电厂协同处置市政湿污泥项目主要问题分析

徐诚

江苏环保产业技术研究院股份公司，江苏 南京 210019

摘要：通过南京市某燃煤电厂协调处置市政湿污泥的实际案例，说明处置过程需要重点关注污泥含水率、污泥成分、污泥来源、掺烧比例、掺烧污泥后热电厂烟气污染物及灰渣组分情况，以及对掺烧污泥后的烟气污染物达标情况进行分析，初步判断湿污泥掺烧对燃煤锅炉及外环境的影响，以期为后续热电厂协调处置市政污泥提供参考。

关键词：市政污泥；燃煤电厂；协调处置；掺烧

0引言

随着城镇化和工业化进程的不断加快，城市配套污水处理能力不断加强，相应污泥产生量也显著增加，如不妥善处置，二次污染问题不容忽视，污泥安全处置问题日益突出^[1]。目前南京市仙林污水处理厂、城北污水处理厂、铁北污水处理厂、桥北污水处理厂四家以处理生活污水为主的市政污水处理厂，日产污泥量就高达约370吨，以上污泥处置方式主要包括锅炉直接焚烧、好氧堆肥、预处理后卫生填埋等，但处置缺口仍然较大。原环境保护部《关于加强城镇污水处理厂污泥污染防治工作的通知》（环办[2010]157号）中指出要因地制宜，推动通过填埋、焚烧、建材综合利用，现有工业窑炉（如电厂锅炉、水泥窑等）共处置等方式，提高污泥无害化处置率。

因此为解决南京市污泥量不断增加的社会难题，南京市某发电厂勇担社会责任，为满足南京市市政污泥应急处置的需要，拟新上日处理含水率80%左右的污泥生产线，配套建设内容有湿污泥卸料及储存系统、湿污泥输送掺烧系统、废气除臭系统、电气仪表及其控制系统、室外管线等工程，利用该电厂现有两台燃煤机组掺烧污泥，实现污泥“无害化、稳定化、资源化、绿色化”。

1市政污泥成分分析

根据南京市城市排水监测站近期对四家污水处理厂市政污泥取样检测的结果显示，市政湿污泥成分的平均值如下：pH≈7.0，石油类≈1.50mg/g，挥发酚≈2.93mg/kg，类大肠菌群≈9.9×10⁸，有机物含量≈53.5%，含水率≈78.6%，汞≈0.92mg/kg，砷≈8.34mg/kg，总铬≈33.2mg/kg，铜≈80.1mg/kg，镉＜5.0mg/kg，铅＜20.0mg/kg，锌≈357mg/kg，镍≈20.45mg/kg。电厂应注意禁止接收固废属性为危险废物的污泥，焚烧污泥的来泥单位应出具其污泥属性为一般工业固体废物的证明材料，其中污泥中砷、镉、铬、铅和镍等重金属含量的浸出液检测项目浓度应低于《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》^[2]中的标准限值，同时不具有腐蚀性和急性毒性等。另市政湿污泥工业分析内容情况如下：M_t80%，M_ad3.50%，V_daf97.04%，C_ar18.59%，H_ar2.84%，O_ar6.73%，N_ar1.40%，S_ar0.25%，A_ar35.19%，Q_net,ar7500kJ/kg。

2市政污泥掺烧比例的确定

由于污泥热值远低于燃料煤，掺混后综合燃烧特性指数较燃料煤也低很多，因此掺烧比例对燃烧工况有较大的影响^[3]。随着含水污泥掺烧量的增加，输入炉膛的总热量降低，致使炉膛上部即烟气出口温度略有降低，再加上由于污泥主要是有机轻组分的分解，主要燃烧区域会向炉膛上部偏移，使得炉膛底部温度较原煤燃烧有所降低，炉膛温度分布会出现不均一问题。牛彩伟研究表明，污泥的掺烧比例越大，混合燃料失重开始的越早，失重率逐渐降低，这是由于污泥本身的高挥发分和高灰分所导致^[4]。因此在市政污泥含水率基本保持不变的情况下，选择合适的污泥掺烧比例对锅炉的稳定运行尤为重要。

芮新红等研究表明，燃煤中掺入少量污泥（比例不大于6%），对燃料燃烧的稳定、锅炉参数和受热面工作的安全性不会产生不良影响；同时考虑到掺入污泥后燃料水分增加较多，对制粉系统运行不利，当掺入比例为4%时，燃料水分为9~11%，可能造成磨煤机进口管燃料的堆积，因此建议掺烧比例以2%或低于2%为宜^[5]。

