四川白馬循環(huán)流化床示范電站有限責(zé)任公司 甘 政

引 言

污泥是廢水處理過程中所產(chǎn)生的固體沉淀物質(zhì)，含有重金屬、泥沙、有機細菌、無機顆粒物等。由于污泥結(jié)構(gòu)松散不易沉降，難以進行徹底的固液分離和處置，目前最好處理工藝是通過直接焚燒，氧化處理內(nèi)部的有害物質(zhì)并綜合利用燃燒后的殘渣。四川白馬循環(huán)流化床示范電站有限責(zé)任公司（簡稱白馬公司）現(xiàn)有300MW和600MW循環(huán)流化床鍋爐各一臺，將干化后的污泥摻配到燃煤中，與煤一同送入爐膛進行燃燒處理，實現(xiàn)了經(jīng)濟和社會效益。

截止2019年中國人口已達14億，隨著中國城市化進程的加快和人民生活質(zhì)量的不斷提高，我國市政污泥年總產(chǎn)量目前已超過了4000萬噸。同時隨著工業(yè)環(huán)保要求的提高，工業(yè)污泥產(chǎn)量也在3600萬噸左右。而2019年全國污泥無害化處理率不足50%，已滿足不了環(huán)保處置要求。針對現(xiàn)有的污泥技術(shù)處理工藝分類，主要方式有無害化土地填埋處理、無害化土地直接利用、直接焚燒等三種方式。

直接焚燒是利用污泥的有機成分較高、具有一定熱值等特點來處置污泥，技術(shù)優(yōu)勢在于其處理有害物的徹底性，減量率可達95%，其有機物被完全氧化，重金屬幾乎全被截留在灰渣中。隨著污泥的預(yù)處理技術(shù)、高效的熱回收技術(shù)、對排放有效控制技術(shù)的采用，污泥在運輸、儲存中惡臭技術(shù)難題已經(jīng)得到了很好的解決，已成為污泥處理與處置的主流技術(shù)。直接焚燒需要在高溫下對污泥進行加熱分解，所采用的設(shè)備有直排爐、回轉(zhuǎn)窯爐、鼓泡爐、循環(huán)流化床爐等，在使用上各具優(yōu)劣，但由于循環(huán)流化床焚燒爐燃料適應(yīng)性廣，對污泥水分要求不高，同時燃燒溫度低，NOX排放量小，灰渣易于綜合處理等特點，已被普遍采用作為污泥焚燒的主要爐型，但也存幾個問題。

1 二噁英影響

二噁英又稱二氧雜芑，是2個或1個氧鍵連結(jié)2個苯環(huán)的含氯有機化合物，不是單一物質(zhì)而是指一類物質(zhì)。二噁英是一種大氣環(huán)境污染物，不能自然降解，當(dāng)人體吸入后會危害人體多種器官和系統(tǒng)。二噁英焚燒生成溫度在320～510℃之間，720℃開始分解，800℃左右2秒完全分解。白馬公司循環(huán)流化床爐膛溫度在900℃左右，爐膛出口至旋風(fēng)分離器溫度在910℃左右，煙氣在鍋爐及旋風(fēng)分離器總計停留時間在10秒左右，該溫度區(qū)間及停留時間能使二噁英完全發(fā)生氧化反應(yīng)，分解產(chǎn)生無毒芳烴，該反應(yīng)不可逆。研究表明影響二噁英排放的主要參數(shù)是氯離子含量和污泥中硫比值，當(dāng)硫氯離子比值值大于1時可大大降低二噁英的產(chǎn)生，當(dāng)硫氯離子比值大于10可抑制90%的低溫二噁英生成。根據(jù)浙江大學(xué)能源清潔利用國家重點實驗室對市政污泥的抽樣，硫氯離子比值比為80.1遠高于10，所以在源頭就可以大大抑制二噁英的產(chǎn)生。

白馬公司在試驗時對污泥樣品在四種不同工況進行了焚燒試驗：污泥單獨焚燒、污泥與煤按照1：1摻混后焚燒、污泥與煤按照1：1摻混并添加石灰石（按鈣硫比2計量）焚燒、煤單獨焚燒。試驗的污泥最高含量的為單獨焚燒，產(chǎn)生的二噁英為0.0917ngTEQ/m3；污泥和煤以質(zhì)量比1∶1混燒后二噁英濃度降為0.0045ngTEQ/m3；污泥與煤按照1：1摻混并添加石灰石（按鈣硫比2計量）焚燒結(jié)果為0.018ngTEQ/m3；純煤燃燒時二噁英的結(jié)果為0.0035ngTEQ/m3。二惡英在國家危險廢物焚燒污染控制標準中排放標準是0.5ngTEQ/Nm3，在國家生活垃圾焚燒污染控制標準中排放標準是0.1ngTEQ/Nm3。所以在沒有進行任何尾部煙氣處理的條件下，試驗各方式污泥摻燒所排放二噁英質(zhì)量濃度已遠低于國家規(guī)定排放標準。

