電廠燃煤鍋爐摻燒污水廠污泥存在的問題與思考

張傳秀

上海投資咨詢公司

0 概述

2003年前后，江蘇常州開始實施燃煤電廠鍋爐摻燒污水處理廠污泥的工業(yè)化應(yīng)用，并作為“成功經(jīng)驗”和“創(chuàng)新典型”進行推廣。近些年國內(nèi)這種形勢更是如火如荼，一些大企業(yè)的自備電廠也在醞釀?chuàng)綗勰喔脑?。然而該工藝存在排放有害物質(zhì)等問題，應(yīng)引起我們足夠的重視，并采取措施妥善解決。

1 電廠摻燒污泥存在的問題

1.1 電廠燃煤鍋爐≠污泥焚燒爐

污泥焚燒爐是專門設(shè)計的廢物焚燒爐，焚燒的是廢物（污泥），燃料煤是作為輔助燃料使用。電廠燃煤鍋爐的燃料為全煤，相對于廢物焚燒爐，是兩種完全不同的生產(chǎn)工藝或生產(chǎn)方式。

污泥焚燒爐配套的煙氣凈化設(shè)施是專為控制其特征污染物而設(shè)計，如對全球公認的一類致癌物二噁英的減排效果均在97%～99%水平，對HCl、HF以及各類重金屬（如汞等）亦具有很好的減排效果；而電廠燃煤鍋爐配套的煙氣凈化設(shè)施（“除塵”+“脫硫”+“脫硝”）對污泥焚燒特征污染物，如二噁英及汞的去除效果則較差，遠不如前者。

燃煤電廠鍋爐對煤種、煤質(zhì)等要求都比較高，同時，對運行過程中的管理要求也較高，尤其是高參數(shù)鍋爐，“摻燒”不符合“電廠設(shè)計規(guī)范”及其生產(chǎn)工藝條件要求，不僅降低了鍋爐的熱效率，而且因為污泥中的氯、氟含量遠高于原煤，將加劇鍋爐系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備的腐蝕，不利于鍋爐系統(tǒng)的安全運行，同時也不利于粉煤灰的綜合利用。

1.2 《火電廠大氣污染物排放標準》+《生活垃圾焚燒控制標準》≠“電廠鍋爐摻燒污泥”排放標準

現(xiàn)行《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）對污泥焚燒排放的特征大氣污染物沒有相關(guān)的控制要求，現(xiàn)行《生活垃圾焚燒控制標準》（GB18485-2014）不適用于燃煤鍋爐摻燒污泥特征污染物如二噁英及重金屬的控制。

某電廠1 000 MW超超臨界機組燃煤鍋爐摻燒5%含水率約60%的污泥275 t/d，折合干污泥量為110 tDS/d，新增加的煙氣量約占原有煙氣量的3.5%，即，焚燒污泥自身產(chǎn)生的煙氣量已被稀釋了30倍。若考慮兩個排放標準的基準含氧量不同，GB13223和GB18485分別為6%和為11%，執(zhí)行GB18485又將被稀釋1.5倍、共被稀釋45倍，污泥焚燒特征污染的稀釋排放極為明顯。

以二噁英為例，根據(jù)該電廠摻燒污泥環(huán)評文件，其去除率僅為20.4%，遠低于專用焚燒爐配套凈化設(shè)施的97%～99%的去除效率。環(huán)評文件中的二噁英平均排放濃度為0.039 ng-TEQ/m3，低于GB18485中的0.1 ng-TEQ/m3排放標準，表面看是“達標”了，但如果按稀釋倍數(shù)折算，則應(yīng)為1.153 ng-TEQ/m3，已超過GB18485中指標的10.53倍，若按基準含氧量換算將超標15倍以上。

1.3 粉煤灰利用的安全問題應(yīng)加以考慮

污泥成分比生活垃圾更加復(fù)雜，其含有更多的重金屬等有毒有害成分，其中的無機有毒有害成分絕大部分都將進入粉煤灰。國內(nèi)電廠粉煤灰多用于建材（如作為熟料直接配入水泥），其中的重金屬等有毒有害成分容易釋放出來。因此，對建材的安全利用應(yīng)有所考慮，如配入這類粉煤灰的水泥在飲用水處理設(shè)施、游泳池、各類水庫、農(nóng)業(yè)水利設(shè)施等建設(shè)方面的安全應(yīng)用等。

1.4 污泥并非“資源”或“可再生資源”更非“生物質(zhì)資源”