由于含水率为80%的湿污泥对发电的热贡献率较低（以混合干污泥热值12000kJ/kg计，1吨含水率为80%的污泥发热量约为2400kJ，其中的0.8吨水变成150℃水蒸气需要的热量为2222kJ，基本仅够维持污水中水分的相态转化），为了避免锅炉本身热值损失并保证良好的掺烧效果，且综合考虑项目周边已实际建成的燃煤电厂湿污泥掺烧的运行经验，南京市某发电厂选择湿污泥与实际煤投加量的掺烧比例为2.005%，同时在控制较低比例的掺烧量下，现有锅炉可不改变燃煤投入量。

3市政污泥掺烧工艺

该发电厂选择采用湿污泥直接掺烧的处置工艺，建设地下湿污泥仓，湿污泥车直接将污泥卸至仓内，再通过柱塞泵送至电厂输煤皮带，污泥和原煤混合后进入现有煤粉炉焚烧。生产工艺流程分为污泥厂外运输、污泥厂内储存及焚烧、烟气处理、固废处理等环节。

3.1 湿污泥收集运输

湿污泥采用污泥专用密闭汽车运至厂内，经称重计量后至卸料间卸料。污泥运输车采用后门开启方式卸料，整个卸料过程都在密闭负压的卸料间内进行。

3.2 湿污泥储存

卸料间内设1座地下湿污泥储存仓，卸料口上部设液压盖板，卸料时盖板开启，卸料完成盖板关闭，减少污泥臭味的外溢。污泥仓内设有滑架破拱装置，防止污泥在仓内搭桥、堵塞。污泥仓底部设有两台双轴螺旋输送机，将污泥送入两台污泥柱塞泵，正常工作时均一用一备。在地下布置的湿污泥储存仓仓体采用碳钢内衬高分子材料板，方形平底结构。仓内配超声波料位计，监控料位。

3.3 湿污泥输送进料

项目建设一根湿污泥输送管线，沿综合管架至碎煤机室，沿碎煤机室内部至输送皮带，在皮带出口处设置电动插板门，作为皮带切换运行时加料点的相应切换。

3.4 污泥焚烧工艺

该发电厂建有两台燃煤机组，锅炉产生的烟气进入尾部烟道，经省煤器、空气预热器及SCR法脱硝系统+四电场静电除尘系统+石灰石-石膏湿法脱硫装置+湿法除尘处理后排入大气。炉内燃烧温度在1500-1600℃，炉膛出口烟气温度1000-1100℃，有利于有机物的完全分解，焚烧烟气在炉中停留3s以上，灰渣热灼减率小于3%。

4掺烧污泥后烟气污染物及灰渣组分

污泥焚烧产生的燃烧气体中除无害的二氧化碳及水蒸汽外，主要的污染物质包括酸性气体、烟尘、重金属污染物和二噁英类，其中酸性组分来源：污泥中含有多种有机氯化物及盐酸盐等，主要为含氯有机物在燃烧过程焚烧热分解生成HCl；焚烧废气中产生的SO₂来自污泥中的含硫物质焚烧；NOx主要来自含氮化合物的热分解和氧化燃烧，少量来自空气成分中氮的热力燃烧产生（1100℃以下）。烟尘组分来源：污泥中含有灰分，燃烧后易产生粉尘，经静电除尘、湿法脱硫净化后，大颗粒的烟尘被除去，外排烟尘主要为PM₁₀。重金属组分来源：由于污泥焚烧后重金属在灰渣和飞灰中的分布情况受焚烧温度、添加剂、焚烧气氛、焚烧时间、升温速率和原污泥的含水率等因素的影响较大，并没有固定分配比例，一般来说易挥发重金属如重金属Hg、As等易富集在飞灰中，其他重金属组分如Zn、Cu、Cr等易富集在灰渣中。二噁英类组分来源：污泥中本身含有微量的二噁英，由于二噁英具有热稳定性，尽管大部分在高温燃烧时得以分解，但仍会有一部分在燃烧以后排放出来；在燃烧过程中由含氯前体物生成二噁英，前体物包括聚氯乙烯、氯代苯、五氯苯酚等，在燃烧中前体物分子通过重排、自由基缩合、脱氯或其他分子反应等过程会生成二噁英，这部分二噁英在高温燃烧条件下大部分也会被分解；当因燃烧不充分而在烟气中产生过多的未燃烬物质，并遇适量的触媒物质（主要为重金属等）及300～500℃的温度环境，在高温燃烧中已经分解的二噁英将会重新生成。

