燃煤机组低质烟气干燥城市污泥并再燃技术

2015-09-19马鸿良

中国科技纵横 2015年15期

关键词：低质热源燃煤

马鸿良

（山东神华山大能源环境有限公司，山东济南　250014）

燃煤机组低质烟气干燥城市污泥并再燃技术

马鸿良

（山东神华山大能源环境有限公司，山东济南250014）

文章分析了城市污泥在干燥和焚烧过程中所体现出的特性，并对利用燃煤锅炉机组的低质烟气干燥污泥，然后送入机组燃烧的工艺进行了研究。该技术具有系统简单、配置灵活、无二次污染等优点，同时干污泥作为锅炉的再燃燃料使用，还能起到降低氮氧化物排放的效果。通过对其应用前景进行分析判断认为，该技术满足污泥处置的减量化、无害化、资源化目标，具有良好的效益和推广价值。

污泥处置燃煤机组干燥掺烧

城市污泥主要指城市生活污水和工业污水处理厂在水处理过程中产生的泥浆状废弃物，其来源及成分较为复杂，其中含有大量的氮、磷、钾等多种营养元素和有机质可利用成分，也含有有毒、有害、难降解的有机物、重金属、病原菌及寄生虫（卵）等物质。随着我国经济快速发展和人口不断增长，城市污泥产量逐年增加，大量未经处理的污泥的排放对环境造成了二次污染。因此如何将产量大、成分复杂的污泥经过科学处理，使其减量化、无害化、资源化和稳定化已成为中国乃至全世界环境界广泛关注的课题之一［1］。

1　常用的城市污泥处置方法

目前国内城市污泥的处置方式主要有填埋、堆肥和焚烧，各种处置方法各有优缺点［2］。

填埋法：我国应用较广，是将经简单灭菌处理后的污泥直接倾倒到低地或谷地，铺开压实后覆盖惰性土壤掩埋。这种工艺处置成本低，无需对污泥做高度脱水处理，但污泥中的有毒有害重金属和病原微生物将污染土地和水资源。

堆肥法：堆肥是利用污泥中的微生物进行发酵的过程，此法利用微生物群落在潮湿环境下对多种有机物进行氧化分解并转化为类腐殖质作为土地肥料。堆肥法较好地解决了污泥的出路问题，一定程度上解决了国内农业偏施化学肥的现状，具有一定的经济和社会效益。但因污泥成分日趋复杂，并且随着农用污泥中重金属排放标准以及卫生要求的提高，污泥堆肥也日益受到限制［3］。

焚烧法：焚烧是使污泥中的可燃成分在高温下经充分燃烧，最终成为稳定的灰渣。焚烧法具有减容、减重率高，处置速度快，无害化较为彻底，能源再利用等优点。焚烧过程中所有的病菌、病原体均被彻底杀灭、有毒有害的有机残余物被氧化分解，可以达到无害化、减量化、资源化的目标。目前，利用燃煤电厂锅炉废热、烟气等低质热源作为污泥干燥热源，并对污泥进行再燃焚烧的技术是国家重点鼓励的污泥处理技术方向［4］。

2　城市污泥的干燥焚烧特性

污泥是一种高水分、低热值的物质，经干燥后含水率40%的城市污泥低位热值约为1000～1400kcal/kg，污泥（干态）分析基在物理性质、元素分析、工业分析和低位发热量等方面与褐煤有许多相似之处，可充当低档燃料使用。

污泥含水率的多少是污泥焚烧处置中的一个关键因素。城市污泥的出厂含水率高达80%，污泥焚烧通常需要将污泥的含水率降至65%以下。由于国内污泥中有机质含量相对较低，因此，通常需要将其含水率降至更低的40%，所以城市污泥首先要进行干燥脱水后才适用于焚烧。

污泥中往往含有一定量的重金属，而重金属污染正在受到越来越广泛的关注。相关分析表明，经干燥后的城市污泥中重金属含量与锅炉燃煤相差无几，污泥焚烧后的少量灰渣混入锅炉灰渣排放，对锅炉灰渣的品质几无影响，不破坏原灰渣的综合利用途径。

