造紙污泥與煤流化床摻燒試驗(yàn)研究

肖漢敏，鄒大勇

（1．肇慶學(xué)院 電子信息與機(jī)電工程學(xué)院,廣東 肇慶 526061;2．江蘇理文造紙廠,江蘇 常熟 215500）

造紙污泥與煤流化床摻燒試驗(yàn)研究

肖漢敏1，鄒大勇2

（1．肇慶學(xué)院 電子信息與機(jī)電工程學(xué)院,廣東 肇慶 526061;2．江蘇理文造紙廠,江蘇 常熟 215500）

在流化床鍋爐進(jìn)行了造紙污泥與煤直接摻燒的試驗(yàn)，研究了摻燒對(duì)溫度、負(fù)荷、耗煤量、鍋爐效率和排放等方面的影響．研究表明：以不同比例向爐膛內(nèi)投加濕污泥對(duì)爐膛溫度的影響較大；隨著污泥量的逐步增加，鍋爐排煙溫度逐步升高，鍋爐效率卻隨之降低，鍋爐飛灰的可燃物含量逐步增加，鍋爐爐渣的可燃物含量則無明顯變化；鍋爐所排煙氣中二氧化硫、氮氧化物及煙塵濃度都在相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，不會(huì)引起二次污染．

污泥；流化床；摻燒

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增長(zhǎng)和城市化進(jìn)程的加快，以及污水處理率的提高，污泥的產(chǎn)生量也越來越大．在污泥的產(chǎn)生量不斷增加的同時(shí)，我國(guó)污泥的處理技術(shù)和裝備卻普遍落后，污泥安全處理與處置的保障率很低．如果污泥處理不當(dāng)或不及時(shí)，會(huì)帶來嚴(yán)重的二次污染，因此，如何妥善、科學(xué)地處理和處置污泥，己成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者共同關(guān)注的環(huán)保課題．

國(guó)內(nèi)外有不少學(xué)者對(duì)污泥的摻燒進(jìn)行了研究．陳曉平等[1]對(duì)城市污泥與煤在循環(huán)流化床內(nèi)混燒進(jìn)行了研究．文獻(xiàn)[2]的作者則對(duì)油污泥與水煤漿混燒進(jìn)行了研究．

某造紙公司日產(chǎn)紙近3 000 t，每日產(chǎn)生污泥約360 t，其污泥含水率約為80%．自備電站鍋爐的排煙溫度約為160℃，所以公司于2006年開始陸續(xù)安裝了3臺(tái)污泥干燥焚燒系統(tǒng)，采用旋流噴動(dòng)干燥機(jī)，利用鍋爐的高溫?zé)煔飧稍镂勰?，設(shè)計(jì)處理量是每臺(tái)100 t/d，得到含水率約為30%的污泥顆粒，然后將其通過氣力輸送系統(tǒng)送入鍋爐進(jìn)行焚燒．此外，還安裝了2套污泥泵，通過它升壓后再經(jīng)管道輸送至鍋爐的爐膛中直接進(jìn)行焚燒．本試驗(yàn)所采用的方法是將脫水污泥直接用污泥泵送進(jìn)焚燒爐焚燒．

1 試驗(yàn)部分

1．1 試驗(yàn)燃料

本試驗(yàn)所用到的煤來自越南，污泥為某造紙公司污水處理廠的脫水污泥．試驗(yàn)所用煤和污泥的工業(yè)分析和元素分析如表1所示．

1．2 造紙污泥流化床直接摻燒系統(tǒng)

污泥流化床直接摻燒系統(tǒng)如圖1所示．污泥流化床直接摻燒系統(tǒng)采用的是利用污泥泵直接將濕污泥從爐膛頂部加入到爐膛中焚燒的方式，焚燒后的煙氣經(jīng)煙氣凈化器及布袋除塵器后由煙囪排出，煤渣外運(yùn)應(yīng)用．

表1 試驗(yàn)所用煤和污泥的工業(yè)分析和元素分析

摻燒系統(tǒng)主要由污泥輸送系統(tǒng)、鍋爐摻燒系統(tǒng)及煙氣凈化系統(tǒng)構(gòu)成．

1)污泥輸送系統(tǒng)．濕污泥輸送裝置采用以污泥泵為主的粘稠物料管道輸送系統(tǒng)，采用“兩用互備”的布置方式．

2)污泥焚燒系統(tǒng)．用循環(huán)流化床鍋爐直接摻燒濕污泥，流化床鍋爐的主要參數(shù)見表2．

1．2 試驗(yàn)方案

污泥流化床直接與煤摻燒的試驗(yàn)步驟如下：

1）通過調(diào)整污泥泵的開度和調(diào)整加入爐膛的造紙濕污泥的量，從而改變濕污泥與煤的不同摻燒比例．詳細(xì)記錄此過程中鍋爐的爐膛溫度、耗煤量、產(chǎn)氣量、飛灰可燃物含量、爐渣可燃物含量、尾氣中二氧化硫、氮氧化物及煙塵濃度的變化情況．