2 污泥的惡臭影響

惡臭是指污泥在儲存運輸過程中向大氣揮發(fā)的異味物質(zhì)，通過空氣介質(zhì)作用于人的嗅覺器官、并有害人體健康的一類公害氣態(tài)污染物質(zhì)。惡臭是大型循環(huán)流化床鍋爐處理污泥的一大技術(shù)難點，特別是在人口集中區(qū)域?qū)ζ髽I(yè)會造成不好的影響。污泥產(chǎn)生的氣體成分主要有氧、氮、硫化氫、二氧化碳、甲烷、氨以及一些產(chǎn)生臭味的氣體，如糞臭素、吲哚、有機硫化物、胺類、硫醇等微量MVOC氣體，其中氧、氮、二氧化碳是空氣中是常見組成成分，不需要對其進行處理。臭氣產(chǎn)生的最大來源為硫化氫和氨，它們在空氣中飄散，影響空氣質(zhì)量，另外硫化氫是易燃的酸性氣體，其水溶液氫硫酸會對管道、土壤、混凝土結(jié)構(gòu)、金屬機械設(shè)備、配電柜等產(chǎn)生酸性腐蝕。

根據(jù)韋伯一費希納定律，惡臭給人的感覺量(即惡臭強度)是與惡臭物質(zhì)對人嗅覺的刺激量的對數(shù)成正比。當(dāng)惡臭濃度降低97%臭味強度只減少50%，所以說即使還余3%的惡臭濃度，也會給人體帶來極度不舒適感，造成防治惡臭比防治其它大氣污染物更為困難，要消除整個惡臭對人體的感官比達到排放標準還要嚴格。白馬公司此次試驗對惡臭處理方法，首先將污泥進行加入聚丙烯酰胺調(diào)質(zhì)，通過攪拌處理使污泥與藥劑充分反應(yīng)，增加污泥的脫水率，同時污泥經(jīng)過加藥調(diào)質(zhì)成為95～97%絮狀物，隨后送入壓濾機內(nèi)過濾壓榨后可將污泥含水率降至60%。由于污泥與藥劑反應(yīng)混合大大降低污泥揮發(fā)物，惡臭感明顯減少；其后再將干化后惡臭減少的污泥與燃煤進行混合，并在儲存、輸送系統(tǒng)上增加一套收集系統(tǒng)對剩余少量的臭氣進行收集環(huán)保處理，將其變?yōu)橛薪M織環(huán)保排放。通過上述兩種工藝相結(jié)合已完全解決了試驗時的惡臭問題，達到了國家相關(guān)標準，解決了污泥摻燒時的一大技術(shù)難題。

3 鍋爐燃燒性影響

白馬公司600MW循環(huán)流化床機組日均給煤量為4063.2t/d，此次試驗摻燒的污泥最大含水率80%時加入量為350t/d，經(jīng)干化后污泥最小含水率60%時加入量為216t/d，參比率只占燃煤的5%左右。即使污泥低位發(fā)熱量較低，但混合后燃料的組分變化較小，整體熱值變化不大，所以鍋爐的穩(wěn)定燃燒不會產(chǎn)生太大的影響。通過研究發(fā)現(xiàn)，污泥摻燒比例的增加有利于提高機組啟動初期燃煤的燃盡率，循環(huán)流化床鍋爐燃燒的是5～8mm左右的燃煤顆粒，同普通煤粉爐相比在初期燃煤的燃燒性能不太好，由于污泥中有機物含量較高，所以具有更高的揮發(fā)分含量，由于這些有機物揮發(fā)分的著火點低于燃煤的著火點，因此在鍋爐燃燒初期時污泥的揮發(fā)分可以釋放更多的熱量，從而促進燃煤的著火。由于循環(huán)流化床鍋爐具有較高的熱容性，當(dāng)溫度穩(wěn)定后可以加強二次風(fēng)擾動，促進燃煤燃燒性能，提高了整體燃煤燃盡率。

