燃煤電廠摻燒城市污泥性能分析

＊馬杜娟 黃純琳 李順泉 曾峻鵬 陳林梅

（廣東建研環(huán)境監(jiān)測(cè)股份有限公司 廣東 510520）

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城市化進(jìn)程的加快以及人民生活水平的不斷提高，城市生活污水處理量持續(xù)加大，污水廠污泥的產(chǎn)生量也不斷增長(zhǎng)，至2020年，我國(guó)污水處理廠污泥的產(chǎn)出總量達(dá)到60-90Mt/年，且該數(shù)據(jù)呈上升趨勢(shì)[1]。污水處理廠中的污泥含有大量有毒有害物質(zhì)，如各種有機(jī)物、重金屬、各種致病菌和病原菌等，如不進(jìn)行有效處理，任意排放，那將會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染；如處理不當(dāng)，可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染；故城市污水處理須由以前的“重水輕泥”向“泥水并重”的模式轉(zhuǎn)變，不僅需要增大污水處理廠污泥處理規(guī)模，更須要尋求更為環(huán)保、更為經(jīng)濟(jì)的污泥處理方式。

目前，我國(guó)污泥處理處置能力不足，手段相對(duì)落后，亟待尋找一個(gè)合適的污泥處理處置方式。污泥的處置措施目前有用作土地利用、農(nóng)肥、填埋、轉(zhuǎn)運(yùn)和焚燒等[2]，其中污泥焚燒具有無(wú)害化、污泥減量化及能源回收、能源利用等優(yōu)點(diǎn)而得到廣范的應(yīng)用[3-4]，是一種相對(duì)比較經(jīng)濟(jì)可行的污泥處理方式。該處理方式是利用高溫充分焚燒來(lái)滅殺污泥中各種微生物以及徹底分解有機(jī)物，使污泥得到無(wú)害化處置，由于污泥本身具有含水率高、熱值低的特點(diǎn)，獨(dú)自焚燒較為不穩(wěn)定，且焚燒過(guò)程中產(chǎn)生的含硫、含氮的煙氣也存在對(duì)環(huán)境造成污染的風(fēng)險(xiǎn)，而燃煤電廠本身具備高熱值的燃料以及較為完善的煙氣處理設(shè)施[5]，所以利用燃煤電站摻燒污泥既也可以無(wú)害化、減量化處理城市污泥，也能利用污泥燃燒產(chǎn)生的熱值發(fā)電，減少燃煤消耗量，同時(shí)還將減少新建污泥處理廠的建設(shè)成本和污泥運(yùn)輸成本，是一種被公認(rèn)的具有廣泛應(yīng)用前景的污泥處置方式[6-8]。國(guó)家十三五規(guī)劃中，燃煤摻燒污泥發(fā)電已被相關(guān)部門(mén)納入規(guī)劃，《“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》《能源技術(shù)創(chuàng)新“十三五”規(guī)劃》和《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》，同時(shí)國(guó)家相關(guān)部門(mén)也出臺(tái)了《關(guān)于推進(jìn)燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電的指導(dǎo)意見(jiàn)》《關(guān)于開(kāi)展燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技改試點(diǎn)工作的通知》和《全國(guó)碳排放交易市場(chǎng)建設(shè)方案》等一系列燃煤機(jī)組摻燒污泥技術(shù)的支持政策，鼓勵(lì)煤電企業(yè)因地制宜地開(kāi)展不同類(lèi)型的燃煤機(jī)組耦合發(fā)電的技術(shù)改造[9]。其實(shí)在國(guó)外，對(duì)于燃煤電廠摻燒污泥技術(shù)已早有研究和投入使用，建于1962年的世界上首臺(tái)焚燒污泥的鍋爐仍在運(yùn)行中，可見(jiàn)該技術(shù)具備可行性和適用性，污泥摻燒工藝也已被認(rèn)為是眾多污泥處理工藝中最為有效的技術(shù)之一[10]。我國(guó)電廠摻燒污泥技術(shù)雖起步較晚、運(yùn)用也還不廣泛，但對(duì)其的研究和探討一直在進(jìn)展中，目前該技術(shù)也已被逐步推廣，對(duì)其投入和運(yùn)用也越發(fā)常見(jiàn)和成熟，也已有電廠已成功應(yīng)用該技術(shù)[11-14]。

2018年廣東省發(fā)布了關(guān)于固體廢物的污染防治行動(dòng)計(jì)劃《廣東省環(huán)境保護(hù)廳關(guān)于固體廢物污染防治三年行動(dòng)計(jì)劃（2018-2020年）》，廣東省將全面加快污泥的處理處置設(shè)施建設(shè)，特別是污泥的無(wú)害化處置設(shè)施，強(qiáng)化污水廠運(yùn)營(yíng)企業(yè)“泥水并重”的處理責(zé)任，建設(shè)穩(wěn)定的污泥資源化利用消納渠道，同時(shí)根據(jù)不同污泥的不同特征因地制宜采用好氧發(fā)酵、工業(yè)制磚、水泥窯協(xié)同焚燒、熱電廠及熱力廠摻燒的方式進(jìn)行資源化無(wú)害化處理。

