循環(huán)流化床鍋爐摻燒污泥技術(shù)

　　目前，污泥處理主要包括農(nóng)業(yè)利用、土地填埋、海洋傾倒，建材材料和污泥焚燒等。市政污泥中含有大量有害物質(zhì)，如致病性病原體、有機(jī)毒物和重金屬等，會(huì)造成環(huán)境污染及危害人們的身體健康。因此，對(duì)污泥進(jìn)行減量化、無害化和資源化處理成為迫在眉睫的難題。

　　污泥焚燒可有效減小體量，殺死致病細(xì)菌，重金屬元素隨燃燒遷移至煙氣和灰渣當(dāng)中，煙氣經(jīng)凈化處理后可降低重金屬的排放，灰渣可根據(jù)重金屬含量分類利用。焚燒法為污泥的安全處置提供了有效途徑，按照是否添加燃料可分為獨(dú)立焚燒和混合焚燒兩種方式。由于污泥熱值低、含水量大，單獨(dú)焚燒效果欠佳，且存在設(shè)備投資巨大、燃燒后有害氣體處置難度大等缺點(diǎn)，單獨(dú)焚燒尚未大規(guī)模推廣實(shí)施。混合焚燒可利用已有燃燒設(shè)備(如煤粉爐，垃圾爐)及污染物凈化設(shè)備，并可通過適當(dāng)改造來進(jìn)行。混合焚燒具有投資少、改造周期短、運(yùn)行成本低、燃燒穩(wěn)定及污染物有效控制等諸多優(yōu)點(diǎn)，眾多國內(nèi)外學(xué)者對(duì)此展開深入研究。Luts等對(duì)已有燃煤鍋爐進(jìn)行合理改造，進(jìn)行了混燒干化污泥試驗(yàn)，研究表明摻燒污泥后對(duì)鍋爐效率，燃燒控制以及污染物排放濃度等影響有限，試驗(yàn)證明在燃煤鍋爐摻燒污泥具有切實(shí)可行性。王丹通過理論研究與試驗(yàn)相結(jié)合的方法研究了污泥和煤混合燃燒的特性，發(fā)現(xiàn)在煤粉中摻混污泥，能夠顯著改善爐內(nèi)燃料的燃燒特性，并提出污泥與煤混合比不宜大于1:4。

　　1、摻燒污泥技術(shù)路線

　　二十世紀(jì)七十年代末由鼓泡床發(fā)展起來的循環(huán)流化床(CFB)燃燒技術(shù)，經(jīng)過數(shù)十年的技術(shù)改進(jìn)，現(xiàn)已具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、污染物排放少、穩(wěn)定性強(qiáng)、鍋爐整體結(jié)構(gòu)簡單等諸多優(yōu)勢。循環(huán)流化床鍋爐廣泛應(yīng)用在燃料復(fù)雜的熱電站中，將循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)用于焚燒污泥工程具有顯著的優(yōu)勢。

　　由污水處理廠產(chǎn)生的市政污泥在經(jīng)簡單的機(jī)械脫水后具有較高的含水量(80~90%)，由于污泥中的水分在污泥燃燒期間會(huì)吸收大量的熱量，污泥的熱值會(huì)隨其含水量降低而升高。因此，在焚燒污泥時(shí)，必須要控制污泥混合的比例。

　　摻燒污泥根據(jù)是否進(jìn)行干化處理可分為兩類：一是將市政污泥經(jīng)過簡單的脫水后直接混摻煤粉進(jìn)行燃燒;二是將簡單脫水濕污泥先進(jìn)行干化處理再進(jìn)行摻燒。

