燃煤电厂掺烧市政污泥工程大气污染分析

刘政艳，郑新梅，章严韬

(1.南京中电环保工程有限公司，江苏南京 210000；2.南京市环境保护科学研究院，江苏南京 210000；3.南京金陵中学，江苏南京 210000)

燃煤电厂掺烧市政污泥工程大气污染分析

刘政艳1，郑新梅2，章严韬3

(1.南京中电环保工程有限公司，江苏南京 210000；2.南京市环境保护科学研究院，江苏南京 210000；3.南京金陵中学，江苏南京 210000)

市政污泥与燃煤掺混在电厂锅炉内焚烧，实现污泥无害化、减量化、资源化处置是较好的方式。利用电厂做过功、不经处理无法直接利用的低品质蒸汽为热源，对污泥进行间接干化，干化后的污泥在燃煤锅炉内进行焚烧处理。污泥掺烧比率的增大会对大气污染物排放浓度产生一定的影响。在7.35%的污泥掺烧率内，随着污泥掺烧率的增大，SO2的排放浓度变化不大，NOx的排放浓度逐渐降低，烟粉尘的排放量有增大趋势，但是最终的排放浓度均在排放限值内。污泥与燃煤掺烧，重金属排放浓度并无较大改变，符合排放标准。

市政污泥；燃煤；掺烧；大气污染物

随着经济的迅猛发展和城镇化水平的提高，城市人口不断增加，城市生活污水的产生量也日益增多，污水处理厂处理能力大幅提高的同时，也相应带来了污泥处置问题。仅2016年我国待处置的市政污泥已达3500万t，预计2020年将突破6000万t[1]，这还不包括数量巨大的工业污泥。

目前成熟、可行的污泥处置方法中，焚烧处理的方法能够将污泥最大程度地减量化，同时可回收废物资源，减少污泥对环境的危害[2]，国家政策也鼓励在有条件的地区将污泥作为低质燃料在火力发电厂焚烧。目前我国火力发电厂的燃料主要以煤为主，火电厂规模大而且分布广，如果能实现污泥与煤粉掺烧，基于已有煤粉燃烧装置(例如煤粉炉)和脱硫、脱硝等环境净化装置进行合理改造，相较于新建污泥焚烧厂，具有投资量小、运行成本低、建设周期短等明显优势。在循环经济模式下，利用电厂燃烧设备焚烧污泥，不仅可以大幅降低污泥处理费用，而且对于消纳污水污泥的工业企业而言，收取的污泥处理费和享受的相关优惠政策也可以增加企业收益，促进企业的可持续发展。

本文以南京市市政污泥在火电厂与燃煤掺烧项目为研究基础，介绍污泥掺烧系统及其特点，研究分析污泥在火电厂与燃煤掺烧对火电厂大气污染物排放的影响。

1 工程概况

1.1工程规模

南京市市政污泥在火电厂与燃煤掺烧项目，采用“间接干化+掺烧”工艺，利用电厂做过功、不经处理无法直接利用的蒸汽，通过间接传热干化技术将湿污泥含水率降至30%左右[3]，干化后的污泥量约为146 t/d(干化前含水率80%的污泥210 t、含水率60%的污泥150 t)。污泥干化后再按一定比例与燃煤掺混后送入电厂现有锅炉进行焚烧处置。项目建设于电厂现有厂区内，接收处理的污泥由南京市公用水务公司调配。

1.2设计思路

工程项目由中电环保股份有限公司负责设计、建设及运营，建设于南京华润热电有限公司内。该项目旨在实现市政污泥的减量化、无害化，同时实现协同发电资源化综合利用。工程设计根据市政污泥的性质、特点，充分考虑各处置环节，利用大型火电厂现有锅炉、除尘、脱硫、脱硝等设备，在实现污泥高温分解、消除污染及热值资源化利用的同时，借助电厂已有设施降低了项目一次性投资及运行成本，并大大缩短了建设周期。

1.3工艺流程

工程项目主要系统包括：湿污泥储存及输送、污泥干化、干污泥存储及输送、废气(汽)处理、仪控等。污泥“干化掺烧”处置系统流程如图1所示。

图1 污泥“干化掺烧”处置系统流程图Fig.1 Flowchart of the disposal system for sludge drying and co-firing

(1)湿污泥储存及输送。湿污泥料仓用于接收湿污泥，底部配螺旋输送机、污泥输送泵，将湿污泥送至干化机进行干化。湿污泥料仓为密闭的地下料仓，仓体上方配设密封门用于防止异味逸出，并采用微负压设计，负压抽风收集后的污泥臭气集中送锅炉焚烧。