污水處理廠污泥含水率通常在80%左右，大于生活垃圾含水率的2倍，其熱值則不及生活垃圾的1/4，且灰分高、灰熔點低。因“生物質(zhì)資源”有其專業(yè)定義，故污泥不能稱為“生物質(zhì)資源”。摻燒的結(jié)果將降低鍋爐熱效率，增加發(fā)電煤耗。

仍以上述電廠為例，摻燒含水率為5%，污泥量為60%，鍋爐熱效率將降低0.5%。在總發(fā)電量不變情況下，僅因鍋爐熱效率的降低全年燃料煤的消耗量將增加1.21萬t；加上焚燒污泥本身需要的能耗，耗煤量將由摻燒前的438.67 t/h增加到摻燒后的450.87 t/h（增加了2.78%），全年煤耗量將增加6.71萬t。即：“摻燒污泥”不是“產(chǎn)能”而是“耗能”，故不能將“摻燒污泥”簡單地理解為“資源綜合利用”或“可再生資源利用”，更不能稱為“循環(huán)經(jīng)濟”。

1.5 摻燒污泥的政府成本

據(jù)公開資料，污泥單獨焚燒減量化處理地方財政補貼為200元/t～300元/t(濕)。對電廠摻燒污泥，另有國家電價補貼、稅收優(yōu)惠（有些地方還有煤價優(yōu)惠）等，政府總支出成本在400元/t～500元/t，遠高于獨立的污泥干化焚燒，甚至為其兩倍。

對于發(fā)電企業(yè)，相當一部分直接焚燒未經(jīng)干化處理、含水率在80%左右的濕污泥，相對于獨立的污泥干化焚燒企業(yè)建設(shè)投資極少、運行成本極低。即便沒有國家電價補貼、稅收優(yōu)惠等，因其建設(shè)投資及運營成本遠低于獨立的污泥干化焚燒，相對而言，其利潤豐厚。

1.6 二噁英的環(huán)境影響

以上述電廠為例，將煙氣量（6 110 000 Nm3/h）折算為對應(yīng)的每t干污泥焚燒稀釋后的煙氣量為1 333 000萬Nm3/tDS，與竹園污泥干化焚燒竣工驗收實測數(shù)據(jù)（6次實測值7 846 Nm3/tDS～8 550 Nm3/tDS、平均值為8 302 Nm3/tDS）相比，煙氣量稀釋倍數(shù)高達156～170倍（平均160倍）。根據(jù)該電廠環(huán)評文件，全年摻燒含水率60%的污泥10萬t排放二噁英1.32 kg-TEQ/a，折合每噸干污泥的排放量為33 mg-TEQ/tDS，為竹園干化焚燒實測值（6次實測0.232～0.369 mg-TEQ/tDS、平均值為0.285 mg-TEQ/tDS）的 89～142倍（平均 115倍）。究其原因：獨立焚燒煙氣凈化系統(tǒng)配有特殊的二噁英減排設(shè)施（減排效率98%），而電廠燃煤鍋爐煙氣凈化系統(tǒng)則沒有配有特殊的二噁英減排設(shè)施。

由于電廠煙囪更高（約200 m左右），其影響范圍將更大，受其影響的人口也就更多。盡管電廠煙囪大氣稀釋擴散條件遠好于獨立的干化焚燒（煙囪高度多為50 m～60 m），但由于“源強”的增加，其最大落地濃度仍高于獨立干化焚燒的5～9倍，其對環(huán)境的影響程度更大。由于二噁英正常情況下極難分解，在人體內(nèi)的半衰期達5年-10年（平均為7年）之久，尤其是在人口密集的大中城市，其對人的健康影響將會是長期的、隱性的，不容忽視。

40-50年前，中國的癌癥發(fā)病率極低，根據(jù)國家癌癥中心2019年1月發(fā)布的最新一期全國癌癥統(tǒng)計數(shù)據(jù)[1]，中國惡性腫瘤死亡占居民全部死因的23.91%，且發(fā)病率每年保持約3.9%的增幅，死亡率每年保持2.5%的增幅，新發(fā)病例和死亡病例分別占全球的23.7%和30.2%；全球每新增100個癌癥患者中我國占21個，我國每天超過10 000人確診癌癥、平均每分鐘就有7.5人。按目前電廠摻燒污泥“遍地開花”且有增無減的亂象現(xiàn)狀，今后中國癌癥的發(fā)病率與死亡率將會更高。當然，焚燒排放二噁英并非引發(fā)癌癥的唯一因素，但是重要因素之一。