廣州恒運(yùn)熱電（D）廠有限責(zé)任公司作為《廣州市污泥干化焚燒處理處置工作實(shí)施方案（2019-2025年）》中的實(shí)施單位，于2018年對(duì)#8，#9機(jī)組進(jìn)行了燃煤耦合污泥發(fā)電技改工程，并于2019年進(jìn)行試運(yùn)行。本文對(duì)該廠#8，#9機(jī)組燃煤耦合發(fā)電進(jìn)行試驗(yàn)研究，對(duì)其摻燒污泥所產(chǎn)生的污染物進(jìn)行分析，為進(jìn)一步優(yōu)化工藝提供依據(jù)，同時(shí)為污泥在電廠鍋爐摻燒積累經(jīng)驗(yàn)。

1.鍋爐摻燒污泥試驗(yàn)

(1)入廠污泥控制要求

目前我國(guó)并未制定有關(guān)的燃煤電廠協(xié)同處置污泥的相關(guān)技術(shù)規(guī)范以及泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，燃煤電廠在進(jìn)行摻燒污泥時(shí)，首先必須對(duì)進(jìn)廠的污泥泥質(zhì)進(jìn)行分析研究。污泥成分比較復(fù)雜，不同來(lái)源污泥成分相差很大。從污水廠水質(zhì)來(lái)源劃分，大體分為生活污水廠污泥、工業(yè)廢水污泥以及危險(xiǎn)廢物污泥，以生活污水為主的污泥有害成分較少，而工業(yè)廢水污泥成分復(fù)雜，所含有較多的重金屬等有害成分，而且不同工業(yè)廢水的污泥具體有害成分不一樣，而且每個(gè)污水廠特性不一樣，需要區(qū)分對(duì)待。目前燃煤電廠進(jìn)行污泥摻燒時(shí)主要參考GB 24188-2009《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥泥質(zhì)》和GB/T 24602-2009《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置單獨(dú)焚燒用泥質(zhì)》要求來(lái)制定入爐摻燒污泥的標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)于未達(dá)到入爐標(biāo)準(zhǔn)要求的污泥將拒絕接收。

廣州恒運(yùn)熱電（D）廠有限責(zé)任公司摻燒的污泥是以處理生活污水為主要功能的公共污水處理廠污泥，污泥主要特性參數(shù)化驗(yàn)結(jié)果如表1。

表1 污泥主要特性參數(shù)Tab.1 Main characteristic parameters of sludge

(2)摻燒比例要求

參考《廣州恒運(yùn)企業(yè)集團(tuán)股份有限公司燃煤耦合污泥發(fā)電技改工程可行性研究報(bào)告》，建設(shè)單位調(diào)研了目前國(guó)內(nèi)污泥摻燒已經(jīng)投產(chǎn)華潤(rùn)南京熱電有限公司、華電滕州熱電有限公司、華電濰坊發(fā)電有限公司。并了解了廣州華潤(rùn)熱電有限公司和廣州黃埔電廠進(jìn)行的污泥摻燒實(shí)驗(yàn)情況。在污泥摻燒量不大于10%的情況下，污泥摻燒前、后，以及不同干化污泥摻混比例并未造成鍋爐燃料燃盡率下降，未影響鍋爐熱效率。摻燒污泥比例越少，對(duì)鍋爐熱效率影響越小。

由國(guó)家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部及國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)共同頒布的《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術(shù)指南》（試行）建議，熱電廠在協(xié)同處置污泥時(shí)，入爐污泥的摻燒量應(yīng)不超過(guò)燃煤量的8%。

本次試驗(yàn)進(jìn)行了兩種工況的研究，①工況一，摻燒污泥含水率為40%以下，污泥的摻比為4%；②工況二，摻燒污泥含水率為40%以下，污泥的摻比為8%；對(duì)比摻燒前后排放數(shù)據(jù)表明，工況一試驗(yàn)下，主要污染物排放變動(dòng)不大。摻燒污泥與未摻燒相比，CO和HCl及其它有機(jī)氣體排放濃度幾乎沒(méi)有變化，SO2和NOX排放也變化不大，但由于摻燒污泥后，混煤的含碳量有所下降，因此CO2排放濃度較燃燒單煤略有降低，同時(shí)污泥灰分比較多，摻燒后產(chǎn)生的飛灰則較未摻燒時(shí)有所增加。由于發(fā)電廠配置了相應(yīng)的靜電除塵和濕式電除塵設(shè)備，摻燒污泥后其煙塵排放濃度幾乎沒(méi)有發(fā)生變化。綜上，在污泥摻燒比例為4%條件下，與燃燒單煤條件相比，電廠主要污染物排放沒(méi)有產(chǎn)生明顯的變化，未發(fā)現(xiàn)由于摻燒污泥而導(dǎo)致明顯的有毒有害氣體排放濃度顯著升高的狀況。