2）濕污泥加入爐膛后，床溫會(huì)立即下降，床溫的穩(wěn)定要靠運(yùn)行人員的及時(shí)調(diào)整來保證，同時(shí)還要保證鍋爐氧量在5%～6．5%之間．

3）污泥焚燒后灰中的重金屬含量，我們委托上海SGS公司進(jìn)行化驗(yàn)分析，并將結(jié)果與國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，由此給出爐渣的使用范圍．

2 污泥流化床直接摻燒特性研究

2．1 摻燒對(duì)溫度的影響

通過調(diào)整污泥泵的開度改變污泥與煤的摻燒比例，試驗(yàn)中煤耗量為50．53 t/h．根據(jù)鍋爐DCS系統(tǒng)的記錄值，得出在濕污泥加入爐膛后，爐膛上部、下部以及出口3個(gè)位置測(cè)點(diǎn)的溫度變化情況．

污泥投加量對(duì)爐膛溫度的影響如圖2所示．由圖2結(jié)果可知，投加了污泥后爐膛溫度迅速下降，隨著污泥投加量的增加，爐膛溫度下降幅度有所減緩．

污泥投加量為23．38 t/h，在“投加狀態(tài)（75%）→停止污泥泵運(yùn)行（0%）→恢復(fù)投加狀態(tài)（75%）”3個(gè)變化過程中的爐膛溫度變化曲線如圖3所示．爐膛溫度的3處測(cè)點(diǎn)依次發(fā)生變化：污泥泵停止運(yùn)行后，爐膛上部溫度立即出現(xiàn)上升現(xiàn)象，變化幅度為25℃；爐膛下部溫度在污泥泵停止1 min后出現(xiàn)上升，變化幅度為24℃；爐膛出口溫度在污泥泵停止5 min后出現(xiàn)上升，變化幅度為22℃．當(dāng)污泥泵啟動(dòng)恢復(fù)75%開度后，爐膛上部溫度立即下降，變化幅度為24℃；爐膛下部溫度在污泥泵啟動(dòng)1 min后開始下降，變化幅度為24℃；爐膛出口溫度在污泥泵啟動(dòng)4 min后開始下降，變化幅度為22℃．

表2 循環(huán)流化床鍋爐(UG－350/9．8－M)參數(shù)

圖1 污泥流化床直接摻燒系統(tǒng)

圖2 污泥投加量對(duì)爐膛溫度的影響

不同污泥摻量時(shí)的排煙溫度變化曲線如圖4所示．隨著污泥投加比例不斷增加，鍋爐排煙溫度不斷下降．當(dāng)污泥投加量為18．7 t/h時(shí)，排煙溫度僅下降1．5℃；而繼續(xù)加大投加量時(shí)，煙溫下降的幅度增大，當(dāng)污泥投加量為30．86 t/h時(shí)，排煙溫度僅下降6℃．

圖3 投加污泥23．38 t/h過程中爐膛溫度變化曲線

圖4 不同污泥摻量時(shí)的排煙溫度變化曲線

2．2 摻燒對(duì)負(fù)荷、耗煤量及鍋爐效率的影響

污泥投加量與鍋爐負(fù)荷、耗煤量之間的關(guān)系如表3所示．由表3結(jié)果可知，在保證鍋爐負(fù)荷的情況下，隨著污泥投加量的增加，耗煤量也相應(yīng)增加．在同一條件下進(jìn)行摻燒試驗(yàn)，根據(jù)在不同污泥投加量下鍋爐產(chǎn)汽量及用煤量的變化情況，可求得每種情況下每噸污泥的耗煤量．平均每噸污泥耗原煤0．06 t，耗標(biāo)煤為0．04 t．若考慮污泥直接摻燒系統(tǒng)的耗電情況，平均每噸濕污泥耗原煤0．062 t，耗標(biāo)煤0．041 t．

表3 污泥投加量與鍋爐負(fù)荷及耗煤量之間的關(guān)系

鍋爐效率隨污泥投加量的變化曲線如圖5所示．從圖5中可以看出，鍋爐效率隨著污泥投加量的增加而降低，但降低的幅度并不是很大．當(dāng)污泥投加量為6．23 t/h時(shí)，鍋爐效率僅降低了0．013%；當(dāng)污泥投加量為30．86 t/h時(shí)，鍋爐效率降低0．247%．

2．3 摻燒對(duì)爐渣和飛灰的影響

通過改變污泥泵的開度，可使污泥與煤的比例不斷變化，鍋爐飛灰及爐渣中可燃物含量也隨之變化，鍋爐飛灰及爐渣中可燃物含量的變化情況見圖6．從圖6可以看出，隨之污泥泵開度的加大，鍋爐飛灰可燃物含量明顯增加，這與污泥在流化床鍋爐中的燃燒特點(diǎn)相吻合；高含水率的污泥投入到爐膛中后，使鍋爐燃料的完全燃燒程度降低，排煙中飛灰可燃物含量升高；而爐渣可燃物含量在此過程中卻表現(xiàn)出沒有規(guī)律性的變化．