1.7 汞的環(huán)境影響

我國原煤中汞含量通常在0.01 mg/kg～5 mg/kg、平均為0.2 mg/kg[2]，而污水廠污泥含汞則在4.63 mg/kg～138 mg/kg[3]（含有工業(yè)廢水的城市污水、工業(yè)園區(qū)污水遠高于單一生活污水污泥），遠高于原煤中的汞含量。由于汞不溶于水、具有極強的穿透能力，一般認為電廠燃煤煙氣凈化系統(tǒng)對煙氣中的汞僅為10%左右的減排效果[3]。

以上述電廠1 000 MW超超臨界機組為例，按其環(huán)評文件，摻燒5%含水率60%的污泥后全年增加汞排放22 kg（減排率約50%），折合單位干污泥的排放量為0.55 mg/tDS，與獨立焚燒工藝（排放5.6 ng/tDS、減排效率87%）相比，增大了97倍。究其原因：獨立焚燒煙氣凈化系統(tǒng)配有適合汞減排的措施，而電廠燃煤鍋爐煙氣凈化系統(tǒng)沒有相應(yīng)的汞減排的措施。

同上，因為電廠煙囪更高，汞的影響范圍更大，受影響的人口也更多；盡管電廠煙囪排放稀釋擴散條件更好，但因為源強增加太多其最大落地濃度仍將高于獨立干化焚燒的4倍～8倍，對環(huán)境的影響程度更大。

1.8 關(guān)于產(chǎn)業(yè)政策

多數(shù)環(huán)評文件認為“電廠鍋爐摻燒污泥”屬現(xiàn)行《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》中的“鼓勵類”、“符合產(chǎn)業(yè)導(dǎo)向”等。前已述及，這類污泥不應(yīng)歸入“資源”和“可再生資源”類，更不能歸入“生物質(zhì)資源”?！拔勰嗄馨l(fā)電”是一種認識上的誤區(qū)，因其忽視了污泥高污染廢棄物的本質(zhì)。

2 值得推薦的污泥摻燒處理工藝

2.1 水泥窯摻燒工藝

水泥窯摻燒干化后的污泥與電廠燃煤鍋爐的優(yōu)勢：

1)水泥窯爐內(nèi)溫度更高（可達1 500℃，甚至大于1 700℃）、煙氣在高溫區(qū)停留時間更長（少則5-7 min多則20 min以上），所有的有機物均能全部、干凈、徹底分解，二噁英開始合成量極少、遠低于0.1 ng-TEQ/Nm3(干法水泥窯)[4]。

2)除汞之外的所有的重金屬均被固化在水泥的“玻璃相”中，極難再被釋放出來，水泥產(chǎn)品安全，基本上不存在二次污染及隱性污染。

3)水泥窯已有煙氣凈化設(shè)施適用于污泥摻燒，且工藝簡單易行，投資小、占地少、運行成本低廉；不僅適用污水處理廠污泥、生活垃圾的協(xié)同焚燒處理，而且適用于除含汞量高的廢險廢物外的醫(yī)療廢物及其他多種危險廢物的協(xié)同焚燒處置等。

4)技術(shù)上成熟、穩(wěn)定、可靠，國外已有數(shù)十年的成功經(jīng)驗，國內(nèi)亦有十多年的成功經(jīng)驗，國家和地方產(chǎn)業(yè)政策均將其列入“鼓勵類”。

5)相應(yīng)的排放標準、設(shè)計規(guī)范、污染防治政策等齊全，便于管理而且易于管理，如：《水泥窯協(xié)同處置工業(yè)廢物設(shè)計規(guī)范（GB50634）、《水泥窯協(xié)同處置固體廢物污染控制標準》（GB30485）、《水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術(shù)規(guī)范》（GB/T30760）、《水泥窯協(xié)同處置固體廢物環(huán)境保護技術(shù)規(guī)范》（HJ662）、《水泥窯協(xié)同處置固體廢物污染防治技術(shù)政策》（原國家環(huán)保部2016年公告第72號）、《水泥工業(yè)污染防治最佳可行技術(shù)指南》（2014年版）、《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置水泥熟料生產(chǎn)用泥質(zhì)》（CJ/T314）等。

2.2 生活垃圾焚燒爐摻燒工藝

生活垃圾焚燒爐摻燒工藝（850℃左右）是十分理想的污泥摻燒工藝，《生活垃圾焚燒控制標準》（GB18485-2014）適用于摻燒污泥特征污染物如二噁英及重金屬的控制，尤其適用于重金屬（如汞、鉛等）含量偏高的污泥，不存在二噁英及重金屬的稀釋排放問題；焚燒后的爐渣為一般工業(yè)固體廢物，可用于生產(chǎn)磚瓦類等建筑材料，焚燒后的飛灰同生活垃圾焚燒后的飛灰也可作為危險廢物最終填埋，不存在電廠燃煤鍋爐摻燒的二次污染問題。