(2)污泥干化。干化前含水率80%和60%的湿污泥通过料仓底部的污泥输送设备送至污泥干化系统，将污泥深度脱水干化至含水率30%左右、粒径1～6 mm的污泥颗粒。

干化设备采用单轴盘片式干化机，在干化机内部的回转轴上按照一定间隔密布了大量盘片加热体、羽根及刮刀。在干化过程中，中间回转轴及盘片内通入温度160～180℃、压力0.55 Mpa的蒸汽，湿污泥在盘片及羽根的挑动下与中空回转过热体间接接触而得到干化。干化产生的废气(汽)进入废气(汽)处理系统，产生的干污泥送入干污泥储存及输送系统。

(3)干污泥储存及输送。干化后的污泥颗粒收集进入干污泥储料仓暂存，干污泥储料仓内的污泥颗粒通过料仓底部的电动阀由皮带输送系统送至电厂输煤系统，与燃煤混合后经磨煤机进入电厂煤粉锅炉，在1100～1400 ℃温度下焚烧[4]。

(4)废气(汽)处理。干化产生的废气(汽)经气固分离装置(旋风分离器)完成气固分离，被抽吸至冷凝器。经冷凝、降温、除湿后产生的废液，处理达标后循环使用；不凝性气体经除雾后与湿污泥储存仓内的臭气一同送入电厂锅炉内，在高温下进行焚烧分解，产生的烟气进入电厂锅炉除尘及脱硫系统进行除尘、脱硫处理，达标排放。

2 运行工况筛选

2.1基本情况

针对硫氮尘数据，在线平台每小时对监测点位进行数据分析。本研究选取华润热电两台锅炉(分别标号3#、4#)出口全部返回数据进行研究，选择5个时段对电厂掺烧污泥产生的大气污染物进行分析评估，如表1所示。

污泥掺烧量数据来自污泥干化系统日常统计数据，机组运行情况和硫分、灰分、水分、挥发分以及当日燃料低位发热量等数据来自电厂日常统计数值。污泥掺烧比不仅与污泥实际掺烧量有关，还与当天实际燃煤量有关。电厂对燃煤相关情况进行逐日详细记录，内容包括：机组是否运行、原煤消耗量、分机组原煤消耗量以及对应的标煤量。本研究燃煤量均以标煤计。

2.2不同掺烧比

根据华润热电有限公司提供的信息，该电厂全年煤质差异不大，平均灰分17.59%，硫分0.61%，挥发分29.72%，水分15.57%，煤炭低位发热值20 113 kJ/kg。在整个系统调试和运行过程中，燃料的低位发热量并未发生较大改变，污泥掺烧对整个系统产生的影响微乎其微。

所选时段的煤炭使用情况、机组运行情况、污泥掺烧量及掺烧比如表1所示。可以看出，在时段五期间，污泥掺烧比最大，这也是整个污泥掺烧过程中所达到的最大污泥掺烧比。

表1 所选时段污泥掺烧情况

3 大气污染物分析与评价

3.1SO2自动监控系统长时段监测结果

表2是各个时段两个锅炉机组最终SO2排放的浓度均值和方差。从表2中可以看出，将时段一与其他4个时段的排放数据进行比对，随着污泥掺烧率的加大，SO2浓度变化不大。煤粉中硫含量相对较高，市政污泥的掺烧率对最终的SO2排放量影响较小。

表2 所选时段在线监测SO2浓度

注：“—”表示机组未运行，无数据。

3.2NOx自动监控系统长时段监测结果

表3是各个时段两个锅炉机组最终NOx排放的浓度均值和方差。从表3中可以看出，将时段一与其他4个时段的污染物排放数据进行比对，随着污泥掺烧率的加大，NOx浓度则大致呈现出逐渐减小的趋势，即在掺烧率小于7.35%的范围内，掺烧率越大，NOx排放量越低。NOx浓度的略微下降可能与污泥中存在的少量尿素、氨水等物质的吸收作用和灰尘微孔吸附有关[5]。

3.3烟尘自动监控系统长时段监测结果

表4是各个时段两个锅炉机组最终烟尘排放的浓度均值和方差。从表4可以看出，将时段一与其他4个时段的污染物排放数据进行比对，随着污泥掺烧率的加大，烟粉尘排放浓度整体上呈现出逐渐增大的趋势。烟粉尘的排放量与燃料的灰分、废气除尘设施的除尘效率直接相关，最终废气中烟粉尘含量的变化可能是由市政污泥中的灰分含量与煤粉中灰分含量的差异造成。

