2014.

AnalysisandResearchonAirPollutionofMunicipalSludgeandCoalCo-firingPowerPlants

LIU Zheng-yan1, ZHENG Xin-mei2, ZHANG Yan-tao3

(1.Nanjing Electric Power Enviro-protection Engineering Co., Ltd., Nanjing 210000, China; 2.Nanjing Academy of Environmental Protection Sciences, Nanjing 210000, China; 3.Nanjing Jingling High School, Nanjing 210000, China)

Co-firing coal with municipal sewage sludge in the coal-fired power plant furnace is a better way to realize harmlessness, reduction and resource utilization. The low quality steam released by the power plants that cannot be used directly was utilized as heat source to desiccate the sludge indirectly. After desiccation, dehydrated sludge can be co-fired with the coal in a coal-fired boiler. The increasing percentage of co-firing sludge had some impacts on air pollutant emission. With the increase of sludge mixing rate, Sulfur dioxide concentration showed no evident changes; nitrogen oxides concentration decreased steadily; and smoke dust concentration showed an increasing tendency within 7.35 percentage of sludge in coal. All the emission concentrations were still under standard limitations after these changes occurred, and heavy metal emission showed no great changes.

municipal sludge; coal-fired; co-firing; air pollutant

2017-07-10

劉政艷(1985—)，女，內(nèi)蒙古赤峰人，工程師，碩士，主要從事節(jié)能環(huán)保技術(shù)研究，E-mail：13705180935@126.com

10.14068/j.ceia.2017.06.009

X502

A

2095-6444(2017)06-0034-05