燃煤機組低質煙氣干燥城市污泥并再燃技術

馬鴻良 李華東

【摘 要】文章分析了城市污泥在干燥和焚燒過程中所體現出的特性，并對利用燃煤鍋爐機組的低質煙氣干燥污泥，然后送入機組燃燒的工藝進行了研究。該技術具有系統簡單、配置靈活、無二次污染等優點，同時干污泥作為鍋爐的再燃燃料使用，還能起到降低氮氧化物排放的效果。通過對其應用前景進行分析判斷認為，該技術滿足污泥處置的減量化、無害化、資源化目標，具有良好的效益和推廣價值。

【關鍵詞】污泥處置 燃煤機組 干燥 摻燒

城市污泥主要指城市生活污水和工業污水處理廠在水處理過程中產生的泥漿狀廢棄物，其來源及成分較為復雜，其中含有大量的氮、磷、鉀等多種營養元素和有機質可利用成分，也含有有毒、有害、難降解的有機物、重金屬、病原菌及寄生蟲（卵）等物質。隨著我國經濟快速發展和人口不斷增長，城市污泥產量逐年增加，大量未經處理的污泥的排放對環境造成了二次污染。因此如何將產量大、成分復雜的污泥經過科學處理，使其減量化、無害化、資源化和穩定化已成為中國乃至全世界環境界廣泛關注的課題之一[1]。

1 常用的城市污泥處置方法

目前國內城市污泥的處置方式主要有填埋、堆肥和焚燒，各種處置方法各有優缺點[2]。

填埋法：我國應用較廣，是將經簡單滅菌處理后的污泥直接傾倒到低地或谷地，鋪開壓實后覆蓋惰性土壤掩埋。這種工藝處置成本低，無需對污泥做高度脫水處理，但污泥中的有毒有害重金屬和病原微生物將污染土地和水資源。

堆肥法：堆肥是利用污泥中的微生物進行發酵的過程，此法利用微生物群落在潮濕環境下對多種有機物進行氧化分解并轉化為類腐殖質作為土地肥料。堆肥法較好地解決了污泥的出路問題，一定程度上解決了國內農業偏施化學肥的現狀，具有一定的經濟和社會效益。但因污泥成分日趨復雜，并且隨著農用污泥中重金屬排放標準以及衛生要求的提高，污泥堆肥也日益受到限制[3]。

焚燒法：焚燒是使污泥中的可燃成分在高溫下經充分燃燒，最終成為穩定的灰渣。焚燒法具有減容、減重率高，處置速度快，無害化較為徹底，能源再利用等優點。焚燒過程中所有的病菌、病原體均被徹底殺滅、有毒有害的有機殘余物被氧化分解，可以達到無害化、減量化、資源化的目標。目前，利用燃煤電廠鍋爐廢熱、煙氣等低質熱源作為污泥干燥熱源，并對污泥進行再燃焚燒的技術是國家重點鼓勵的污泥處理技術方向[4]。

2 城市污泥的干燥焚燒特性

污泥是一種高水分、低熱值的物質，經干燥后含水率40%的城市污泥低位熱值約為1000～1400kcal/kg，污泥（干態）分析基在物理性質、元素分析、工業分析和低位發熱量等方面與褐煤有許多相似之處，可充當低檔燃料使用。

污泥含水率的多少是污泥焚燒處置中的一個關鍵因素。城市污泥的出廠含水率高達80%，污泥焚燒通常需要將污泥的含水率降至65%以下。由于國內污泥中有機質含量相對較低，因此，通常需要將其含水率降至更低的40%，所以城市污泥首先要進行干燥脫水后才適用于焚燒。

污泥中往往含有一定量的重金屬，而重金屬污染正在受到越來越廣泛的關注。相關分析表明，經干燥后的城市污泥中重金屬含量與鍋爐燃煤相差無幾，污泥焚燒后的少量灰渣混入鍋爐灰渣排放，對鍋爐灰渣的品質幾無影響，不破壞原灰渣的綜合利用途徑。

二噁英是一種無色無味、毒性嚴重的物質。研究表明二噁英是由含氯有機物不完全燃燒通過復雜熱反應形成的，當污泥燃燒溫度高于800℃、在鍋爐爐膛內停留時間超過2秒時不會形成二噁英。大中型燃煤鍋爐的爐溫一般高于900℃，所以將污泥摻入燃煤燃燒不會產生二噁英的污染問題。

可見，經過干燥處理的城市污泥具備適合燃燒的特性，也不會帶來新的二次污染。

3 燃煤機組低質煙氣干燥城市污泥并再燃技術

山東神華山大能源環境有限公司開發的燃煤機組低質煙氣干燥城市污泥并再燃技術，是將城市污水處理廠經脫水機初步脫水后含水率60～80%的污泥運至燃煤電廠，儲存于專設的濕污泥儲倉內。使用螺桿泵等適用于此類污泥的進料設備將污泥定量送入干燥機，同時，作為干燥熱源的煙氣取自鍋爐機組省煤器之后的煙道（溫度約為300℃，屬低質熱源，可作為干燥污泥的熱介質充分利用其殘余熱量，是理想熱源選擇）。煙氣進入干燥機與污泥充分接 觸混合，利用煙氣所含有的熱量蒸發出污泥中的水分，使污泥得到干燥處理。

