燃煤机组协同焚烧处置污泥过程烟气二恶英排放特性及环境影响研究

张建龙

【摘 要】研究了某300MW燃煤机组协同焚烧处置污泥过程的烟气二恶英排放特性，分析了协同处置过程对厂界内大气环境质量的影响。结论表明掺烧一定比例的污泥，烟气中排放的二恶英水平略高于未掺烧工况，但仍显著低于国家标准；掺烧对大气环境质量影响较小。从环境视角看，协同焚烧是一种有效的污泥处置方式。

【关键词】污泥；燃煤锅炉；焚烧；二恶英；环境影响

0 引言

随着社会经济发展和城市化水平的提高，公众对城市污水处理的要求也越来越高，城市污水污泥的产生量也随之不断增加[1]。污泥含有大量的有毒有害成分，需要有效的处置手段，焚烧是发达国家污泥处置的主要方法之一，目前研究和应用主要集中于循环流化床锅炉[2]，对于煤粉炉以及烟气中二恶英等痕量有机物的研究较少[3]。为使污泥处理处置真正实现无害化，必须全面了解污泥掺烧的气态污染物排放特性，以便更好地进行控制。此外，分析污泥焚烧装置附近环境敏感点的大气环境二恶英浓度也具有重要意义。

本文中针对燃煤机组协同焚烧处置污泥工程进行了试验研究，测试了未掺混污泥和掺混污泥工况下，机组烟气总排口的烟气二恶英浓度水平及组成特性，分析了协同处置过程对厂界内敏感点区域大气环境质量的影响，可为国内燃煤电厂协同处置污泥的工程环保排放提供基础数据，并为该技术的发展打下基础。

1 工程及工艺流程

本研究于东南沿海地区某300MW燃煤机组上开展。该机组锅炉为亚临界中间一次再热控制循环汽包炉，配用中速磨直吹式制粉系统，单炉膛、四角正反切圆燃烧。机组采用干化及协同焚烧处置工艺，处置当地某污水处理厂的湿污泥，机组满负荷工况下，设计湿污泥处理能力为250吨/天。湿污泥经圆盘式干化机干化后，送至煤场与原煤预混和，而后与原煤一起送至制粉系统，入炉焚烧。干化热源为减温扩容后的辅助蒸汽。污泥干化后产生的尾气进入冷凝器进行冷凝，冷凝后的尾气送至送风机入口处进入炉内高温燃烧分解，尾气冷凝水经收集后送回污水处理厂处理。

该机组的大气污染物控制工艺如下：锅炉尾部烟气首先进入选择性催化还原装置（SCR）脱除烟气中氮氧化物，而后经由干式静电除尘器脱除烟气中大部分的尘，除尘后烟气进入石膏-石灰石湿法脱硫装置脱除二氧化硫及部分尘，脱硫后的烟气加热至水蒸气露点温度以上并排放大气。

2 材料及方法

2.1 试验煤样及污泥

机组燃煤常用煤种主要为蒙混煤和神混煤，满负荷下，锅炉燃煤量约为120吨/小时。污泥来自于当地某污水厂，脱水后的湿污泥含水量约80%，经圆盘干化机干燥后，干化污泥含水量约40%。以湿污泥250吨/天处理量计算，每小时锅炉燃烧的干化污泥质量约为3.5吨，干化污泥与燃煤的掺混比约为2.9%。

2.2 试验工况及采样位置

机组300MW负荷工况下，按湿污泥处理量250吨/天掺烧污泥。采样检测工作分前后两个批次，批次1进行未掺烧污泥工况下烟气中二恶英的采样及检测，共采集烟气样品2个。批次2进行掺烧污泥工况下烟气中二恶英的采样及检测，共采集烟气样品3个。同时，测试了掺烧工况和未掺烧工况下，厂区内某环境敏感点（办公楼楼顶）大气中二恶英含量，各采集大气样品1个。

