造纸污泥与煤流化床掺烧试验研究

肖汉敏，邹大勇

（1．肇庆学院 电子信息与机电工程学院,广东 肇庆 526061;2．江苏理文造纸厂,江苏 常熟 215500）

造纸污泥与煤流化床掺烧试验研究

肖汉敏1，邹大勇2

（1．肇庆学院 电子信息与机电工程学院,广东 肇庆 526061;2．江苏理文造纸厂,江苏 常熟 215500）

在流化床锅炉进行了造纸污泥与煤直接掺烧的试验，研究了掺烧对温度、负荷、耗煤量、锅炉效率和排放等方面的影响．研究表明：以不同比例向炉膛内投加湿污泥对炉膛温度的影响较大；随着污泥量的逐步增加，锅炉排烟温度逐步升高，锅炉效率却随之降低，锅炉飞灰的可燃物含量逐步增加，锅炉炉渣的可燃物含量则无明显变化；锅炉所排烟气中二氧化硫、氮氧化物及烟尘浓度都在相关排放标准之内，不会引起二次污染．

污泥；流化床；掺烧

0 引言

随着经济发展、人口增长和城市化进程的加快，以及污水处理率的提高，污泥的产生量也越来越大．在污泥的产生量不断增加的同时，我国污泥的处理技术和装备却普遍落后，污泥安全处理与处置的保障率很低．如果污泥处理不当或不及时，会带来严重的二次污染，因此，如何妥善、科学地处理和处置污泥，己成为国内外学者共同关注的环保课题．

国内外有不少学者对污泥的掺烧进行了研究．陈晓平等[1]对城市污泥与煤在循环流化床内混烧进行了研究．文献[2]的作者则对油污泥与水煤浆混烧进行了研究．

某造纸公司日产纸近3 000 t，每日产生污泥约360 t，其污泥含水率约为80%．自备电站锅炉的排烟温度约为160℃，所以公司于2006年开始陆续安装了3台污泥干燥焚烧系统，采用旋流喷动干燥机，利用锅炉的高温烟气干燥污泥，设计处理量是每台100 t/d，得到含水率约为30%的污泥颗粒，然后将其通过气力输送系统送入锅炉进行焚烧．此外，还安装了2套污泥泵，通过它升压后再经管道输送至锅炉的炉膛中直接进行焚烧．本试验所采用的方法是将脱水污泥直接用污泥泵送进焚烧炉焚烧．

1 试验部分

1．1 试验燃料

本试验所用到的煤来自越南，污泥为某造纸公司污水处理厂的脱水污泥．试验所用煤和污泥的工业分析和元素分析如表1所示．

1．2 造纸污泥流化床直接掺烧系统

污泥流化床直接掺烧系统如图1所示．污泥流化床直接掺烧系统采用的是利用污泥泵直接将湿污泥从炉膛顶部加入到炉膛中焚烧的方式，焚烧后的烟气经烟气净化器及布袋除尘器后由烟囱排出，煤渣外运应用．

表1 试验所用煤和污泥的工业分析和元素分析

掺烧系统主要由污泥输送系统、锅炉掺烧系统及烟气净化系统构成．

1)污泥输送系统．湿污泥输送装置采用以污泥泵为主的粘稠物料管道输送系统，采用“两用互备”的布置方式．

2)污泥焚烧系统．用循环流化床锅炉直接掺烧湿污泥，流化床锅炉的主要参数见表2．

1．2 试验方案

污泥流化床直接与煤掺烧的试验步骤如下：

1）通过调整污泥泵的开度和调整加入炉膛的造纸湿污泥的量，从而改变湿污泥与煤的不同掺烧比例．详细记录此过程中锅炉的炉膛温度、耗煤量、产气量、飞灰可燃物含量、炉渣可燃物含量、尾气中二氧化硫、氮氧化物及烟尘浓度的变化情况．

