火電廠摻燒污泥可行性研究

張趙青　王雪　王智

摘 要：市政污泥是污水處理廠產生的固體廢物，處理不當將會造成嚴重的二次污染。本文探討利用火電廠鍋爐處理污泥的可行性。通過對干化熱源、廢煙氣的處理、摻燒方式及鍋爐燃燒適應性等方面進行分析，論證摻燒污泥的可行性，為今后污泥綜合利用項目提供依據及參考。

關鍵詞：火電廠;污泥;摻燒;可行性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.22.113

1 前言

目前，市政污泥的處理主要有填埋、堆肥和焚燒三種途徑。填埋處理不僅占地，而且容易造成環境污染[1]。堆肥處理因為污泥成分日趨復雜，且存在重金屬污染的威脅，受到諸多限制。焚燒處理可實現污泥綜合利用，且可將環境污染的影響降至最低，因此適用范圍最廣泛。

在現有的污泥焚燒處理工藝中，干化摻燒技術因其工藝先進，無二次污染[2]，同時污泥處理企業能得到政府的補助。既解決了污泥污染的難題，企業也能從中受益。因此，利用電廠燃煤鍋爐進行污泥焚燒，具有顯著的社會效益和經濟效益[3]。下面以某火電廠為例，研究燃煤鍋爐摻燒干化污泥的可行性。

2 項目概況

2.1 電廠概況

某電廠位于湖北省武漢市，現有兩臺200MW機組，鍋爐采用東方鍋爐廠制造的亞臨界壓力、一次中間再熱、自然循環的汽包鍋爐。鍋爐設計煤種為煙煤，制粉系統采用中儲式鋼球磨。

鍋爐原采用四角切圓燃燒方式，百葉窗式水平濃淡燃燒器。一、二次風噴嘴間隔布置，每只燃燒器風箱分成十五層。每個角燃燒器噴口分成上、下兩組。為了滿足國家日益嚴格的環保要求，電廠對鍋爐進行了低氮燃燒器改造，將燃燒器改為煙臺龍源電力技術股份有限公司的上下濃淡低氮燃燒器，并在主燃燒器區上方布置四層分離燃盡風，改后鍋爐的NOx生成濃度由600mg/Nm3以上下降至400mg/Nm3左右。

制粉系統為中儲式、乏氣送粉，配4臺鋼球磨煤機、4臺排粉機，每臺排粉機出口接6根一次粉管。制粉系統設置4個原煤倉和2個煤粉倉用于儲存將進入磨煤機的原煤和供鍋爐燃燒用的煤粉。

2.2 污泥概況

電廠附近已投運的4家污水處理廠日產污泥300噸，污泥年產量達10萬噸。目前只能對污泥采取填埋方式處理，長時間掩埋會對土壤和地下水源形成污染，影響村民耕作和生活.若遇暴雨易發生污染物滲漏，將導致農田毀損、水源污染、泥石流等環境污染事故。

根據檢驗部門出具的污泥的化驗結果，污泥初始含水率為80%，重金屬含量未超標，滿足進行綜合利用的標準。泥初始含水率較高，熱值低，會影響鍋爐的穩定燃燒，因此需要進行干化處理。

3 可行性分析

3.1 污泥干化熱源

目前，電廠耦合污泥發電大多利用電廠自身熱源對污泥進行干化[4]，即煙氣直接干化和蒸汽間接干化。

煙氣直接干化是利用鍋爐煙氣作為熱源，與污泥直接接觸進行烘干后進入鍋爐焚燒，利用鍋爐燃燒的高溫環境殺滅污泥中的微生物和寄生蟲卵，并達到防霉、除臭的污泥干化焚燒系統。該工藝污泥干燥機體積較小，烘干效率高，系統相對簡單，投資較小，根據目前現有機組的運行經驗，處理污泥的成本為80-100元/噸。但其運行過程中風機功率較大，耗電量稍大。

蒸汽間接干化污泥，是利用機組中壓缸排汽作為熱源，對污泥進行間接烘干。臭氣及烘干后的污泥，利用鍋爐燃燒的高溫環境殺滅污泥中的微生物和寄生蟲卵，并達到防霉、除臭的污泥干化焚燒系統。該工藝風機功率較小，耗電量小，但污泥干燥機體積較大，烘干效率低，系統相對復雜。根據目前現有機組運行經驗，采用蒸汽間接干化污泥的成本約為180-200元/噸，運行成本及設備投資巨大。

根據電廠實際情況，本項目采用煙氣直接干燥污泥方案，該方案投資低，技術先進成熟，設備可以實現全部國產化。干燥設備選擇破碎臥式回轉干化機，能夠滿足較大的脫水量，同時熱源熱效率利用率較高，廠房占地面積小，投資較少。

3.2 烘干后廢煙氣的處理

污泥蒸發產物除了水蒸氣外，還有硫化氫、氨、硫醇、有機硫化物等微量有機組分氣體，臭味濃度高。廢煙氣如果直接接入除塵器前，無法處理惡臭污染物，與鍋爐原煙氣混合后排放有稀釋污染排放的嫌疑。另外，如果將廢煙氣中的水蒸氣冷凝下來，產生的廢水污染物含量極高，電廠自身的水處理系統無法處理此部分廢水，需要單獨建立水處理系統，投資成本大、經濟性差而且損失了部分熱量，故不建議將干化廢煙氣中的水冷凝下來處理。