含有以上污染物的污泥焚烧烟气依托电厂现有锅炉烟气净化系统进行处理，该烟气净化系统采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺技术，配置双室四电场静电除尘器，锅炉采用低氮燃烧器和选择性催化还原法（SCR）脱硝，锅炉烟气经静电除尘器除尘后，进入烟气脱硫设施，最后再经过湿电除尘器处理达标后通过240米高烟囱排放到大气中。

电厂掺烧湿污泥项目产生的固体废物主要有底渣和烟气净化收集到的粉煤灰。有学者对深圳市市政污泥在鼓泡流化床和循环流化床中燃烧的底渣和粉煤灰按照浸出毒性的鉴别标准进行了重金属进出特性试验，实验结果表明，底渣和飞灰中重金属浸出浓度远低于国家标准限值。同时由于该项目掺烧污泥比例小于2%，主要以燃煤产生粉煤灰、炉渣为主，产生量较大，因此在此项目的特定条件下，该污泥掺烧产生的底渣和粉煤灰均按照一般固废进行综合利用处理。

5掺烧污泥后烟气污染物达标判定

目前该电厂湿污泥掺烧项目已完成竣工验收监测，监测点位设于1#锅炉处理设施前、处理设施后，监测2天，每天3次，检测项目为汞、铅、铜、砷、铬、镍及其化合物、镉及其化合物、氯化氢、烟尘、二氧化硫、氮氧化物、烟气黑度等。监测结果表明，烟气流速约为13.4m/s，烟气流量约为176.3万Nm³/h，含氧量约为6.9%；烟尘折算后排放浓度均值为4.9mg/m³，二氧化硫折算后排放浓度均值为15mg/m³，氮氧化物折算后排放浓度均值为23mg/m³，烟气黑度＜1林格曼级，汞排放浓度ND（检出限为0.0025mg/m³），氯化氢折算后排放浓度均值为1.57mg/m³，镉及其化合物排放浓度ND（检出限为0.8μg/m³），镍及其化合物折算后排放浓度均值为7.87μg/m³，铬排放浓度ND（检出限为4μg/m³），铅折算后排放浓度均值为6.74μg/m³，铜折算后排放浓度均值为3.55mg/m³，砷折算后排放浓度均值为3.44μg/m³，以上监测结果中烟尘、二氧化硫、氮氧化物、汞、烟气黑度的排放浓度满足《火电厂污染物排放标准》（GB13223-2011）表2标准中以天然气为燃料的燃气轮机组的排放标准（其中基准含氧量应为6%），其他指标满足《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485-2014）表4标准。

6结语

相较于填埋占地面积大，存在地下水、土壤污染风险等问题，电厂协同处置市政污泥技术的运用以处理效率快、投资成本低、能源可再利用等优势得到广泛认可，可以有效避免二次污染，促进节能减排和污泥资源化利用。但处置过程中尤其应重点关注污泥含水率、污泥成分、污泥来源、掺烧比例、掺烧污泥后烟气污染物及灰渣组分、烟气和固废污染物合规处置等。通过南京某发电厂掺烧市政湿污泥的实例，分析该污泥来源为市政污泥，含水率约78.6%，掺烧比例约为2%，掺烧工艺选择直接掺烧，烟气处理系统依托现有石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺技术，配置双室四电场静电除尘器，锅炉采用低氮燃烧器和选择性催化还原法（SCR）脱硝后，掺烧污泥后的电厂烟气污染物可以做到达标排放。

参考文献：

[1]赵逢念. 利用电厂余热干化焚烧城市污水处理厂污泥[J].山东化工,2015(44):186-188.

[2]《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》（GB5085.3-2007）.

[3]姜磊娜,屈健,张宇. 热电厂协同处置污泥的主要问题探讨[J].污染防治技术,2017,30(5):52-54.

[4]牛彩伟. 煤粉炉掺烧城市污泥燃烧特性分析[D]. 中北大学,2017.

[5]芮新红,周强泰,张宁生,等. 煤粉锅炉掺污泥燃烧的计算和分析[J].江苏电机工程,2003,22(6):24-26.

作者简介：徐诚（1986~），女，汉族，江苏扬州人，工程师，硕士研究生，主要从事环保咨询、环境影响评价等相关工作。