生活垃圾焚燒發電廠摻燒市政污泥的實例分析

摘要：結合生活垃圾焚燒發電廠摻燒市政污泥實例，本文介紹了污泥摻燒方式與摻燒比例等，分別對比研究了污泥摻燒對鍋爐溫度、鍋爐效率、消石灰用量、SO2排放、飛灰產生量和二噁英排放的影響。摻燒污泥后，爐膛溫度與鍋爐產汽量明顯降低，原因為污泥熱值低及積灰結焦；煙氣指標相近情況下，消石灰單耗增加，每日消石灰消耗量相較于未摻燒污泥時的消耗量增加10.4%；飛灰產生量基本無變化，二噁英排放量無明顯變化，毒性當量約為0.02。本研究結果可明確生活垃圾焚燒發電廠摻燒市政污泥的環境影響，指導同行合理選擇污泥摻燒方式。

關鍵詞：市政污泥；生活垃圾；焚燒發電；摻燒

中圖分類號：X703；TM619 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）06-00-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.06.021

Case analysis on Mixed Combustion of municipal sludge in Domestic waste incineration power plant

ZHANG Xiaohui， ZHANG Chaoxi， ZHAO Bo， SONG Jian

（CECEP （Nanbu County） Environmental Protection Energy Co.， Ltd.， Nanchong 637300， China）

Abstract： Based on the case of municipal sludge mixed combustion in a domestic waste incineration power plant， this paper introduces the method and proportion of sludge mixed combustion， and compares and studies the effects of sludge mixed combustion on boiler temperature， boiler efficiency， lime consumption， SO2 emissions， fly ash production， and dioxin emissions. After sludge mixed combustion， the furnace temperature and boiler steam production significantly decrease due to the low calorific value of sludge and coking of accumulated ash; when the flue gas indicators are similar， the unit consumption of hydrated lime increases， and the daily consumption of hydrated lime increases by 10.4% compared to the consumption without sludge mixed combustion; the amount of fly ash produced remained basically unchanged， and the amount of dioxin emissions remained unchanged， with a toxicity equivalent of approximately 0.02. The results of this study can clarify the environmental impact of municipal sludge mixed combustion in domestic waste incineration power plants， and guide colleagues in selecting a reasonable method for sludge mixed combustion.

Keywords： municipal sludge; domestic waste; incineration power generation; mixed combustion

近年來，我國持續推進鄉村振興，建設美麗中國，污水處理行業發展迅速，但大量市政污泥未得到及時的處理和處置。市政污泥的處理處置已制約污水處理行業的可持續發展，因此研究污泥處置非常有意義。當前，污泥處置的主要方式有衛生填埋、焚燒減量化處理、建材再加工利用和污泥發酵后土地利用（土壤改良）等。生活垃圾焚燒發電廠摻燒市政污泥已形成行業趨勢，當市政污泥與生活垃圾摻燒時，焚燒設備和煙氣凈化設備可共用，運營維護成本可大大降低[1-2]。

當前，污泥混燒或干化焚燒是我國提倡的污泥處置發展方向。因此，本文結合實例，研究生活垃圾焚燒發電廠摻燒市政污泥（含水率80.0%）對實際運行的影響，以促進生活垃圾與市政污泥協同處置，提高資源利用效率，改善生態環境。

1 項目簡介

本項目建設規模為800 t/d，設計年垃圾處理量為29.2萬t。其采用2×400 t/d的生活垃圾焚燒線，配1臺汽輪機（18 MW）和1臺發電機（20 MW）。煙氣處理系統為選擇性非催化還原（SNCR）+半干式反應塔噴射石灰漿系統+輔助干法噴射+活性炭吸附+脈沖袋式除塵器；吹灰方式為蒸汽吹灰+乙炔吹灰；滲濾液處理系統為除渣預處理+厭氧反應器+外置式膜生物反應器（MBR）+納濾（NF）+反滲透（RO）。螯合劑+水泥法固化后，飛灰進入垃圾填埋場填埋。爐渣在廠外進行綜合利用，煙氣排放執行《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB 18485—2014）。

2 市政污泥摻燒設計

摻燒的市政污泥來自多個城市污水處理站。入廠時，依據《國家危險廢物名錄（2021年版）》、《危險廢物鑒別技術規范》（HJ 298—2019）、《危險廢物鑒別標準 通則》（GB 5085.7—2019）的規定，對污泥進行危險特性鑒別，確保入廠污泥屬于一般固體廢物。經鑒別，摻燒的市政污泥為一般固體廢物，污泥含水率在79.2%～80.8%，pH為6～7，礦物油含量為414～738 mg/kg，有機質含量大于50.0%。

2.1 摻燒方式

摻燒方式為發酵摻燒，非直接入爐摻燒。發酵摻燒為市政污泥入廠后與生活垃圾充分混合，發酵7～10 d后入爐燃燒。發酵摻燒具體方式為污泥運輸車卸料直接卸入垃圾坑，卸料時對其進行墊料，每車污泥墊料兩車生活垃圾，保證污泥不沉積于垃圾坑底部。垃圾吊對混料進行多次翻拋，混合均勻發酵。發酵后，市政污泥與生活垃圾一起進入焚燒爐混燒。

污泥厭氧發酵時，在缺氧條件下，污泥厭氧消化，可降解的物質被微生物降解，由此實現污泥減量化、穩定化，它是在復雜的微生物代謝過程中完成的，有機物既為電子受體，也提供電子給微生物。污泥厭氧消化過程有3種基本理論說法，即兩段論、三段論和四段論，如圖1所示。污泥有機物被水解成小分子，然后產酸菌利用小分子進行厭氧發酵，生成有機酸和醇類等。最后，有機酸和醇類再次分解，生成CO2、CH4、NH3等氣體，達到減量化、穩定化，其同生活垃圾摻燒時熱值升高，更易燃燒。