生活垃圾焚燒爐摻燒工藝可以做到投資省、占地少、運行成本低廉，不增加政府成本支出；技術(shù)上成熟、穩(wěn)定、可靠，受到國家和地方產(chǎn)業(yè)政策“鼓勵”，具有健全的排放標準、設(shè)計規(guī)范、污染防治政策等，而且便于管理。

2.3 鋼廠燒結(jié)機摻燒工藝

《鋼鐵工業(yè)調(diào)整升級規(guī)劃（2016-2020年）》中提出了“城市鋼廠實施‘綠色發(fā)展、產(chǎn)城共融’戰(zhàn)略”和“按照綠色可循環(huán)理念，建設(shè)綠色工業(yè)園區(qū)，推進鋼鐵與建材、電力、化工等產(chǎn)業(yè)及城市間的耦合發(fā)展，實現(xiàn)鋼鐵制造、能源轉(zhuǎn)換和廢棄物消納三大功能”的發(fā)展目標，國內(nèi)一些大型鋼鐵企業(yè)提出了“興城市鋼廠、建城市生態(tài)”、“助力城市產(chǎn)業(yè)發(fā)展，共建城市美好生活”口號并付諸行動，已在研究燒結(jié)機（1 450℃左右）協(xié)同處置污水處理廠的污泥。

該協(xié)同處置工藝對后序高爐冶煉沒有大的影響，但應(yīng)要求燒結(jié)機達到鋼鐵企業(yè)“超低排放”（“環(huán)大氣[2019]35號”《關(guān)于推進實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》要求：顆粒物≤10 mg/Nm3，SO2≤35 mg/Nm3，NOx≤50 mg/Nm3），同時還應(yīng)要求排放煙氣中的二噁英達到GB18485中的0.1 ng-TEQ/Nm3（現(xiàn)行《鋼鐵燒結(jié)、球團工業(yè)大氣污染物排放標準》（GB 28662-2012）為0.5 ng-TEQ/Nm3），以解決電廠燃煤鍋爐摻燒工藝的二噁英及重金屬的稀釋排放問題。

此外，關(guān)于燒結(jié)機的摻燒問題，污泥焚燒后的無機物全部進入燒結(jié)礦（為絕大部分）和煙塵（為少量），煙塵又將回到燒結(jié)機原料系統(tǒng)閉環(huán)利用；燒結(jié)礦則進入高爐煉鐵，高爐爐渣經(jīng)適當加工后可作為熟料全部配入水泥，實現(xiàn)污泥中無機物的全部循環(huán)利用，不存在二次污染問題，是一種比較理想的摻燒協(xié)同處置工藝。

3 建議

對于電廠燃煤鍋爐的摻燒，也僅作為短期過渡性的“臨時應(yīng)急措施”，且對特征污染物的排放不能也不應(yīng)該直接“套用”《生活垃圾焚燒控制標準》，應(yīng)通過“換算”、與獨立焚燒工藝相比不應(yīng)增加二噁英及汞等特征污染物的排放量，并應(yīng)對“換算標準”的合理性進行充分論證，同時還應(yīng)考慮這類粉煤灰建材的安全利用問題。

為確保電廠燃煤鍋爐安全運行，對作為電廠焚燒的污泥應(yīng)有一定的要求，如對含水率的要求、對污泥脫水調(diào)理劑選擇的要求等。

由于目前尚無適用于電廠鍋爐摻燒污泥的排放標準、設(shè)計規(guī)范、污染防治技術(shù)政策等，政府部門應(yīng)組織專業(yè)技術(shù)力量對此進行比較深入的綜合性研究，在此基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的政策性要求及環(huán)境管理要求等。

4 結(jié)語

鑒于電廠燃煤鍋爐煙氣量巨大，專門配備二噁英及汞等污泥焚燒特征污染物的減排措施幾無可能，巨大的“稀釋排放”不可避免。國家和地方各級政府部門均不應(yīng)鼓勵電廠燃煤鍋爐摻燒，應(yīng)鼓勵“水泥窯摻燒”（或稱“水泥窯協(xié)同處置”）和“生活垃圾焚燒爐摻燒”等不存在二噁英及汞等污泥焚燒特征污染物稀釋排放的“協(xié)同”處置工藝。