造紙污泥與煤流化床摻燒試驗研究

肖漢敏，鄒大勇

（1．肇慶學院 電子信息與機電工程學院,廣東 肇慶 526061;2．江蘇理文造紙廠,江蘇 常熟 215500）

造紙污泥與煤流化床摻燒試驗研究

肖漢敏1，鄒大勇2

（1．肇慶學院 電子信息與機電工程學院,廣東 肇慶 526061;2．江蘇理文造紙廠,江蘇 常熟 215500）

在流化床鍋爐進行了造紙污泥與煤直接摻燒的試驗，研究了摻燒對溫度、負荷、耗煤量、鍋爐效率和排放等方面的影響．研究表明：以不同比例向爐膛內投加濕污泥對爐膛溫度的影響較大；隨著污泥量的逐步增加，鍋爐排煙溫度逐步升高，鍋爐效率卻隨之降低，鍋爐飛灰的可燃物含量逐步增加，鍋爐爐渣的可燃物含量則無明顯變化；鍋爐所排煙氣中二氧化硫、氮氧化物及煙塵濃度都在相關排放標準之內，不會引起二次污染．

污泥；流化床；摻燒

0 引言

隨著經濟發展、人口增長和城市化進程的加快，以及污水處理率的提高，污泥的產生量也越來越大．在污泥的產生量不斷增加的同時，我國污泥的處理技術和裝備卻普遍落后，污泥安全處理與處置的保障率很低．如果污泥處理不當或不及時，會帶來嚴重的二次污染，因此，如何妥善、科學地處理和處置污泥，己成為國內外學者共同關注的環保課題．

國內外有不少學者對污泥的摻燒進行了研究．陳曉平等[1]對城市污泥與煤在循環流化床內混燒進行了研究．文獻[2]的作者則對油污泥與水煤漿混燒進行了研究．

某造紙公司日產紙近3 000 t，每日產生污泥約360 t，其污泥含水率約為80%．自備電站鍋爐的排煙溫度約為160℃，所以公司于2006年開始陸續安裝了3臺污泥干燥焚燒系統，采用旋流噴動干燥機，利用鍋爐的高溫煙氣干燥污泥，設計處理量是每臺100 t/d，得到含水率約為30%的污泥顆粒，然后將其通過氣力輸送系統送入鍋爐進行焚燒．此外，還安裝了2套污泥泵，通過它升壓后再經管道輸送至鍋爐的爐膛中直接進行焚燒．本試驗所采用的方法是將脫水污泥直接用污泥泵送進焚燒爐焚燒．

1 試驗部分

1．1 試驗燃料

本試驗所用到的煤來自越南，污泥為某造紙公司污水處理廠的脫水污泥．試驗所用煤和污泥的工業分析和元素分析如表1所示．

1．2 造紙污泥流化床直接摻燒系統

污泥流化床直接摻燒系統如圖1所示．污泥流化床直接摻燒系統采用的是利用污泥泵直接將濕污泥從爐膛頂部加入到爐膛中焚燒的方式，焚燒后的煙氣經煙氣凈化器及布袋除塵器后由煙囪排出，煤渣外運應用．

表1 試驗所用煤和污泥的工業分析和元素分析

摻燒系統主要由污泥輸送系統、鍋爐摻燒系統及煙氣凈化系統構成．

1)污泥輸送系統．濕污泥輸送裝置采用以污泥泵為主的粘稠物料管道輸送系統，采用“兩用互備”的布置方式．

2)污泥焚燒系統．用循環流化床鍋爐直接摻燒濕污泥，流化床鍋爐的主要參數見表2．

1．2 試驗方案

污泥流化床直接與煤摻燒的試驗步驟如下：

1）通過調整污泥泵的開度和調整加入爐膛的造紙濕污泥的量，從而改變濕污泥與煤的不同摻燒比例．詳細記錄此過程中鍋爐的爐膛溫度、耗煤量、產氣量、飛灰可燃物含量、爐渣可燃物含量、尾氣中二氧化硫、氮氧化物及煙塵濃度的變化情況．

2）濕污泥加入爐膛后，床溫會立即下降，床溫的穩定要靠運行人員的及時調整來保證，同時還要保證鍋爐氧量在5%～6．5%之間．

3）污泥焚燒后灰中的重金屬含量，我們委托上海SGS公司進行化驗分析，并將結果與國家相關標準進行對比，由此給出爐渣的使用范圍．

2 污泥流化床直接摻燒特性研究

2．1 摻燒對溫度的影響

通過調整污泥泵的開度改變污泥與煤的摻燒比例，試驗中煤耗量為50．53 t/h．根據鍋爐DCS系統的記錄值，得出在濕污泥加入爐膛后，爐膛上部、下部以及出口3個位置測點的溫度變化情況．

污泥投加量對爐膛溫度的影響如圖2所示．由圖2結果可知，投加了污泥后爐膛溫度迅速下降，隨著污泥投加量的增加，爐膛溫度下降幅度有所減緩．

污泥投加量為23．38 t/h，在“投加狀態（75%）→停止污泥泵運行（0%）→恢復投加狀態（75%）”3個變化過程中的爐膛溫度變化曲線如圖3所示．爐膛溫度的3處測點依次發生變化：污泥泵停止運行后，爐膛上部溫度立即出現上升現象，變化幅度為25℃；爐膛下部溫度在污泥泵停止1 min后出現上升，變化幅度為24℃；爐膛出口溫度在污泥泵停止5 min后出現上升，變化幅度為22℃．當污泥泵啟動恢復75%開度后，爐膛上部溫度立即下降，變化幅度為24℃；爐膛下部溫度在污泥泵啟動1 min后開始下降，變化幅度為24℃；爐膛出口溫度在污泥泵啟動4 min后開始下降，變化幅度為22℃．