　　第一類為循環(huán)流化床直接摻燒含水量75%-80%的濕污泥，為確保燃燒的穩(wěn)定性，摻燒濕污泥的份額不宜過大，洪揚(yáng)生等通過試驗(yàn)研究了摻燒污泥量對(duì)130t/hCFB燃煤鍋爐的影響，在不同負(fù)荷下?lián)綗蕿?1.5%的濕污泥，發(fā)現(xiàn)濕污泥摻燒量最高為15%時(shí)，鍋爐能夠穩(wěn)定良好運(yùn)行。李魯濤測試了75t/h循環(huán)流化床摻燒含水率80%~85%濕污泥的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)鍋爐可最多摻燒30%的濕污泥，當(dāng)污泥摻入量控制在20%以內(nèi)時(shí)，對(duì)鍋爐運(yùn)行狀況影響較小。因此，摻燒濕污泥具有實(shí)踐可行性，但摻燒比例須根據(jù)鍋爐運(yùn)行狀況進(jìn)行調(diào)整且不宜過大。循環(huán)流化床鍋爐摻燒濕污泥技術(shù)可分為污泥給料系統(tǒng)、鍋爐燃燒系統(tǒng)和煙氣處理系統(tǒng)，脫水后的市政污泥通過自卸車運(yùn)至電廠里的污泥倉中，污泥通過給料系統(tǒng)輸送至爐膛內(nèi)與煤粉進(jìn)行混合燃燒，離開爐膛的煙塵經(jīng)旋風(fēng)分離器旋離出的物料，由返料器送回爐膛進(jìn)行循環(huán)燃燒，分離出的煙氣經(jīng)脫硝裝置，除塵裝置，脫硫裝置達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)后排入大氣。其工藝如圖1所示。

　　第二類一般采用“熱干化-煤泥混燃”一體化方式。初始含水率為80%-90%的濕污泥通過污泥干化工藝干化為含水率為30%-40%左右的半干化污泥，可使鍋爐有更好的燃燒性能。曹通等用鍋爐輔助蒸汽把含水率約65%的污泥通過污泥干化系統(tǒng)把含水率降至30%-40%，然后與煤粉摻混送入循環(huán)流化床燃燒，試驗(yàn)表明干化焚燒具有較好的實(shí)用型與經(jīng)濟(jì)性;盛洪產(chǎn)等通過計(jì)算分析研究了干化后含水率為43.1%的污泥與煤混合燃燒后鍋爐特性，指出污泥摻燒質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在60%。因此，將濕污泥進(jìn)行干化后與煤混燃可有效降低對(duì)鍋爐特性的影響?！盁岣苫?煤泥混燃”一體化技術(shù)主要由濕污泥干化系統(tǒng)、污泥儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、鍋爐燃燒系統(tǒng)和煙氣處理系統(tǒng)組成。其中，污泥干化系統(tǒng)按照污泥與熱媒介直接接觸情況可分為兩類：第一類是利用鍋爐排煙或熱風(fēng)直接對(duì)污泥進(jìn)行干化，如轉(zhuǎn)鼓干化工藝、流化床干化、帶式干化工藝;第二類是用熱風(fēng)，蒸汽及其他熱介質(zhì)間接進(jìn)行干化，如槳葉式干化工藝、圓盤式干化工藝等。由于熱氣流與污泥直接接觸會(huì)造成熱源的二次污染等危害，因此，中國多數(shù)污泥摻燒電廠采用間接干化工藝?！盁岣苫?煤泥混燃”工藝流程如圖2所示。

　　2、超低排放

　　隨著社會(huì)的發(fā)展，人們?nèi)找骊P(guān)注污染物的排放，這給工業(yè)生產(chǎn)排放提出了更高的要求。隨著超低排放政策的推進(jìn)，大部分火力發(fā)電機(jī)組均進(jìn)行了超低排放建設(shè)和改造，這為污泥摻燒產(chǎn)生的污染物超低排放處置提供了有效途徑，循環(huán)流化床鍋爐在進(jìn)行摻燒污泥時(shí)，通過適當(dāng)運(yùn)行調(diào)整可達(dá)到超低排放的環(huán)保要求。

　　2.1 煙塵排放控制

　　市政污泥灰分含量相對(duì)較高，干基灰分含量可達(dá)40%-50%，并且循環(huán)流化床鍋爐摻燒污泥所需的過?？諝庀禂?shù)會(huì)高于燃燒煤粉時(shí)的空氣系數(shù)。同時(shí)，污泥中含有較高的水分，在爐內(nèi)蒸發(fā)產(chǎn)生大量的水蒸氣，混入煙氣從爐內(nèi)排出，這大大增加了鍋爐的煙氣排放量。此外，經(jīng)循環(huán)流化床燃燒后，污泥顆粒產(chǎn)生的灰粒粒徑較小，在高煙速環(huán)境中快速流出鍋爐。污泥中硫分含量偏高，摻燒時(shí)為達(dá)到脫硫效果會(huì)在循環(huán)流化床內(nèi)投入更多的石灰石，混合燃燒產(chǎn)生的硫酸鈣、未完全反應(yīng)的氧化鈣等會(huì)增加煙塵量的排放量。因此，摻燒污泥后，同等工況條件下的循環(huán)流化床鍋爐會(huì)產(chǎn)生更多的煙氣量和煙塵濃度，這給電廠除塵提出了更高的要求。循環(huán)流化床鍋爐除塵設(shè)備主要包括靜電除塵器、布袋除塵器、水膜除塵器。為滿足超低排放的要求，目前大部分循環(huán)流化床鍋爐采用組合式的除塵設(shè)備，如布袋除塵+濕式電除塵工藝。