圖5 鍋爐效率隨污泥投加量變化曲線圖

2．4 摻燒對(duì)煙氣排放的影響

熱電站循環(huán)流化床鍋爐的除塵器選用的是LGM－KE－11200長(zhǎng)袋脈沖除塵器，主要由濾袋、清灰機(jī)構(gòu)和外殼灰斗構(gòu)成．含塵空氣從除塵器的進(jìn)風(fēng)均流管進(jìn)入各分室灰斗，在灰斗導(dǎo)流裝置的導(dǎo)流下，顆粒的粉塵被分離后直接落入灰斗．隨著過濾工況的進(jìn)行，濾袋上的粉塵越積越多，當(dāng)設(shè)備阻力達(dá)到限定的阻力值（一般為1 500 Pa）時(shí)，由清灰控制裝置按清灰時(shí)間設(shè)定值進(jìn)行自動(dòng)在線或離線清灰．

流化床鍋爐摻燒造紙污泥煙氣排放主要污染物的濃度變化如圖7所示．在污泥摻燒試驗(yàn)中，隨著污泥投入量的逐漸增加，利用煙氣在線測(cè)量裝置記錄下鍋爐煙氣排放中二氧化硫（爐內(nèi)投加石灰石進(jìn)行正常脫硫）、氮氧化物及煙塵濃度的數(shù)據(jù)．其中二氧化硫在184～190×10－6之間，氮氧化物在113～116×10－6之間，煙塵在34～39×10－6之間．以上結(jié)果表明，在濕污泥的摻燒過程中，鍋爐煙氣排放主要污染物的濃度變化不大，完全可以達(dá)到相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)．

圖6 鍋爐飛灰及爐渣中可燃物含量變化情況

圖7 流化床鍋爐摻燒造紙污泥煙氣排放主要污染物濃度變化

3 結(jié)論

通過對(duì)造紙濕污泥在流化床鍋爐的直接摻燒試驗(yàn)，可得到以下結(jié)論：

1)循環(huán)流化床鍋爐在穩(wěn)定負(fù)荷情況下，以不同比例向爐膛內(nèi)投加濕污泥，爐膛出口溫度變化幅度可達(dá)22℃，并且爐膛上部溫度先發(fā)生變化，1 min后爐膛下部溫度開始變化，5 min后爐膛出口溫度開始變化．

2)隨著摻燒污泥量的逐步增加，鍋爐排煙溫度呈下降趨勢(shì)，鍋爐效率隨之降低．

3)隨著污泥量的逐步增加，鍋爐飛灰可燃物含量逐步增加，鍋爐爐渣的可燃物含量無明顯變化，說明高含水率的造紙污泥對(duì)鍋爐燃料的燃燒產(chǎn)生較大影響．

4)摻燒不會(huì)對(duì)排放煙氣中的主要污染物產(chǎn)生明顯影響，鍋爐的排煙中二氧化硫、氮氧化物及煙塵濃度都可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)要求．

[1] 陳曉平,顧利峰,趙長(zhǎng)遂,等.城市污泥與煤混燒過程中NOx和N2O的排放特性[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào),2005,35(1):122-125.

[2] LIU Jianguo,JIANG Xiumin,ZHOU Lingsheng,et al.Co-firing of oil sludge with coal water slurry in an industrial internal circluating fluidized bed boiler[J].Journal of Hazardous Materials,2009,167(1/3):817-823.

Co-combustion of Paper Mill Sludge with Coal in Industrial Circulating Fluidized Bed Boiler

XIAO Hanmin1，ZOU Dayong2

(1.College of Electronic Information and Mechantronic Engineering,Zhaoqing University,Zhaoqing,Guangdong 526001,China;2.Jiangsu Lee&Man Paper Mfg.Co.Ltd.,Changshu,Jiangsu 215500,China)

Co-combustion of paper mill sludge with coal in industrial circulating fluidized bed boiler were carried out,the Burning of the temperature,load,coal consumption,the boiler efficiency and emissions impact.The results show that:different ratio of sludge to the furnace humidifier on the furnace temperature cast great influence;With the gradual increase in the amount of sludge,boiler flue gas temperature increased gradually decreases boiler efficiency,boiler fly ash content of fuel gradually increase the fuel boiler slag showed no significant change;boiler exhaust sulfur dioxide,nitrogen oxides and soot concentrations are within the relevant emission standards,will not cause secondary pollution.

sludge;fluidized bed;co-combustion

TQ536．9

A

1009－8445（2011）02－0032－05

(責(zé)任編輯：陳 靜)

2010－09－26

肇慶市科學(xué)技術(shù)計(jì)劃研究項(xiàng)目（2009G013）

陳志勝(1972－),男,山東德州人,肇慶學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院助教,碩士．