4 鍋爐效率影響

污泥摻燒對鍋爐的效率影響主要體現(xiàn)于水分增加帶來的熱能損耗、煙氣增加及排煙溫度增加，但如采用干化后污泥，由于低含水率和摻燒時摻燒比例低，鍋爐效率降低值估計在0.1～0.2個百分點。此次試驗采用的是利用壓濾機械干化后含水率60%的污泥進行的試驗。根據(jù)試驗中對污泥摻燒比例對飛灰特性及鍋爐經(jīng)濟性與安全性的影響試驗數(shù)據(jù)，表明隨著污泥的摻燒比例升高，灰渣未燃盡碳熱損失由0.8%低至0.5%（主要原因在本文論述鍋爐燃燒性能影響中以進行了充分的分析論證），降低了灰渣物理熱損失Q6。污泥摻燒試驗中不同燃燒工況排煙損失Q2在5.1～5.6%之間波動，整體變化率不大。另外污泥摻燒對于氣體不完全燃燒損失Q3、固體不燃燒損失Q4影響不大，一直在1.3～1.4%之間波動。

另外此次試驗還研究了不同污泥摻燒比例對鍋爐效率的影響。摻燒試驗前測試的鍋爐效率為94.08%，隨著污泥摻燒比例逐漸升高至2%、4%和6%時，鍋爐效率分別為94.07%、94.07%和94.09%，鍋爐效率變化不大。通過對一二次風(fēng)、爐膛溫度、漏風(fēng)等因素對效率進行修正，鍋爐效率在未摻燒污泥時為92.8%，隨著污泥摻燒比例逐漸升高至2%、4%和6%時，鍋爐效率分別為92.7%、92.8%和92.8%。綜合以上表明，污泥在煤中的摻燒比例如控制在6%以內(nèi)，摻燒對鍋爐效率沒有產(chǎn)生明顯變化。

5 其他方面影響

對鍋爐爐膛結(jié)焦的影響。鍋爐爐膛內(nèi)結(jié)焦的關(guān)鍵原因是灰熔點低，底渣出現(xiàn)焦熔現(xiàn)象，慢慢積累裹挾成結(jié)焦塊，而造成灰熔點低的主要原因是燃煤中堿金屬氧化物(如Na、K等）含量較高。將污泥燃燒后的灰成分進行研究，發(fā)現(xiàn)具有較高的磷化合物和二氧化硅，含量分別為10%與33%左右，所以污泥燃燒后的硅鋁酸鹽含量較高，但沒有反映出堿金屬氧化物含量高，可以忽略不計，如按照白馬公司常用煤種進行結(jié)焦指數(shù)計算，常用煤種指數(shù)為4，污泥指數(shù)為2，污泥結(jié)焦指數(shù)遠低于常用煤種，不會對爐膛內(nèi)燃燒運行造成影響。

給煤系統(tǒng)的影響。此次試驗由于采用干化后含水率60%污泥進行試驗，加入系統(tǒng)由煤倉→重式皮帶給煤機→鏈條式刮板給煤機→落煤管組成。將干化后污泥與燃煤按比列按照2～10%混合加入煤倉，再通過后面的加入設(shè)備送入爐膛，原給煤系統(tǒng)的中心給煤機、皮帶給煤機、刮板給煤機電流幾乎沒有變化，落煤管也沒有發(fā)生堵塞。

飛灰品質(zhì)的影響。飛灰是白馬公司發(fā)電重要的經(jīng)濟副產(chǎn)品，也是我國高品質(zhì)水泥制品的材料來源。此次試驗后對污泥焚燒所產(chǎn)生的焚燒灰進行實驗室數(shù)據(jù)分析，其吸水凝固性能較好，與粉煤灰的性質(zhì)相差不大。另外由于污泥燃燒后的灰在總灰量中占的比例很小，對飛灰銷售的品質(zhì)基本沒有影響。

尾氣排放影響。污泥摻燒后對鍋爐尾氣排放的主要影響是O2和NOX。由于白馬公司機組配置了半干法煙氣脫硫和SNCR脫硝系統(tǒng)，因此污泥摻燒對SO2和NOX的影響可以不用考慮。污泥灰分比較多，摻燒后產(chǎn)生的飛灰有所增加，但摻燒比較小，增量也很小，其后置有超凈袋式除塵器，不會造成排放粉塵超標。

6 結(jié)語

通過以上研究，白馬公司的大型循環(huán)流化床污泥摻燒是可行的，滿足國家關(guān)于大氣污染物排放指標。本文研究發(fā)現(xiàn)，600MW循環(huán)流化床鍋爐污泥水分控制到60%以下、摻燒比例控制在6%以下，完全能保證大型循環(huán)機組的安全性、環(huán)保性。同時由于機組容量大，污泥的處理量也較大，若采用更新工藝技術(shù)將污泥干化到20%左右，其經(jīng)濟性更好。