2）湿污泥加入炉膛后，床温会立即下降，床温的稳定要靠运行人员的及时调整来保证，同时还要保证锅炉氧量在5%～6．5%之间．

3）污泥焚烧后灰中的重金属含量，我们委托上海SGS公司进行化验分析，并将结果与国家相关标准进行对比，由此给出炉渣的使用范围．

2 污泥流化床直接掺烧特性研究

2．1 掺烧对温度的影响

通过调整污泥泵的开度改变污泥与煤的掺烧比例，试验中煤耗量为50．53 t/h．根据锅炉DCS系统的记录值，得出在湿污泥加入炉膛后，炉膛上部、下部以及出口3个位置测点的温度变化情况．

污泥投加量对炉膛温度的影响如图2所示．由图2结果可知，投加了污泥后炉膛温度迅速下降，随着污泥投加量的增加，炉膛温度下降幅度有所减缓．

污泥投加量为23．38 t/h，在“投加状态（75%）→停止污泥泵运行（0%）→恢复投加状态（75%）”3个变化过程中的炉膛温度变化曲线如图3所示．炉膛温度的3处测点依次发生变化：污泥泵停止运行后，炉膛上部温度立即出现上升现象，变化幅度为25℃；炉膛下部温度在污泥泵停止1 min后出现上升，变化幅度为24℃；炉膛出口温度在污泥泵停止5 min后出现上升，变化幅度为22℃．当污泥泵启动恢复75%开度后，炉膛上部温度立即下降，变化幅度为24℃；炉膛下部温度在污泥泵启动1 min后开始下降，变化幅度为24℃；炉膛出口温度在污泥泵启动4 min后开始下降，变化幅度为22℃．

表2 循环流化床锅炉(UG－350/9．8－M)参数

图1 污泥流化床直接掺烧系统

图2 污泥投加量对炉膛温度的影响

不同污泥掺量时的排烟温度变化曲线如图4所示．随着污泥投加比例不断增加，锅炉排烟温度不断下降．当污泥投加量为18．7 t/h时，排烟温度仅下降1．5℃；而继续加大投加量时，烟温下降的幅度增大，当污泥投加量为30．86 t/h时，排烟温度仅下降6℃．

图3 投加污泥23．38 t/h过程中炉膛温度变化曲线

图4 不同污泥掺量时的排烟温度变化曲线

2．2 掺烧对负荷、耗煤量及锅炉效率的影响

污泥投加量与锅炉负荷、耗煤量之间的关系如表3所示．由表3结果可知，在保证锅炉负荷的情况下，随着污泥投加量的增加，耗煤量也相应增加．在同一条件下进行掺烧试验，根据在不同污泥投加量下锅炉产汽量及用煤量的变化情况，可求得每种情况下每吨污泥的耗煤量．平均每吨污泥耗原煤0．06 t，耗标煤为0．04 t．若考虑污泥直接掺烧系统的耗电情况，平均每吨湿污泥耗原煤0．062 t，耗标煤0．041 t．

表3 污泥投加量与锅炉负荷及耗煤量之间的关系

锅炉效率随污泥投加量的变化曲线如图5所示．从图5中可以看出，锅炉效率随着污泥投加量的增加而降低，但降低的幅度并不是很大．当污泥投加量为6．23 t/h时，锅炉效率仅降低了0．013%；当污泥投加量为30．86 t/h时，锅炉效率降低0．247%．

2．3 掺烧对炉渣和飞灰的影响

通过改变污泥泵的开度，可使污泥与煤的比例不断变化，锅炉飞灰及炉渣中可燃物含量也随之变化，锅炉飞灰及炉渣中可燃物含量的变化情况见图6．从图6可以看出，随之污泥泵开度的加大，锅炉飞灰可燃物含量明显增加，这与污泥在流化床锅炉中的燃烧特点相吻合；高含水率的污泥投入到炉膛中后，使锅炉燃料的完全燃烧程度降低，排烟中飞灰可燃物含量升高；而炉渣可燃物含量在此过程中却表现出没有规律性的变化．