二噁英是一种无色无味、毒性严重的物质。研究表明二噁英是由含氯有机物不完全燃烧通过复杂热反应形成的，当污泥燃烧温度高于800℃、在锅炉炉膛内停留时间超过2秒时不会形成二噁英。大中型燃煤锅炉的炉温一般高于900℃，所以将污泥掺入燃煤燃烧不会产生二噁英的污染问题。

可见，经过干燥处理的城市污泥具备适合燃烧的特性，也不会带来新的二次污染。

3　燃煤机组低质烟气干燥城市污泥并再燃技术

山东神华山大能源环境有限公司开发的燃煤机组低质烟气干燥城市污泥并再燃技术，是将城市污水处理厂经脱水机初步脱水后含水率60～80%的污泥运至燃煤电厂，储存于专设的湿污泥储仓内。使用螺杆泵等适用于此类污泥的进料设备将污泥定量送入干燥机，同时，作为干燥热源的烟气取自锅炉机组省煤器之后的烟道（温度约为300℃，属低质热源，可作为干燥污泥的热介质充分利用其残余热量，是理想热源选择）。烟气进入干燥机与污泥充分接触混合，利用烟气所含有的热量蒸发出污泥中的水分，使污泥得到干燥处理。

经过干燥后污泥的含水率控制在40%以内，呈现粉末状，满足进入锅炉燃烧的要求。干污泥进入锅炉燃烧可以选择两种途径，一种是随废烟气从干燥机排出进入烟泥分离器，分离下来的污泥粉末通过输送设备送至锅炉机组的输煤制粉系统，与燃煤混合后共同送入炉膛燃烧。同时，将废烟气送至锅炉排烟的脱硫除尘烟气净化系统，经环保处理后排放；另一种是随废烟气直接送至炉膛再燃，作为再燃燃料使用。这种方法是将污泥干燥焚烧技术与锅炉烟气再循环及燃料再燃等低氮燃烧技术的结合，在焚烧污泥的同时，利用干污泥和干燥过程中产生的挥发分物质作为锅炉的再燃燃料，利用废烟气作为再循环烟气，达到低氮燃烧、降低氮氧化物排放的效果。

我国《城镇污水处理厂污泥处理处置技术规范》中对城市污泥的焚烧处理方式做出了相关规定：“污泥热干化厂应选择在就近持续、稳定可获得余热热源的地方，如污泥消化池、生活垃圾焚烧发电厂、火力发电厂、水泥厂等附近，利用废热、烟气作为热源。一般不宜采用一次优质能源作为污泥干化热源。”本工艺正是充分利用了燃煤电厂得天独厚的优势，使锅炉烟气余热的内在热值继续发挥效用，同时干污泥作为锅炉的补充燃料得到了利用，既回收了其热值，又不会对锅炉的燃烧性能造成影响。

本技术的优点是系统配置简单，设备成熟可靠，运行维护方便；污泥干燥装置设置灵活，适合配置于各种燃煤锅炉机组，对机组运行影响很小；污泥处理量大，处理速度快，减容量明显；无二次污染，无论是焚烧产生的气体污染物还是灰渣都能得到有效的处理；干污泥作为锅炉的再燃燃料使用，还能起到降低氮氧化物排放的效果。

4　应用前景分析

随着我国工业的发展和城市化进程的加快，城市污水处置率的提高，城市污泥量每年都在大幅增长，城市污泥能否得到及时有效的处置已直接影响到人们的生活生产，是城市发展亟需解决的问题之一。城市污泥处置不当，将产生严重的二次污染，对环境、人身健康都造成危害，合理、环保的污泥处置方法是改善环境的需要，是需要全社会共同关心和解决的问题。各地燃煤电厂作为当地的重要企业，在面对城市污泥处置的问题上，具有义不容辞的责任和义务。燃煤电厂利用锅炉对污泥进行无害化、减量化、稳定化、资源化处理，具有独到的优势，可为保障人民的生产生活环境质量做出贡献。

目前，燃煤机组低质烟气干燥城市污泥并再燃工艺作为一项新兴技术，已经在国内多家电厂得到了成功的应用，有效解决了所在城市的污泥排放问题，该工艺在使用过程中表现出了安全、经济、环保等优秀特性，其生态、低碳、环保和社会综合效益极为可观。另外根据国家发展改革委《可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法》（发改价格〔2006〕7号）的规定，相关电厂掺烧污泥的锅炉机组也得到了上网电价补贴，也为电厂带来了很好的经济效益。