　　煙塵中的重金屬含量是摻燒污泥過程中所需重視的問題，我國市政污泥中的重金屬主要包括Pb、Cd、Hg、Cr、Ni、Cu、Zn、As等，且As、Hg等較易揮發(fā)，如處置不當(dāng)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重危害，在摻燒污泥時(shí)，重金屬隨著燃料燃燒遷移至灰渣與煙氣當(dāng)中，須通過有效措施控制重金屬的排放。循環(huán)流化床燃燒技術(shù)適宜的燃燒溫度、穩(wěn)定的停留時(shí)間及較高的灰塵分離效率能把大部分重金屬遷移至灰渣中，抑制了重金屬向大氣環(huán)境的排放。污泥中的重金屬主要以氧化物、氫氧化物、硅酸鹽、不溶性鹽、有機(jī)絡(luò)合物和硫化物等形式存在，以自由離子形式存在的較少，盧更等研究發(fā)現(xiàn)循環(huán)流化床爐內(nèi)脫硫添加的石灰石能夠有效固化重金屬，將其轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定化合物。循環(huán)流化床鍋爐摻燒污泥時(shí)，通過控制石灰石添加量可有效減少重金屬的排放。

　　2.2 二?f英排放控制

　　市政污泥中有大量的含氯物質(zhì)，焚燒過程中可能會(huì)產(chǎn)生劇毒且致癌的二?f英。研究發(fā)現(xiàn)焚燒污泥過程中二?f英生成特性：二?f英的產(chǎn)生取決于燃料的燃燒溫度，爐內(nèi)停滯時(shí)間，湍流度及過?？諝庀禂?shù);許多金屬(Cu、Al等)對(duì)二?f英的生成具有催化作用;25%～90%的二?f英在焚燒溫度為487℃～643℃的高溫?zé)煔庵猩?，?dāng)煙氣溫度超過850℃并且超過2s時(shí)，二?f英的分解速度遠(yuǎn)大于聚合物的反應(yīng)速度，其分解率可高達(dá)98%。循環(huán)流化床鍋爐的爐內(nèi)溫度可均勻保持在850℃左右，強(qiáng)烈的湍流環(huán)境及較長的爐內(nèi)停留時(shí)間，以及通過分級(jí)配風(fēng)的方式，可以充分燃盡污泥中的含碳物質(zhì)，從而顯著降低二?f英的生成濃度。燃煤及污泥中含有的硫分可降低促進(jìn)二?f英生成的催化劑活性，同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)添加氧化鈣時(shí)，煙氣中的二?f英含量顯著減少。當(dāng)溫度達(dá)到200℃以下時(shí)，二?f英會(huì)以固態(tài)形式吸附在煙塵表面，循環(huán)流化床爐膛內(nèi)產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)省煤器，空氣預(yù)熱器后，溫度能夠降低至200℃以下，經(jīng)過除塵設(shè)備時(shí)，含二?f英煙塵能夠被有效去除。循環(huán)流化床自身的諸多優(yōu)異特性及完善的煙氣處理工藝能夠有效降低二?f英的排放濃度，實(shí)現(xiàn)有毒物二?f英的超低排放。