2.3 烟气及大气样品二恶英检测分析

烟气及大气样品二恶英的预处理及检测，根据USEPA 1613方法进行。二恶英的定量分析采用高分辨气相色谱/高分辨质谱联用仪（HRGC/HRMS）。升温程序如下：150℃保持1min，以25℃/min速度升至190℃后，以3℃/min速度升至280℃，保温20min，二恶英样品分析采用13C同位素内标法进行质量控制和定量。

3 结果与讨论

3.1 煤及污泥性质分析

试验期间，入炉煤中灰含量和硫含量均较低。湿污泥含水量为85.21%，含灰量为7.23%，氯离子含量为2.14mg/kg。

3.2 污泥协同焚烧对烟气中二恶英排放特性影响

3.2.1 未掺烧污泥工况下烟气中二恶英含量水平及指纹特性

未掺烧污泥工况下，进烟囱水平烟道处烟气样品1#、2#中二恶英的折算浓度分别为0.0359ng I-TEQ/Nm3，0.0079ng I-TEQ/Nm3，平均浓度为0.0219ng I-TEQ/Nm3，低于目前我国（GB18484-2001）0.5ng I-TEQ/Nm3；也低于欧盟二恶英排放标准0.1ng-TEQ/Nm3。

3.2.2 掺烧污泥工况下烟气中二恶英含量水平及指纹特性

掺烧污泥工况下，进烟囱水平烟道处烟气样品#3、#4、#5中二恶英的折算浓度分别为0.0415ng I-TEQ/Nm3，0.0287ng I-TEQ/Nm3，0.0277ng I-TEQ/Nm3，平均浓度为0.0326ng I-TEQ/Nm3。比照未掺烧工况，掺烧污泥后，烟气中二恶英含量水平小幅增加。从烟气中二恶英的平均浓度来看，低于目前我国（GB18484-2001）0.5ng I-TEQ/Nm3；也低于欧盟二恶英排放标准0.1ng-TEQ/Nm3。燃煤电厂掺烧污泥能够实现二恶英达标排放。

3.3 不同工况下厂区大气二恶英含量及组成特性分析

未掺烧污泥工况下，环境敏感点的大气样品#7二恶英浓度为0.0516pg I-TEQ/m3，显著低于掺烧污泥工况下大气样品#6二恶英的浓度（0.2487pg I-TEQ/m3）。尽管掺烧污泥工况下大气中二恶英的浓度明显增加，但仍低于日本0.6pg I-TEQ/ m3的标准，可以判断，掺烧对大气环境质量影响较小。

4 结论

1）某300MW燃煤机组，未协同焚烧污泥工况下，烟气中二恶英排放平均浓度为0.0219ng I-TEQ/Nm3，显著低于国家及国际上二恶英排放的相关标准。

2）燃煤电厂掺烧污泥可实现二恶英的达标排放。协同焚烧处置250吨/天湿污泥，烟气中二恶英排放的平均值为0.0326ng I-TEQ/Nm3，略高于未掺烧工况，但仍远低于国家及国际上二恶英排放的相关标准。

3）掺烧工况下，厂区内环境敏感点大气中二恶英浓度为0.2487 pgI-TEQ/m3，较未掺烧工况有明显增加，但仍远低于相关国际标准，掺烧对大气环境质量影响较小。

【参考文献】

[1]陈翀.300MW燃煤锅炉协同处置干化污泥的试验研究[J].能源工程， 2014（3）：62-66.

[2]Zhang G， Hai J， Cheng J， et al. Evaluation of PCDD/Fs and metals emission from a circulating fluidized bed incinerator co-combusting sewage sludge with coal[J]. Journal of Environmental Sciences-china， 2013， 25（1）： 231-235.

[3]李艷静， 任明忠， 张素坤，等. 某发电厂煤粉炉掺烧印染污泥烟气中PCDD/Fs排放特征研究[C].持久性有机污染物论坛2011暨持久性有机污染物全国学术研讨会. 2011， 哈尔滨.

[责任编辑：张涛]