摘要：对污泥干化耦合燃煤发电技术进行介绍，该利用现役燃煤机组高效发电系统和环保治理系统，可以降低污泥焚烧处置成本。对耦合发电技术关键技术进行了研究，为保证燃煤锅炉稳定运行，建议污泥干化率控制在30～35%、掺烧比例在5%以下，选取适当的污泥入炉位置，可以遏制二噁英大量生成，实现污染物达标排放。
关键词：燃煤机组; 污泥干化; 耦合发电;
1 概述
污水处理厂污泥是一种固体废物，主要由初沉池 (沉砂池) 及隔油池底泥、气浮机浮渣、剩余活性污泥以及其他工艺单元的化学污泥组成。随着经济社会的发展，污泥产量日益增加，2015年我国污泥年产量为3359万吨 (含水率为80%) 。
我国污泥处理方式主要有填埋、堆肥、自然干化、焚烧等方式，所占比分别为65%、15%、6%、3%。污泥处理方式仍以填埋为主，加之我国城镇污水处理企业处置能力不足、处置手段落后，大量污泥没有得到规范化的处理，直接造成了“二次污染”，对生态环境产生严重威胁。
以焚烧为核心的处理工艺可以使有机物全部碳化，可最大限度地减少污泥体积，同时可以能够将污泥中的能量转换为电能或者热能，使污泥得到充分的利用。污泥干化耦合燃煤发电技术，即“污泥干化+燃煤锅炉焚烧”污泥处理处置方案，利用现役燃煤机组高效发电系统和环保治理系统，将干化后的污泥与燃煤混合燃烧，充分利用燃煤机组燃烧、尾气净化、发电等设备，大大降低污泥焚烧处置成本。
2 工艺流程
该处理方案主要由污泥储存及输送系统、污泥干化系统、废气废水系统组成。系统工艺流程详见图1:
湿污泥储存仓采用地下混凝土或钢制形式。采用污泥输送泵将污泥输送至干化机内进行干化。干化后污泥通过输送设备与燃煤一起进入磨煤机，充分碾磨之后，吹送入炉内焚烧。
污泥干化系统是为了除去污泥中的水分，以便于输送和燃烧。干化热源采用辅助蒸汽，蒸汽参数为0.5-0.6MPa，160-170℃。污泥进入干化机，通过干化机内动部件的转动使污泥翻转、搅拌，污泥充分与加热后的受热面接触，从而使污泥水分大量蒸发，同时污泥随干化机内动部件的转动向出料口翻动，使干化后的污泥从出料口排出。
污泥干化处理后产物分为不凝尾气和冷凝废水两部分，尾气和废水再通过不同的处理系统处理达标。污泥干化过程中产生的气体经过除尘器，将污泥干燥过程中产生的蒸汽和固体进行分离，分离后的气体进入冷凝器。除尘后的废气在冷凝器中被冷却到大约50℃，不凝尾气经引风机送至锅炉进行焚烧处理，经换热器降温后的冷凝废水进入污水处理装置。
3 相关问题探讨
3.1 干化污泥含水率
污泥的含水率是制约污泥处置和利用的关键问题，根据国内相关研究，污泥含水率与热值的关系表1所示:
污泥干化至含水率30%-35%时，污泥的热值约为1800-1500kcal/kg。将污泥进一步干化至含水率10%或更低，可以获得更高的热值，但将消耗更多的能源，增加运行成本。根据实际运行情况，在干化温度不变的情况下，污泥的含水率在低于30%时，干化的速率将会减缓，处理周期变长，降低了处置能力。污泥在干化到含水率30%以下时，干污泥出料含尘量大，导致干污泥输送时扬尘现象严重，对干化车间及输煤皮带栈桥都有较大影响，环境污染较重。因此，建议污泥干化后含水率为30%-35%。
3.2 掺烧比例
住房和城乡建设部和国家发展和改革委员会二〇一一年三月下发的《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南 (试行) 》指出:“入炉污泥的掺入量不宜超过燃煤量的8%”。某电厂进行掺烧实验证明，以5%的掺混比例进行泥煤混烧，对锅炉运行基本不造成影响。
日处理量10万吨的污水处理厂每天会产生200吨的湿污泥，干化后含水率30%污泥为57吨。2台350MW燃煤机组耗煤量约7000吨/天，污泥与原煤掺配比例为0.81%，远低于国家推荐的8%掺烧比例，焚烧后剩余的少量灰渣进入电厂粉煤灰系统，合焚烧对电厂锅炉的正常运行几乎不造成影响。
3.3 对锅炉着火及稳定性影响
煤粉着火温度为430℃左右，污泥着火温度为230℃左右。如图2所示，着火温度随掺烧比例增加而降低。按照掺烧比例5%考虑，煤粉和干化污泥混合物的着火温度为430℃左右，锅炉内温度可达1000℃，煤中掺入污泥后，对锅炉着火没有影响。
污泥掺混后由于其热值低，含水量较高，掺加量过高可能会影响锅炉火焰的温度水平、影响锅炉燃烧的稳定性和燃烧效率。电厂掺烧污泥后尤其注意对锅炉运行参数的影响，这直接关系到电厂发电机组的安全经济运行，表2为掺烧干化至含水率35%的污泥后 (掺烧比为2.1%) ，锅炉部分运行参数的前后变化。
由上表可以看出，掺烧污泥后各项参数的变化很小。由于掺烧污泥后烟气流量少量增加，使得炉膛理论燃烧温度略有上升，但增加幅度不大，低于2℃，排烟温度相比掺烧前升高1.3℃，使得排烟损失略有上升，锅炉效率下降了0.06%。
3.4 对锅炉结渣特性的影响
煤的灰熔点温度要高于纯污泥的灰熔点温度，随着污泥掺烧比例的提高，混合燃料的灰熔点温度逐渐降低，掺烧比过大、污泥含水率过高时会使锅炉更容易结焦。
随着污泥掺烧比例的提高，灰分的特征温度依次降低，煤中掺烧不同比例的污泥灰的熔融特性实验如图3所示。
从图中可见当掺烧比控制在2%以下时，熔点变化非常微弱，不会对锅炉结焦掺烧影响。
3.5 对污染物排放影响
污泥中存有大量氯基物质，当焚烧温度在550℃～700℃时会迅速 (0.1s～0.2s) 产生大量的二噁英。二噁英控制措施主要为保持污泥等废弃物燃烧在850℃以上，烟气停留时间大于2s。锅炉内燃烧温度随高度变化如图4所示。
污泥作为燃料在20m～40m区域送入炉膛内部。燃烧温度远大于850℃，以烟气最大流速12m/s计算，污泥停留在850℃以上区域远大于2s，基本可以遏制二噁英大量生成。
燃煤机组具备完善的烟气净化装置，污泥占耗煤量的10%以内，尾气净化可以正常高效运行。污泥焚烧产生的颗粒物可随同烟气经除尘、脱硫等烟气环保治理设施高效去除。
4 结论
(1) “污泥干化+燃煤锅炉焚烧”污泥处理处置方案，充分利用现役燃煤机组高效发电系统和环保治理系统，可以降低污泥焚烧处置成本。
(2) 为保证燃煤锅炉稳定运行，建议污泥干化率控制在30～35%、掺烧比例在5%以下。选取适当的污泥入炉位置，可以遏制二噁英大量生成。
原标题：污泥干化耦合燃煤发电技术研究