　　2.3 SO2排放控制

　　市政污泥中含有大量無機(jī)硫和有機(jī)硫，其中，在氧化性氣氛中有機(jī)硫被直接氧化生成二氧化硫，而在還原性氣氛中，會(huì)生成中間產(chǎn)物后被氧化成二氧化硫;污泥中的無機(jī)硫結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，在高溫環(huán)境中不易分解，在燃燒后會(huì)存積于灰渣中。污泥燃燒過程中影響SO2產(chǎn)生的因素主要有：污泥含硫量、爐內(nèi)反應(yīng)溫度、過量空氣系數(shù)、污泥含水率、氣流湍流程度等。污泥中的水分含量對(duì)SO2的排放濃度有較大影響，在爐膛內(nèi)大量水分從污泥顆粒團(tuán)中析出，在高溫環(huán)境中爆裂時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的H2和CO，有利于形成H2S和FeS，從而減少SO2的析出量。當(dāng)爐膛內(nèi)摻燒濕污泥含水率高于40%時(shí)，SO2排放濃度顯著降低;增加循環(huán)流化床內(nèi)過量空氣系數(shù)能夠降低SO2排放濃度。大量研究發(fā)現(xiàn)市政污泥灰中含有的大量氧化鈣具有顯著的固硫效果，煤與污泥進(jìn)行摻燒時(shí)，混燒的污泥量越大對(duì)硫的固化效果越好。同時(shí)，循環(huán)流化床鍋爐擁有較為成熟的爐內(nèi)脫硫技術(shù)：爐內(nèi)湍流環(huán)境使脫硫劑能夠與SO2充分的混合、接觸;物料較長時(shí)間停留提供了充足的反應(yīng)時(shí)間;合適的反應(yīng)溫度保障反應(yīng)穩(wěn)定進(jìn)行;脫硫劑與煙氣不斷循環(huán)摩擦，顯著提升了脫硫劑的使用效率。為滿足超低排放要求，大部分循環(huán)硫化床鍋爐裝設(shè)有煙氣脫硫設(shè)備，煙氣脫硫根據(jù)反應(yīng)物的形態(tài)可分為濕法脫硫、干法脫硫和半干法脫硫。

　　2.4 氮氧化物排放控制

　　燃煤和污泥中的含氮物質(zhì)在燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生氮氧化物。氮氧化物危害人們的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，與大氣中物質(zhì)反應(yīng)造成光化學(xué)煙霧和酸雨，因此，國家制定了嚴(yán)格的氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)。市政污泥中部分氮以胺基形式存在，在污泥干化過程中，有部分氮會(huì)以氨氣的形式析出，因此，干化污泥中的氮含量要比機(jī)械脫水污泥偏低。循環(huán)流化床摻燒污泥過程中排放的氮氧化物可分為熱力型、快速型及燃料型，其中燃料型為氮氧化物主要部分排放來源。污泥的摻燒比例、含氮形式及其含水率對(duì)氮氧化物的排放影響較大。劉政艷試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在摻燒率7.35%范圍內(nèi)，氮氧化物的排放濃度隨著摻燒率的增加而減小，分析認(rèn)為污泥中存在的少量氨水，尿素等物質(zhì)將氮氧化物非催化還原成氮?dú)?。呂清剛試?yàn)表明摻燒含氮量搞得污泥時(shí)，適當(dāng)提高爐膛溫度能夠抑制一氧化二氮的生成，但污泥的摻燒比例對(duì)一氧化氮生成濃度影響較大;燃燒干污泥時(shí)一氧化氮排放濃度明顯高于濕污泥，但一氧化二氮的排放濃度低于濕污泥，通過提高稀相區(qū)溫度能夠有效減小一氧化二氮的排放濃度，利用煙氣再循環(huán)可大大降低一氧化氮的濃度。循環(huán)流化床鍋爐采用低溫燃燒和分級(jí)配風(fēng)的方式，能夠顯著降低氮氧化物的產(chǎn)生濃度。通過分析摻燒污泥的水分，含氮形式，合理控制摻燒比例能夠有效降低摻燒污泥帶來的氮氧化物排放。目前，廣泛應(yīng)用于煙氣的脫硝技術(shù)有選擇性催化還原技術(shù)(SCR)、非選擇性催化還原技術(shù)(SNCR)及SNCR-SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)。

　　3、結(jié)論

　　(1)利用循環(huán)流化床摻燒污泥能夠?qū)崿F(xiàn)市政污泥的安全、穩(wěn)定處理。循環(huán)流化床摻燒污泥有直接摻燒濕污泥、熱干化-煤泥混燃兩種技術(shù)路線。

　　(2)循環(huán)流化床爐內(nèi)湍流的流場環(huán)境、適宜的燃燒溫度、物料的循環(huán)利用等諸多優(yōu)異特性有效減少了污染物的生成與排放，同時(shí)，燃燒產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過成熟的脫硝、除塵，脫硫工藝處理后，能夠?qū)崿F(xiàn)煙氣的超低排放。(來源：中國聯(lián)合工程有限公司)