燃煤电厂掺烧城市污泥性能分析

＊马杜娟 黄纯琳 李顺泉 曾峻鹏 陈林梅

（广东建研环境监测股份有限公司 广东 510520）

引言

随着我国经济的发展、城市化进程的加快以及人民生活水平的不断提高，城市生活污水处理量持续加大，污水厂污泥的产生量也不断增长，至2020年，我国污水处理厂污泥的产出总量达到60-90Mt/年，且该数据呈上升趋势[1]。污水处理厂中的污泥含有大量有毒有害物质，如各种有机物、重金属、各种致病菌和病原菌等，如不进行有效处理，任意排放，那将会对环境造成严重污染；如处理不当，可能会对环境造成二次污染；故城市污水处理须由以前的“重水轻泥”向“泥水并重”的模式转变，不仅需要增大污水处理厂污泥处理规模，更须要寻求更为环保、更为经济的污泥处理方式。

目前，我国污泥处理处置能力不足，手段相对落后，亟待寻找一个合适的污泥处理处置方式。污泥的处置措施目前有用作土地利用、农肥、填埋、转运和焚烧等[2]，其中污泥焚烧具有无害化、污泥减量化及能源回收、能源利用等优点而得到广范的应用[3-4]，是一种相对比较经济可行的污泥处理方式。该处理方式是利用高温充分焚烧来灭杀污泥中各种微生物以及彻底分解有机物，使污泥得到无害化处置，由于污泥本身具有含水率高、热值低的特点，独自焚烧较为不稳定，且焚烧过程中产生的含硫、含氮的烟气也存在对环境造成污染的风险，而燃煤电厂本身具备高热值的燃料以及较为完善的烟气处理设施[5]，所以利用燃煤电站掺烧污泥既也可以无害化、减量化处理城市污泥，也能利用污泥燃烧产生的热值发电，减少燃煤消耗量，同时还将减少新建污泥处理厂的建设成本和污泥运输成本，是一种被公认的具有广泛应用前景的污泥处置方式[6-8]。国家十三五规划中，燃煤掺烧污泥发电已被相关部门纳入规划，《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》《电力发展“十三五”规划》《能源技术创新“十三五”规划》和《“十三五”节能减排综合工作方案》，同时国家相关部门也出台了《关于推进燃煤耦合生物质发电的指导意见》《关于开展燃煤耦合生物质发电技改试点工作的通知》和《全国碳排放交易市场建设方案》等一系列燃煤机组掺烧污泥技术的支持政策，鼓励煤电企业因地制宜地开展不同类型的燃煤机组耦合发电的技术改造[9]。其实在国外，对于燃煤电厂掺烧污泥技术已早有研究和投入使用，建于1962年的世界上首台焚烧污泥的锅炉仍在运行中，可见该技术具备可行性和适用性，污泥掺烧工艺也已被认为是众多污泥处理工艺中最为有效的技术之一[10]。我国电厂掺烧污泥技术虽起步较晚、运用也还不广泛，但对其的研究和探讨一直在进展中，目前该技术也已被逐步推广，对其投入和运用也越发常见和成熟，也已有电厂已成功应用该技术[11-14]。

2018年广东省发布了关于固体废物的污染防治行动计划《广东省环境保护厅关于固体废物污染防治三年行动计划（2018-2020年）》，广东省将全面加快污泥的处理处置设施建设，特别是污泥的无害化处置设施，强化污水厂运营企业“泥水并重”的处理责任，建设稳定的污泥资源化利用消纳渠道，同时根据不同污泥的不同特征因地制宜采用好氧发酵、工业制砖、水泥窑协同焚烧、热电厂及热力厂掺烧的方式进行资源化无害化处理。

广州恒运热电（D）厂有限责任公司作为《广州市污泥干化焚烧处理处置工作实施方案（2019-2025年）》中的实施单位，于2018年对#8，#9机组进行了燃煤耦合污泥发电技改工程，并于2019年进行试运行。本文对该厂#8，#9机组燃煤耦合发电进行试验研究，对其掺烧污泥所产生的污染物进行分析，为进一步优化工艺提供依据，同时为污泥在电厂锅炉掺烧积累经验。

1.锅炉掺烧污泥试验

(1)入厂污泥控制要求

目前我国并未制定有关的燃煤电厂协同处置污泥的相关技术规范以及泥质标准要求，燃煤电厂在进行掺烧污泥时，首先必须对进厂的污泥泥质进行分析研究。污泥成分比较复杂，不同来源污泥成分相差很大。从污水厂水质来源划分，大体分为生活污水厂污泥、工业废水污泥以及危险废物污泥，以生活污水为主的污泥有害成分较少，而工业废水污泥成分复杂，所含有较多的重金属等有害成分，而且不同工业废水的污泥具体有害成分不一样，而且每个污水厂特性不一样，需要区分对待。目前燃煤电厂进行污泥掺烧时主要参考GB 24188-2009《城镇污水处理厂污泥泥质》和GB/T 24602-2009《城镇污水处理厂污泥处置单独焚烧用泥质》要求来制定入炉掺烧污泥的标准要求，对于未达到入炉标准要求的污泥将拒绝接收。