(3)摻燒試驗(yàn)

根據(jù)摻燒比例試驗(yàn)結(jié)合污泥含水率最終確定在進(jìn)廠污泥含水率小于40%，污泥摻燒比例為4.7%進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)定其主要污染物排放濃度，對(duì)比其技改前，分析污泥摻燒可行性。

2.鍋爐摻燒污泥試驗(yàn)

對(duì)廣州恒運(yùn)熱電（D）廠#9機(jī)組摻燒污泥后排放的廢氣和廢水進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，觀察其主要污染物的排放情況，分析其污泥摻燒可行性。

脫硫廢水排放情況見(jiàn)表2，鍋爐煙氣排放情況見(jiàn)表3，無(wú)組織廢氣監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。另外，試驗(yàn)期間，二噁英類(lèi)污染物監(jiān)測(cè)結(jié)果為0.013ngTEQ/m3。

表2 脫硫廢水監(jiān)測(cè)結(jié)果（單位：mg/m3）Tab.2 Desulfurization wastewater monitoring results

表3 鍋爐煙氣監(jiān)測(cè)結(jié)果（單位：mg/m3）Tab.3 Boiler flue gas monitoring results

表4 無(wú)組織廢氣監(jiān)測(cè)結(jié)果（單位：mg/m3）Tab.4 Unorganized exhaust gas monitoring results

以上試驗(yàn)結(jié)果表明，摻燒污泥后，其排放脫硫廢水符合廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《水污染排放限值》（DB 44/26-2001）第二時(shí)段三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。鍋爐煙氣中煙塵、二氧化硫、氮氧化物、汞及其化合物均符合《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223-2011）表2大氣污染物特別排放限值要求；二噁英類(lèi)、氯化氫、一氧化碳、鎘、鉈及其化合物（以Cd+Tl計(jì)）、銻、砷、鉛、鉻、鈷、銅、錳、鎳及其化合物（以Sb+As+Pb+Cr+Co+Cu+Mn+Ni計(jì)）均符合《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18485-2014，基準(zhǔn)氧含量為11%）表4生活垃圾焚燒爐排放煙氣中污染物限值的要求；硫化氫、氨、臭氣濃度均符合《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 14554-1993）表2惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)限值要求；在摻燒污泥后，電廠各項(xiàng)主要污染物排放符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)環(huán)境的沒(méi)增加額外的污染影響。

3.結(jié)論與建議

對(duì)廣州恒運(yùn)熱電（D）廠有限責(zé)任公司#8、#9機(jī)組進(jìn)行燃煤耦合城市污泥技改項(xiàng)目進(jìn)行試驗(yàn)研究，同時(shí)針對(duì)生活污泥摻燒必須注意的重要問(wèn)題進(jìn)行了解析，結(jié)論如下：

（1）污泥成分將嚴(yán)重影響污染種類(lèi)及濃度的排放，污泥來(lái)源廣泛，所含成分非常復(fù)雜，燃煤發(fā)電廠的環(huán)保設(shè)備沒(méi)有二噁英的收集方法，因此要確保摻燒的污泥主要來(lái)自生活污水廠，同時(shí)控制污泥含水率小于40%。

（2）國(guó)內(nèi)未對(duì)燃煤電廠摻燒污泥的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)定，燃煤發(fā)電廠根據(jù)自身情況，按照國(guó)家制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，制定泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，并按時(shí)對(duì)污泥進(jìn)行檢測(cè)化驗(yàn)。筆者建議燃煤電廠摻燒應(yīng)參照《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥泥質(zhì)》（GB 24188-2009）的標(biāo)準(zhǔn)和《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置單獨(dú)焚燒用泥質(zhì)》（GB/T 24602-2009）的標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格制定入泥標(biāo)準(zhǔn)，務(wù)必同時(shí)滿足GB 24188-2009和GB/T 24602-2009這2個(gè)國(guó)標(biāo)要求的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)污泥進(jìn)行摻燒。

（3）國(guó)家未對(duì)燃煤發(fā)電廠重金屬污染物排放標(biāo)準(zhǔn)制定相關(guān)規(guī)則，但是有些污泥中重金屬含量很高，燃煤電廠對(duì)摻燒的污泥要定期監(jiān)測(cè)重金屬的排放。燃煤電廠摻燒污泥需依照《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18485-2014）的標(biāo)準(zhǔn)要求制定摻燒污泥煙氣的排放標(biāo)準(zhǔn)，并依照相關(guān)要求進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)。

（4）燃煤發(fā)電廠摻燒污泥時(shí)，必須定時(shí)對(duì)燃燒產(chǎn)生的灰渣進(jìn)行化驗(yàn)，保證灰渣等副產(chǎn)物的品質(zhì)不受到任何影響。

（5）在進(jìn)廠污泥含水率小于40%，污泥摻燒比例為4.7%下，不會(huì)影響電廠煙氣超低排放。