燃煤機組協(xié)同焚燒處置污泥過程煙氣二惡英排放特性及環(huán)境影響研究

張建龍

【摘 要】研究了某300MW燃煤機組協(xié)同焚燒處置污泥過程的煙氣二惡英排放特性，分析了協(xié)同處置過程對廠界內(nèi)大氣環(huán)境質(zhì)量的影響。結(jié)論表明摻燒一定比例的污泥，煙氣中排放的二惡英水平略高于未摻燒工況，但仍顯著低于國家標(biāo)準(zhǔn)；摻燒對大氣環(huán)境質(zhì)量影響較小。從環(huán)境視角看，協(xié)同焚燒是一種有效的污泥處置方式。

【關(guān)鍵詞】污泥；燃煤鍋爐；焚燒；二惡英；環(huán)境影響

0 引言

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展和城市化水平的提高，公眾對城市污水處理的要求也越來越高，城市污水污泥的產(chǎn)生量也隨之不斷增加[1]。污泥含有大量的有毒有害成分，需要有效的處置手段，焚燒是發(fā)達(dá)國家污泥處置的主要方法之一，目前研究和應(yīng)用主要集中于循環(huán)流化床鍋爐[2]，對于煤粉爐以及煙氣中二惡英等痕量有機物的研究較少[3]。為使污泥處理處置真正實現(xiàn)無害化，必須全面了解污泥摻燒的氣態(tài)污染物排放特性，以便更好地進(jìn)行控制。此外，分析污泥焚燒裝置附近環(huán)境敏感點的大氣環(huán)境二惡英濃度也具有重要意義。

本文中針對燃煤機組協(xié)同焚燒處置污泥工程進(jìn)行了試驗研究，測試了未摻混污泥和摻混污泥工況下，機組煙氣總排口的煙氣二惡英濃度水平及組成特性，分析了協(xié)同處置過程對廠界內(nèi)敏感點區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量的影響，可為國內(nèi)燃煤電廠協(xié)同處置污泥的工程環(huán)保排放提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并為該技術(shù)的發(fā)展打下基礎(chǔ)。

1 工程及工藝流程

本研究于東南沿海地區(qū)某300MW燃煤機組上開展。該機組鍋爐為亞臨界中間一次再熱控制循環(huán)汽包爐，配用中速磨直吹式制粉系統(tǒng)，單爐膛、四角正反切圓燃燒。機組采用干化及協(xié)同焚燒處置工藝，處置當(dāng)?shù)啬澄鬯幚韽S的濕污泥，機組滿負(fù)荷工況下，設(shè)計濕污泥處理能力為250噸/天。濕污泥經(jīng)圓盤式干化機干化后，送至煤場與原煤預(yù)混和，而后與原煤一起送至制粉系統(tǒng)，入爐焚燒。干化熱源為減溫擴容后的輔助蒸汽。污泥干化后產(chǎn)生的尾氣進(jìn)入冷凝器進(jìn)行冷凝，冷凝后的尾氣送至送風(fēng)機入口處進(jìn)入爐內(nèi)高溫燃燒分解，尾氣冷凝水經(jīng)收集后送回污水處理廠處理。

該機組的大氣污染物控制工藝如下：鍋爐尾部煙氣首先進(jìn)入選擇性催化還原裝置（SCR）脫除煙氣中氮氧化物，而后經(jīng)由干式靜電除塵器脫除煙氣中大部分的塵，除塵后煙氣進(jìn)入石膏-石灰石濕法脫硫裝置脫除二氧化硫及部分塵，脫硫后的煙氣加熱至水蒸氣露點溫度以上并排放大氣。

2 材料及方法

2.1 試驗煤樣及污泥

機組燃煤常用煤種主要為蒙混煤和神混煤，滿負(fù)荷下，鍋爐燃煤量約為120噸/小時。污泥來自于當(dāng)?shù)啬澄鬯畯S，脫水后的濕污泥含水量約80%，經(jīng)圓盤干化機干燥后，干化污泥含水量約40%。以濕污泥250噸/天處理量計算，每小時鍋爐燃燒的干化污泥質(zhì)量約為3.5噸，干化污泥與燃煤的摻混比約為2.9%。

2.2 試驗工況及采樣位置

機組300MW負(fù)荷工況下，按濕污泥處理量250噸/天摻燒污泥。采樣檢測工作分前后兩個批次，批次1進(jìn)行未摻燒污泥工況下煙氣中二惡英的采樣及檢測，共采集煙氣樣品2個。批次2進(jìn)行摻燒污泥工況下煙氣中二惡英的采樣及檢測，共采集煙氣樣品3個。同時，測試了摻燒工況和未摻燒工況下，廠區(qū)內(nèi)某環(huán)境敏感點（辦公樓樓頂）大氣中二惡英含量，各采集大氣樣品1個。