广州恒运热电（D）厂有限责任公司掺烧的污泥是以处理生活污水为主要功能的公共污水处理厂污泥，污泥主要特性参数化验结果如表1。

表1 污泥主要特性参数Tab.1 Main characteristic parameters of sludge

(2)掺烧比例要求

参考《广州恒运企业集团股份有限公司燃煤耦合污泥发电技改工程可行性研究报告》，建设单位调研了目前国内污泥掺烧已经投产华润南京热电有限公司、华电滕州热电有限公司、华电潍坊发电有限公司。并了解了广州华润热电有限公司和广州黄埔电厂进行的污泥掺烧实验情况。在污泥掺烧量不大于10%的情况下，污泥掺烧前、后，以及不同干化污泥掺混比例并未造成锅炉燃料燃尽率下降，未影响锅炉热效率。掺烧污泥比例越少，对锅炉热效率影响越小。

由国家住房和城乡建设部及国家发展和改革委员会共同颁布的《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南》（试行）建议，热电厂在协同处置污泥时，入炉污泥的掺烧量应不超过燃煤量的8%。

本次试验进行了两种工况的研究，①工况一，掺烧污泥含水率为40%以下，污泥的掺比为4%；②工况二，掺烧污泥含水率为40%以下，污泥的掺比为8%；对比掺烧前后排放数据表明，工况一试验下，主要污染物排放变动不大。掺烧污泥与未掺烧相比，CO和HCl及其它有机气体排放浓度几乎没有变化，SO2和NOX排放也变化不大，但由于掺烧污泥后，混煤的含碳量有所下降，因此CO2排放浓度较燃烧单煤略有降低，同时污泥灰分比较多，掺烧后产生的飞灰则较未掺烧时有所增加。由于发电厂配置了相应的静电除尘和湿式电除尘设备，掺烧污泥后其烟尘排放浓度几乎没有发生变化。综上，在污泥掺烧比例为4%条件下，与燃烧单煤条件相比，电厂主要污染物排放没有产生明显的变化，未发现由于掺烧污泥而导致明显的有毒有害气体排放浓度显著升高的状况。

(3)掺烧试验

根据掺烧比例试验结合污泥含水率最终确定在进厂污泥含水率小于40%，污泥掺烧比例为4.7%进行试验，测定其主要污染物排放浓度，对比其技改前，分析污泥掺烧可行性。

2.锅炉掺烧污泥试验

对广州恒运热电（D）厂#9机组掺烧污泥后排放的废气和废水进行监测分析，观察其主要污染物的排放情况，分析其污泥掺烧可行性。

脱硫废水排放情况见表2，锅炉烟气排放情况见表3，无组织废气监测结果见表4。另外，试验期间，二噁英类污染物监测结果为0.013ngTEQ/m3。

表2 脱硫废水监测结果（单位：mg/m3）Tab.2 Desulfurization wastewater monitoring results

表3 锅炉烟气监测结果（单位：mg/m3）Tab.3 Boiler flue gas monitoring results

表4 无组织废气监测结果（单位：mg/m3）Tab.4 Unorganized exhaust gas monitoring results

以上试验结果表明，掺烧污泥后，其排放脱硫废水符合广东省地方标准《水污染排放限值》（DB 44/26-2001）第二时段三级标准。锅炉烟气中烟尘、二氧化硫、氮氧化物、汞及其化合物均符合《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223-2011）表2大气污染物特别排放限值要求；二噁英类、氯化氢、一氧化碳、镉、铊及其化合物（以Cd+Tl计）、锑、砷、铅、铬、钴、铜、锰、镍及其化合物（以Sb+As+Pb+Cr+Co+Cu+Mn+Ni计）均符合《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB 18485-2014，基准氧含量为11%）表4生活垃圾焚烧炉排放烟气中污染物限值的要求；硫化氢、氨、臭气浓度均符合《恶臭污染物排放标准》（GB 14554-1993）表2恶臭污染物排放标准限值要求；在掺烧污泥后，电厂各项主要污染物排放符合相关标准要求，对环境的没增加额外的污染影响。

3.结论与建议

对广州恒运热电（D）厂有限责任公司#8、#9机组进行燃煤耦合城市污泥技改项目进行试验研究，同时针对生活污泥掺烧必须注意的重要问题进行了解析，结论如下：

（1）污泥成分将严重影响污染种类及浓度的排放，污泥来源广泛，所含成分非常复杂，燃煤发电厂的环保设备没有二噁英的收集方法，因此要确保掺烧的污泥主要来自生活污水厂，同时控制污泥含水率小于40%。

（2）国内未对燃煤电厂掺烧污泥的标准进行规定，燃煤发电厂根据自身情况，按照国家制定的相关标准，制定泥质标准，并按时对污泥进行检测化验。笔者建议燃煤电厂掺烧应参照《城镇污水处理厂污泥泥质》（GB 24188-2009）的标准和《城镇污水处理厂污泥处置单独焚烧用泥质》（GB/T 24602-2009）的标准，严格制定入泥标准，务必同时满足GB 24188-2009和GB/T 24602-2009这2个国标要求的标准对污泥进行掺烧。

（3）国家未对燃煤发电厂重金属污染物排放标准制定相关规则，但是有些污泥中重金属含量很高，燃煤电厂对掺烧的污泥要定期监测重金属的排放。燃煤电厂掺烧污泥需依照《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB 18485-2014）的标准要求制定掺烧污泥烟气的排放标准，并依照相关要求进行定期监测。

（4）燃煤发电厂掺烧污泥时，必须定时对燃烧产生的灰渣进行化验，保证灰渣等副产物的品质不受到任何影响。

（5）在进厂污泥含水率小于40%，污泥掺烧比例为4.7%下，不会影响电厂烟气超低排放。