2.2 摻燒比例

當市政污泥含水率為80%時，熱值比較低，摻燒生活垃圾的污泥基本沒有能量，垃圾焚燒的熱值基本全部用來污泥含水的蒸發[3]。任慶玖[4]研究污泥摻燒時發現，摻燒含水率大于80%的污泥會大大降低熱值，摻燒比例高會使爐膛運行狀況發生波動，經常需要助燃。研究表明，污泥摻燒比例較大，污泥含水率高，會導致整體熱值下降，嚴重影響垃圾焚燒設備的運行。因此，選擇適當的摻燒比例極為重要。為降低能耗，確保垃圾焚燒爐持續運行，一般會將污泥摻燒比例控制在20%以下[5]。

本研究將污泥摻燒比例控制在10%～11%，主要分析污泥摻燒對生活垃圾焚燒的影響。連續摻燒多個月份，選取典型月份摻燒數據與無摻燒數據進行分析。本研究選取a月、b月數據進行分析，a月為無摻燒月，b月為摻燒月。

2.3 焚燒排放污染物測試方法

焚燒排放的污染物按照《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB 18485—2014）中規定的方法進行測定。數據采集為在線采集，數據來源主要為重點排污單位自動監控與基礎數據庫平臺。

3 市政污泥摻燒對生活垃圾焚燒的影響

3.1 摻燒對鍋爐溫度的影響

圖2顯示，a月平均爐膛溫度為1 035 ℃，b月平均爐膛溫度為937 ℃，摻燒污泥后，爐膛溫度明顯降低。鍋爐出現嚴重積灰，其間加大蒸汽吹灰和乙炔吹灰頻率，通過鍋爐溫度變化曲線分析，污泥的灰分含量高于生活垃圾，所以摻燒污泥會增加鍋爐積灰，降低傳熱效率。另外，污泥熱值較低，導致整體熱值降低，爐膛溫度也明顯降低，必要時還須投運輔助燃燒裝置。

3.2 摻燒對鍋爐效率的影響

圖3顯示，a月鍋爐平均產汽量為1 705 t/d，b月平均產汽量為1 550 t/d，摻燒污泥后，鍋爐產汽量明顯降低。污泥進入焚燒爐后，在爐排翻動和一次風擾動的作用下形成揚起，易造成鍋爐積灰和結焦。水平煙道積灰增加，煙氣流動阻力增加，蒸發器、過熱器、省煤器積灰嚴重，結焦導致受熱面熱傳導效率下降，繼而引發鍋爐換熱效率下降，蒸發量減少，運行時要加大蒸汽吹灰、乙炔吹灰的頻次。

3.3 摻燒對煙氣凈化的影響

圖4顯示，煙氣指標相近情況下，消石灰單耗增加。市政污泥S元素含量比較高，摻燒污泥會使煙氣中的SO2濃度升高，如圖5所示。

摻燒污泥前，每天的消石灰用量為11.5 kg/t，煙氣凈化系統SO2的排放濃度為65 mg/m3。摻燒污泥后，每天的消石灰用量均值為12.7 kg/t，比未摻燒污泥前的消耗量增加10.4%。同時，SO2的排放濃度為54 mg/m3。摻燒后，在保證煙氣指標合格且相近的情況下，消石灰單耗增大。

3.4 摻燒對飛灰產生量的影響

圖6顯示，a月平均產灰量為21.7 t，b月平均產灰量為22.2 t，摻燒污泥后，飛灰產生量基本無變化。

3.5 摻燒對二噁英排放的影響

摻燒期間對二噁英排放量進行監測，摻燒前后無明顯變化，毒性當量約為0.02，符合環保要求。

4 結論

本文結合生活垃圾焚燒發電廠摻燒市政污泥的實例，介紹了污泥摻燒方式與摻燒比例等，對比分析了污泥摻燒對鍋爐溫度、鍋爐效率、煙氣凈化、飛灰產生量、二噁英排放的影響。其間，污泥摻燒比例控制在10%～11%。污泥摻燒方式為發酵摻燒，非直接入爐摻燒。污泥發酵主要以厭氧發酵方式進行，污泥厭氧消化是指在缺氧條件下，污泥中的有機物被微生物降解，使得污泥減量化、穩定化，發酵后污泥水分降低，熱值升高，更易摻燒。摻燒污泥后，爐膛溫度明顯降低，鍋爐產汽量也明顯降低，原因為污泥熱值低及積灰結焦等；煙氣指標相近情況下，消石灰單耗增加，摻燒后消石灰消耗量相較于未摻燒污泥時的消耗量增加10.4%；飛灰產生量基本無變化，二噁英排放量無明顯變化，毒性當量約為0.02。本研究結果可明確生活垃圾焚燒發電廠摻燒市政污泥的環境影響，指導同行合理選擇污泥摻燒方式。

參考文獻

1 楊亮亮，尹 力，黃 潔.市政干化污泥摻燒對生活垃圾焚燒的影響及應對措施[J].環境衛生工程，2018（4）：9-11.

2 劉 海，王定國，鄭雪艷，等.爐排式垃圾焚燒爐中摻燒污泥方式研究[J].重慶科技學院學報（自然科學版），2015（3）：119-128.

3 陳 萌，韓大偉，吉芳英，等.城市污水處理廠污泥熱值及影響因素分析[J].給水排水，2008（4）：37-40.

4 任慶玖.城市生活垃圾與污泥混燒研討[J].資源與環境，2008（6）：74-75.

5 鄭雪艷，王定國，劉 海.基于爐排爐的生活垃圾與污泥混燒技術[J].節能技術，2015（3）：140-143.