經過干燥后污泥的含水率控制在40%以內，呈現粉末狀，滿足進入鍋爐燃燒的要求。干污泥進入鍋爐燃燒可以選擇兩種途徑，一種是隨廢煙氣從干燥機排出進入煙泥分離器，分離下來的污泥粉末通過輸送設備送至鍋爐機組的輸煤制粉系統，與燃煤混合后共同送入爐膛燃燒。同時，將廢煙氣送至鍋爐排煙的脫硫除塵煙氣凈化系統，經環保處理后排放；另一種是隨廢煙氣直接送至爐膛再燃，作為再燃燃料使用。這種方法是將污泥干燥焚燒技術與鍋爐煙氣再循環及燃料再燃等低氮燃燒技術的結合，在焚燒污泥的同時，利用干污泥和干燥過程中產生的揮發分物質作為鍋爐的再燃燃料，利用廢煙氣作為再循環煙氣，達到低氮燃燒、降低氮氧化物排放的效果。

我國《城鎮污水處理廠污泥處理處置技術規范》中對城市污泥的焚燒處理方式做出了相關規定：“污泥熱干化廠應選擇在就近持續、穩定可獲得余熱熱源的地方，如污泥消化池、生活垃圾焚燒發電廠、火力發電廠、水泥廠等附近，利用廢熱、煙氣作為熱源。一般不宜采用一次優質能源作為污泥干化熱源。”本工藝正是充分利用了燃煤電廠得天獨厚的優勢，使鍋爐煙氣余熱的內在熱值繼續發揮效用，同時干污泥作為鍋爐的補充燃料得到了利用，既回收了其熱值，又不會對鍋爐的燃燒性能造成影響。

本技術的優點是系統配置簡單，設備成熟可靠，運行維護方便；污泥干燥裝置設置靈活，適合配置于各種燃煤鍋爐機組，對機組運行影響很小；污泥處理量大，處理速度快，減容量明顯；無二次污染，無論是焚燒產生的氣體污染物還是灰渣都能得到有效的處理；干污泥作為鍋爐的再燃燃料使用，還能起到降低氮氧化物排放的效果。

4 應用前景分析

隨著我國工業的發展和城市化進程的加快，城市污水處置率的提高，城市污泥量每年都在大幅增長，城市污泥能否得到及時有效的處置已直接影響到人們的生活生產，是城市發展亟需解決的問題之一。城市污泥處置不當，將產生嚴重的二次污染，對環境、人身健康都造成危害，合理、環保的污泥處置方法是改善環境的需要，是需要全社會共同關心和解決的問題。各地燃煤電廠作為當地的重要企業，在面對城市污泥處置的問題上，具有義不容辭的責任和義務。燃煤電廠利用鍋爐對污泥進行無害化、減量化、穩定化、資源化處理，具有獨到的優勢，可為保障人民的生產生活環境質量做出貢獻。

目前，燃煤機組低質煙氣干燥城市污泥并再燃工藝作為一項新興技術，已經在國內多家電廠得到了成功的應用，有效解決了所在城市的污泥排放問題，該工藝在使用過程中表現出了安全、經濟、環保等優秀特性，其生態、低碳、環保和社會綜合效益極為可觀。另外根據國家發展改革委《可再生能源發電價格和費用分攤管理試行辦法》（發改價格〔2006〕7號）的規定，相關電廠摻燒污泥的鍋爐機組也得到了上網電價補貼，也為電廠帶來了很好的經濟效益。

5 結語

燃煤機組低質煙氣干燥城市污泥并再燃技術開辟了行之有效的城市污泥處置的環保新途徑，具有很好的社會效益、環保效益和經濟效益。我國當前電力構成以火電為主，大多數地市都配備火電燃煤機組，本技術的大力推廣應用，使得城市污泥處置問題有望得到徹底解決。

參考文獻：

[1] HJ-BAT-002，環境保護技術文件城鎮污水處理廠污泥處理處置污染防治最佳可行技術指南（試行）[S].

[2] 盧年春，李萍，凌云，賴發英.城市污泥綜合利用研究[J].安徽農業科學，2005，33 （11） ：2101-2103.

[3] 唐銀健，陳玲，程五良，何培松，趙建夫.施用污泥堆肥對灘涂土壤理化性質的影響[J].四川環境，2006（12），13-17

[4] 王羅春，李熊，趙由才 等.污泥干化與焚燒技術[M].北京：冶金工業出版社，2010.