2.3 煙氣及大氣樣品二惡英檢測分析

煙氣及大氣樣品二惡英的預(yù)處理及檢測，根據(jù)USEPA 1613方法進(jìn)行。二惡英的定量分析采用高分辨氣相色譜/高分辨質(zhì)譜聯(lián)用儀（HRGC/HRMS）。升溫程序如下：150℃保持1min，以25℃/min速度升至190℃后，以3℃/min速度升至280℃，保溫20min，二惡英樣品分析采用13C同位素內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行質(zhì)量控制和定量。

3 結(jié)果與討論

3.1 煤及污泥性質(zhì)分析

試驗期間，入爐煤中灰含量和硫含量均較低。濕污泥含水量為85.21%，含灰量為7.23%，氯離子含量為2.14mg/kg。

3.2 污泥協(xié)同焚燒對煙氣中二惡英排放特性影響

3.2.1 未摻燒污泥工況下煙氣中二惡英含量水平及指紋特性

未摻燒污泥工況下，進(jìn)煙囪水平煙道處煙氣樣品1#、2#中二惡英的折算濃度分別為0.0359ng I-TEQ/Nm3，0.0079ng I-TEQ/Nm3，平均濃度為0.0219ng I-TEQ/Nm3，低于目前我國（GB18484-2001）0.5ng I-TEQ/Nm3；也低于歐盟二惡英排放標(biāo)準(zhǔn)0.1ng-TEQ/Nm3。

3.2.2 摻燒污泥工況下煙氣中二惡英含量水平及指紋特性

摻燒污泥工況下，進(jìn)煙囪水平煙道處煙氣樣品#3、#4、#5中二惡英的折算濃度分別為0.0415ng I-TEQ/Nm3，0.0287ng I-TEQ/Nm3，0.0277ng I-TEQ/Nm3，平均濃度為0.0326ng I-TEQ/Nm3。比照未摻燒工況，摻燒污泥后，煙氣中二惡英含量水平小幅增加。從煙氣中二惡英的平均濃度來看，低于目前我國（GB18484-2001）0.5ng I-TEQ/Nm3；也低于歐盟二惡英排放標(biāo)準(zhǔn)0.1ng-TEQ/Nm3。燃煤電廠摻燒污泥能夠?qū)崿F(xiàn)二惡英達(dá)標(biāo)排放。

3.3 不同工況下廠區(qū)大氣二惡英含量及組成特性分析

未摻燒污泥工況下，環(huán)境敏感點的大氣樣品#7二惡英濃度為0.0516pg I-TEQ/m3，顯著低于摻燒污泥工況下大氣樣品#6二惡英的濃度（0.2487pg I-TEQ/m3）。盡管摻燒污泥工況下大氣中二惡英的濃度明顯增加，但仍低于日本0.6pg I-TEQ/ m3的標(biāo)準(zhǔn)，可以判斷，摻燒對大氣環(huán)境質(zhì)量影響較小。

4 結(jié)論

1）某300MW燃煤機組，未協(xié)同焚燒污泥工況下，煙氣中二惡英排放平均濃度為0.0219ng I-TEQ/Nm3，顯著低于國家及國際上二惡英排放的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2）燃煤電廠摻燒污泥可實現(xiàn)二惡英的達(dá)標(biāo)排放。協(xié)同焚燒處置250噸/天濕污泥，煙氣中二惡英排放的平均值為0.0326ng I-TEQ/Nm3，略高于未摻燒工況，但仍遠(yuǎn)低于國家及國際上二惡英排放的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3）摻燒工況下，廠區(qū)內(nèi)環(huán)境敏感點大氣中二惡英濃度為0.2487 pgI-TEQ/m3，較未摻燒工況有明顯增加，但仍遠(yuǎn)低于相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)，摻燒對大氣環(huán)境質(zhì)量影響較小。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳翀.300MW燃煤鍋爐協(xié)同處置干化污泥的試驗研究[J].能源工程， 2014（3）：62-66.

[2]Zhang G， Hai J， Cheng J， et al. Evaluation of PCDD/Fs and metals emission from a circulating fluidized bed incinerator co-combusting sewage sludge with coal[J]. Journal of Environmental Sciences-china， 2013， 25（1）： 231-235.

[3]李艷靜， 任明忠， 張素坤，等. 某發(fā)電廠煤粉爐摻燒印染污泥煙氣中PCDD/Fs排放特征研究[C].持久性有機污染物論壇2011暨持久性有機污染物全國學(xué)術(shù)研討會. 2011， 哈爾濱.

[責(zé)任編輯：張濤]