表3 所选时段在线监测NOx浓度

注：“—”表示机组未运行，无数据。

表4 所选时段在线监测烟粉尘浓度

注：“—”表示机组未运行，无数据。

3.4抽样检测重金属结果

2016年5月16—17日，干化污泥生产线正常运行，产能达到设计规模的75%以上，各类环保设施正常运行。项目在2台锅炉运行模式下，将干化污泥与燃煤混烧，符合验收监测工况要求。在此前提下，进行污染物采样评价。该监测期间工况如表5所示。

表5 抽样检测时段污泥掺烧系统运行工况

取样监测期间，污泥掺烧率约为3.20%。电厂烟囱出口汞最大小时排放浓度为0.0029 mg/m3，符合《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223—2011)表1标准限值[6]，其最大小时排放速率为0.002 kg/h；该排口氯化氢、镉、铅最大小时排放浓度分别为0.890 mg/m3、0.004 mg/m3、未检出，均符合《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB 18485—2014)表4标准限值[7]，其最大小时排放速率分别为0.68 kg/h、0.003 kg/h、lt;0.007 kg/h。监测与评价结果如表6所示。

由表6可以看出，各重金属排放浓度均远低于排放限值，其差距达几个数量级，因此可推测，即使成倍加大污泥掺烧率，依然不会造成排放超标的现象。

4 结论

(1)采用间接式污泥干化技术，直接利用火电厂做过功、不经处理无法直接利用的低品质蒸汽作为热源，对污泥进行干化，干化后的污泥在燃煤锅炉内进行焚烧处理，对电厂现有锅炉、烟气处理系统设备无明显影响，可保证电厂机组的稳定运行。

表6 烟囱排放口废气取样检测结果

(2)污泥掺烧率的增大会对污染物排放浓度产生影响。含水率30%的城市污水污泥在7.35%的掺烧率内，随着污泥掺烧率的增大，SO2排放浓度变化不大，NOx排放浓度逐渐降低，烟粉尘排放量有增大趋势。但最终的排放浓度均在排放限值内，对周围环境并未产生较大影响。

(3)含水率30%的城市污水污泥在7.35%的掺烧率内，在大气重金属污染物排放浓度方面并无显著影响，符合排放标准。

[1] 智研咨询集团. 2016—2022年中国污泥处理市场运行态势及投资战略研究报告[R]. 2016.

[2] 肖文平. 城市污泥干化与焚烧技术研究[D]. 南京: 南京大学, 2011.

[3] 王瑞. 污泥干化基础特性及工艺研究[D]. 沈阳: 沈阳航空工业学院, 2010.

[4] 聂永丰. 固体废物处理工程技术手册[M]. 北京: 化学工业出版社, 2016.

[5] 王飞, 朱小玲, 李博, 等. 污泥干化焚烧过程中污染物排放的研究[J]. 给水排水, 2011, 37(5): 22- 26.

[6] 环境保护部科技标准司. 火电厂大气污染物排放标准: GB 13223—2011[S]. 北京: 中国环境出版社, 2011.

[7] 环境保护部科技标准司. 生活垃圾焚烧污染控制标准: GB 18485—2014[S]. 北京: 中国环境出版社, 2014.

AnalysisandResearchonAirPollutionofMunicipalSludgeandCoalCo-firingPowerPlants

LIU Zheng-yan1, ZHENG Xin-mei2, ZHANG Yan-tao3

(1.Nanjing Electric Power Enviro-protection Engineering Co., Ltd., Nanjing 210000, China; 2.Nanjing Academy of Environmental Protection Sciences, Nanjing 210000, China; 3.Nanjing Jingling High School, Nanjing 210000, China)

Co-firing coal with municipal sewage sludge in the coal-fired power plant furnace is a better way to realize harmlessness, reduction and resource utilization. The low quality steam released by the power plants that cannot be used directly was utilized as heat source to desiccate the sludge indirectly. After desiccation, dehydrated sludge can be co-fired with the coal in a coal-fired boiler. The increasing percentage of co-firing sludge had some impacts on air pollutant emission. With the increase of sludge mixing rate, Sulfur dioxide concentration showed no evident changes; nitrogen oxides concentration decreased steadily; and smoke dust concentration showed an increasing tendency within 7.35 percentage of sludge in coal. All the emission concentrations were still under standard limitations after these changes occurred, and heavy metal emission showed no great changes.

municipal sludge; coal-fired; co-firing; air pollutant

2017-07-10

刘政艳(1985—)，女，内蒙古赤峰人，工程师，硕士，主要从事节能环保技术研究，E-mail：13705180935@126.com

10.14068/j.ceia.2017.06.009

X502

A

2095-6444(2017)06-0034-05