根據2017年12月國家能源局和環保部發布《關于開展燃煤耦合生物質發電技改試點工作的通知（國能發電力﹝2017﹞75號）》的要求，需要采用有效措施防止污泥干化焚燒全過程惡臭污染物外泄，惡臭污染物送入鍋爐進行高溫分解。綜合廢煙氣對鍋爐燃燒的影響后，建議將干化污泥的廢煙氣送入鍋爐焚燒，完全消除干化煙氣中的惡臭污染物，避免二次污染。

3.3 干化污泥與原煤摻配方式

目前國內已經投運燃煤電廠耦合污泥發電項目，都是將干化后的污泥在鍋爐上煤時送到電廠輸煤皮帶與原煤混合后進入磨煤機。由于污泥干化后臭味極大，根據在運電廠的實際經驗，在上煤時或多或少存在整條輸煤皮帶間散發臭味的現象，嚴重影響電廠環境及工作人員的工作環境。且目前達州電廠擬建設污泥干化場地與電廠輸煤倉距離較遠，直接送入輸煤皮帶運距較長。另外根據目前已運行電廠經驗，采用氣力管道濃相輸送極易造成管道堵塞，嚴重影響機組運行。綜合考慮環保與現場實際，建議電廠采用單獨的全封閉輸送皮帶將干污泥通過給煤機平臺加鋼球位置開孔處直接送入各臺機組的磨煤機。

3.4 摻燒污泥的適應性分析

根據已經進行的污泥特性試驗，干化污泥的物理性質、元素分析、工業分析和低位發熱量等方面，與褐煤有相似之處，尤其灰分和低位發熱量相近，固定碳的含量則低得多，可充當低檔燃料使用。污泥的燃燒特性與煤又有一定的差異，它有較低的分解溫度、起燃溫度和燃盡溫度，燃燒完全所需的時間也較少。這主要是由于它們具有不同的組成和結構。污泥主要由低級的有機物組成，結構比較簡單，且已經過二級生物氧化，受到不同程度的分解破壞，易于高溫分解。而煤主要由多環芳烴網狀物組成，結構致密，含碳量高，受高溫不易分解，分解所需時間長。

此外，污泥中SO2、NOx的釋放溫度均低于煤。一般污泥中的硫以有機硫的形式存在，硫鐵礦硫及硫酸鹽硫含量很少，而煤中的有機硫含量較低，硫鐵礦硫及硫酸鹽硫占多數，有機硫在高溫下易于分解、揮發，而硫鐵礦硫結合較牢固，分解需要一個過程，因此污泥易于釋放SO2。污泥中的氮主要以有機氮的形式存在，有機氮在高溫下容易揮發。煤中的氮主要以雜環型氮的形式存在，雜環形氮的分解需要一個過程，這種結構形式的差異決定了氮分解溫度的不同。從以上分析可以看出，干態污泥比煤容易燃燒。

污泥在煤粉爐1200℃左右的溫度下進行燃燒，可以避免產生二惡英、呋喃等有毒物質，而且又解決了燃燒后產生煙氣污染、灰渣處理、噪聲、熱和輻射等問題。

通過干燥后的污泥，均具有較高的熱值，接近于褐煤的發熱量，相當于煙煤的三分之一熱值，因此，可以將干化后的污泥看作是一種低熱值高揮發份燃料。因此，將干化后的污泥作為輔助燃料，是完全可行的。

4 結語

按照“節能減排”和“循環經濟”的指導思想，通過不同污泥干化工藝比選，綜合考慮技術可行性、經濟性以及運行的安全性，充分利用電廠所具有的熱源和余熱優勢，以及污泥自身的特性，推薦其采用煙氣直接干化方式對城市污泥進行干化摻燒。干燥后污泥摻燒量較少，采用煙氣再循環干燥污泥方案對鍋爐燃燒及各受熱面吸熱影響較小，對機組安全、穩定運行基本無影響。綜上所述，利用電站鍋爐對污泥進行焚燒處理是完全可行的。

參考文獻：

[1]聞哲，王波，馮榮等.城鎮污泥干化焚燒處置技術與工藝簡介[J].熱能動力工程，2016（09）：4-7.

[2]楊宏斌，冼萍，楊龍輝等.廣西城鎮污泥摻燒利用組分特性的分析[J].環境工程學報，2015（03）：29-32.

[3]鄧舟，王偉，夏洲等.市政污泥水熱干化系統的開發及工程化應用[J].中國給水排水，2012（19）：47-49.

[4]徐齊勝，殷立寶，馬曉茜等.燃煤電站工業污泥摻燒技術的全生命周期費用（LCC）分析[J].環境工程學報，2016（02）：11-14.

作者簡介：張趙青（1982-），男，陜西富平人，本科，高級工程師，從事電力能源設計及研究工作。