表2 循環流化床鍋爐(UG－350/9．8－M)參數

圖1 污泥流化床直接摻燒系統

圖2 污泥投加量對爐膛溫度的影響

不同污泥摻量時的排煙溫度變化曲線如圖4所示．隨著污泥投加比例不斷增加，鍋爐排煙溫度不斷下降．當污泥投加量為18．7 t/h時，排煙溫度僅下降1．5℃；而繼續加大投加量時，煙溫下降的幅度增大，當污泥投加量為30．86 t/h時，排煙溫度僅下降6℃．

圖3 投加污泥23．38 t/h過程中爐膛溫度變化曲線

圖4 不同污泥摻量時的排煙溫度變化曲線

2．2 摻燒對負荷、耗煤量及鍋爐效率的影響

污泥投加量與鍋爐負荷、耗煤量之間的關系如表3所示．由表3結果可知，在保證鍋爐負荷的情況下，隨著污泥投加量的增加，耗煤量也相應增加．在同一條件下進行摻燒試驗，根據在不同污泥投加量下鍋爐產汽量及用煤量的變化情況，可求得每種情況下每噸污泥的耗煤量．平均每噸污泥耗原煤0．06 t，耗標煤為0．04 t．若考慮污泥直接摻燒系統的耗電情況，平均每噸濕污泥耗原煤0．062 t，耗標煤0．041 t．

表3 污泥投加量與鍋爐負荷及耗煤量之間的關系

鍋爐效率隨污泥投加量的變化曲線如圖5所示．從圖5中可以看出，鍋爐效率隨著污泥投加量的增加而降低，但降低的幅度并不是很大．當污泥投加量為6．23 t/h時，鍋爐效率僅降低了0．013%；當污泥投加量為30．86 t/h時，鍋爐效率降低0．247%．

2．3 摻燒對爐渣和飛灰的影響

通過改變污泥泵的開度，可使污泥與煤的比例不斷變化，鍋爐飛灰及爐渣中可燃物含量也隨之變化，鍋爐飛灰及爐渣中可燃物含量的變化情況見圖6．從圖6可以看出，隨之污泥泵開度的加大，鍋爐飛灰可燃物含量明顯增加，這與污泥在流化床鍋爐中的燃燒特點相吻合；高含水率的污泥投入到爐膛中后，使鍋爐燃料的完全燃燒程度降低，排煙中飛灰可燃物含量升高；而爐渣可燃物含量在此過程中卻表現出沒有規律性的變化．

圖5 鍋爐效率隨污泥投加量變化曲線圖

2．4 摻燒對煙氣排放的影響

熱電站循環流化床鍋爐的除塵器選用的是LGM－KE－11200長袋脈沖除塵器，主要由濾袋、清灰機構和外殼灰斗構成．含塵空氣從除塵器的進風均流管進入各分室灰斗，在灰斗導流裝置的導流下，顆粒的粉塵被分離后直接落入灰斗．隨著過濾工況的進行，濾袋上的粉塵越積越多，當設備阻力達到限定的阻力值（一般為1 500 Pa）時，由清灰控制裝置按清灰時間設定值進行自動在線或離線清灰．

流化床鍋爐摻燒造紙污泥煙氣排放主要污染物的濃度變化如圖7所示．在污泥摻燒試驗中，隨著污泥投入量的逐漸增加，利用煙氣在線測量裝置記錄下鍋爐煙氣排放中二氧化硫（爐內投加石灰石進行正常脫硫）、氮氧化物及煙塵濃度的數據．其中二氧化硫在184～190×10－6之間，氮氧化物在113～116×10－6之間，煙塵在34～39×10－6之間．以上結果表明，在濕污泥的摻燒過程中，鍋爐煙氣排放主要污染物的濃度變化不大，完全可以達到相關排放標準．

圖6 鍋爐飛灰及爐渣中可燃物含量變化情況

圖7 流化床鍋爐摻燒造紙污泥煙氣排放主要污染物濃度變化

3 結論

通過對造紙濕污泥在流化床鍋爐的直接摻燒試驗，可得到以下結論：

1)循環流化床鍋爐在穩定負荷情況下，以不同比例向爐膛內投加濕污泥，爐膛出口溫度變化幅度可達22℃，并且爐膛上部溫度先發生變化，1 min后爐膛下部溫度開始變化，5 min后爐膛出口溫度開始變化．

2)隨著摻燒污泥量的逐步增加，鍋爐排煙溫度呈下降趨勢，鍋爐效率隨之降低．

3)隨著污泥量的逐步增加，鍋爐飛灰可燃物含量逐步增加，鍋爐爐渣的可燃物含量無明顯變化，說明高含水率的造紙污泥對鍋爐燃料的燃燒產生較大影響．

4)摻燒不會對排放煙氣中的主要污染物產生明顯影響，鍋爐的排煙中二氧化硫、氮氧化物及煙塵濃度都可達到排放標準要求．

[1] 陳曉平,顧利峰,趙長遂,等.城市污泥與煤混燒過程中NOx和N2O的排放特性[J].東南大學學報,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

(責任編輯：陳 靜)

2010－09－26

肇慶市科學技術計劃研究項目（2009G013）

陳志勝(1972－),男,山東德州人,肇慶學院化學化工學院助教,碩士．