图5 锅炉效率随污泥投加量变化曲线图

2．4 掺烧对烟气排放的影响

热电站循环流化床锅炉的除尘器选用的是LGM－KE－11200长袋脉冲除尘器，主要由滤袋、清灰机构和外壳灰斗构成．含尘空气从除尘器的进风均流管进入各分室灰斗，在灰斗导流装置的导流下，颗粒的粉尘被分离后直接落入灰斗．随着过滤工况的进行，滤袋上的粉尘越积越多，当设备阻力达到限定的阻力值（一般为1 500 Pa）时，由清灰控制装置按清灰时间设定值进行自动在线或离线清灰．

流化床锅炉掺烧造纸污泥烟气排放主要污染物的浓度变化如图7所示．在污泥掺烧试验中，随着污泥投入量的逐渐增加，利用烟气在线测量装置记录下锅炉烟气排放中二氧化硫（炉内投加石灰石进行正常脱硫）、氮氧化物及烟尘浓度的数据．其中二氧化硫在184～190×10－6之间，氮氧化物在113～116×10－6之间，烟尘在34～39×10－6之间．以上结果表明，在湿污泥的掺烧过程中，锅炉烟气排放主要污染物的浓度变化不大，完全可以达到相关排放标准．

图6 锅炉飞灰及炉渣中可燃物含量变化情况

图7 流化床锅炉掺烧造纸污泥烟气排放主要污染物浓度变化

3 结论

通过对造纸湿污泥在流化床锅炉的直接掺烧试验，可得到以下结论：

1)循环流化床锅炉在稳定负荷情况下，以不同比例向炉膛内投加湿污泥，炉膛出口温度变化幅度可达22℃，并且炉膛上部温度先发生变化，1 min后炉膛下部温度开始变化，5 min后炉膛出口温度开始变化．

2)随着掺烧污泥量的逐步增加，锅炉排烟温度呈下降趋势，锅炉效率随之降低．

3)随着污泥量的逐步增加，锅炉飞灰可燃物含量逐步增加，锅炉炉渣的可燃物含量无明显变化，说明高含水率的造纸污泥对锅炉燃料的燃烧产生较大影响．

4)掺烧不会对排放烟气中的主要污染物产生明显影响，锅炉的排烟中二氧化硫、氮氧化物及烟尘浓度都可达到排放标准要求．

[1] 陈晓平,顾利峰,赵长遂,等.城市污泥与煤混烧过程中NOx和N2O的排放特性[J].东南大学学报,2005,35(1):122-125.

[2] LIU Jianguo,JIANG Xiumin,ZHOU Lingsheng,et al.Co-firing of oil sludge with coal water slurry in an industrial internal circluating fluidized bed boiler[J].Journal of Hazardous Materials,2009,167(1/3):817-823.

Co-combustion of Paper Mill Sludge with Coal in Industrial Circulating Fluidized Bed Boiler

XIAO Hanmin1，ZOU Dayong2

(1.College of Electronic Information and Mechantronic Engineering,Zhaoqing University,Zhaoqing,Guangdong 526001,China;2.Jiangsu Lee&Man Paper Mfg.Co.Ltd.,Changshu,Jiangsu 215500,China)

Co-combustion of paper mill sludge with coal in industrial circulating fluidized bed boiler were carried out,the Burning of the temperature,load,coal consumption,the boiler efficiency and emissions impact.The results show that:different ratio of sludge to the furnace humidifier on the furnace temperature cast great influence;With the gradual increase in the amount of sludge,boiler flue gas temperature increased gradually decreases boiler efficiency,boiler fly ash content of fuel gradually increase the fuel boiler slag showed no significant change;boiler exhaust sulfur dioxide,nitrogen oxides and soot concentrations are within the relevant emission standards,will not cause secondary pollution.

sludge;fluidized bed;co-combustion

TQ536．9

A

1009－8445（2011）02－0032－05

(责任编辑：陈 静)

2010－09－26

肇庆市科学技术计划研究项目（2009G013）

陈志胜(1972－),男,山东德州人,肇庆学院化学化工学院助教,硕士．