工業(yè)廢水處理剩余污泥的燃燒試驗(yàn)

1、工業(yè)廢水處理剩余污泥的燃燒試驗(yàn) 作者：魏昆生1，徐品虎1，丁大勇1，芮新紅2，周強(qiáng)黍3，張寧生3  轉(zhuǎn)貼自：工業(yè)用水與廢水摘要：將脫水后含水率為85的化工污水處理的剩余污泥，按不同的比例摻混在燃煤中，通過(guò)CRF半工業(yè)化熱態(tài)試驗(yàn)臺(tái)的模擬燃燒，研究了污泥摻混后對(duì)鍋爐受熱面的工作安全性、燃燒穩(wěn)定性、燃燒效率以及煙氣排放、灰渣成分的變化情況。污泥摻混比例不大于6，對(duì)煤粉鍋爐受熱面工作安全性不會(huì)產(chǎn)生不良影響，摻混比例不大于2時(shí)，排放的煙氣能夠滿足環(huán)保要求。最佳摻混比例為2。關(guān)鍵詞：污水處理；污泥處置；煤粉鍋爐；燃燒試驗(yàn)中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2455(2003

2、)05-004704 A Combustion Test of Residual Sludge from Industrial Wastewater TreatmentWEI Kun-sheng1，XU Pin-hu1，DING Da-yong1，RUI Xin-hong2，ZHOU Qiang-tai3，ZHANG Ning-sheng3(1.The Water Supply and Drainage Plant of SINOPEC Yizheng Chemical Fibre CO.，Ltd.，yizheng  211900,China；2.The Power Engineer

3、ing Department of Nanjing Engineering Institute，Nanjing 210013，Chin；3.The Power Engineering Department of Southeast University, Nanjing 210018, China) Abstract：The dehydrated residual sludge with a water content of 85 from the treatment of chemical wastewater was mixed into fuel coal in different pr

4、oportionsThen，an analog combustion of the mixture was performed in a CRF semi-industrial thermal combustion test rig to test working safety of the heated surface of the boiler，the stability and efficiency of the combustion and the changes of off gas discharging and of dregs composition. When the mix

5、ing ratio of sludge was below 6 percent，the combustion did not produce harmful effect to the working safety of the heated surface of the pulverized coal boiler；and when the mixing ratio was 2 percent，the off gas discharging could meet the environmental protection requirements，the optimum mixing rati

6、o being 2 percentKey words： wastewater treatment；s1udge disposal；pulverized coal boiler；combustion test污水處理產(chǎn)生的污泥是一種不穩(wěn)定的、含水率較高的廢棄物。根據(jù)固體廢棄物的鑒別標(biāo)準(zhǔn)，城市污水處理廠產(chǎn)生的污泥屬于一般廢棄物，而精對(duì)苯二甲酸(PTA)化工污水處理裝置產(chǎn)生的污泥屬于危險(xiǎn)廢棄物，其綜合利用途徑更為狹窄。目前同類企業(yè)的污水處理廠對(duì)脫水后的污泥進(jìn)行無(wú)害化處理的主要方法是干化或焚燒，主要設(shè)備基本上是引進(jìn)國(guó)外的干化或焚燒設(shè)備，引進(jìn)的設(shè)備一次性投資較大，處理85含水率的污泥一般噸投資在25-4

7、0萬(wàn)元之間，噸運(yùn)，行費(fèi)用在100-200元之間，如此高昂的費(fèi)用一般企業(yè)難以承受。結(jié)合企業(yè)的實(shí)際，提出了污泥與熱電廠煤粉鍋爐燃煤摻混燃燒的污泥處理方法。煤粉鍋爐摻混工業(yè)廢水處理脫水污泥燃燒，目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)先例，要利用熱電廠鍋爐對(duì)污泥進(jìn)行摻混燃燒，需了解煤摻混污泥后燃燒的穩(wěn)定性、燃燒效率、排放特性、結(jié)渣特性以及煤泥摻混燃燒對(duì)鍋爐受熱面的影響情況，確保鍋爐系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。1 實(shí)驗(yàn)裝置、試驗(yàn)方法及試驗(yàn)條件1.1 試驗(yàn)裝置及工藝流程本試驗(yàn)是在遼寧省燃燒工程技術(shù)中心從加拿大引進(jìn)的CRF（Combustion Research Facility)試驗(yàn)臺(tái)和引進(jìn)德國(guó)NETZSCH公司的STA409型熱分析天平

8、上進(jìn)行的1，試驗(yàn)裝置工藝流程見(jiàn)圖1。CRF是一套模擬電廠煤粉鍋爐燃燒的半工業(yè)化熱態(tài)試驗(yàn)臺(tái)，最大給煤量為30kg/h，燃燒熱功率為1000MJ/h。主要由制粉、燃燒、除塵、壓縮空氣和水冷卻、數(shù)據(jù)采集和控制、煙氣在線取樣分析系統(tǒng)等六部分組成。爐膛分為5節(jié)，從上到下依次標(biāo)記為M1,M2,M3,M4,M5，為5臺(tái)在線煙氣分析儀分別連續(xù)測(cè)量煙氣中的O2,CO2,CO,SO2及NOx。STA409型熱分析天平式樣最大重量20g，測(cè)量重量變化范圍0-5000mg,最大升溫速率100min，最高爐溫為1500，利用少量樣品，在恒定升溫速率下，對(duì)樣品進(jìn)行重量變化的熱重分析(TC)、樣品與惰性氣體之間的差熱分析(

9、DTA)和燃燒分布的曲線熱重微分(DTG)研究。1.2 試驗(yàn)方法與試驗(yàn)條件：1.2.1 試驗(yàn)方法 將320kg原煤分成四等份。一份為原煤樣，其余三份分別與1.633kg，3.333kg，5.106kg的污泥進(jìn)行摻混，配制成0，2，4和6的4種不同比例的試樣，用混煤機(jī)混合均勻，分別經(jīng)磨煤機(jī)磨制成煤粉，在M1,M2,M3和M4布置4只硅碳棒，作為結(jié)渣試件。利用CRF在相同及燃燒穩(wěn)定的條件下，測(cè)定樣品燃燒時(shí)爐內(nèi)溫度場(chǎng)分布，測(cè)定煙氣成分及飛灰中重金屬及有害成分，飛灰及灰渣中可燃物含量。利用熱分析天平測(cè)定上述試樣的著火性能。1.2.2 試驗(yàn)條件試驗(yàn)材料本試驗(yàn)材料污泥取自儀化給排水廠污水處理裝置

10、的脫水污泥和儀化熱電廠儲(chǔ)煤場(chǎng)原煤，其主要成分見(jiàn)表1。 表1  試驗(yàn)物料元素分析及工業(yè)分析 物料基準(zhǔn)碳 w(C)/%氫 w（H)/%氧 w(O)/%氮 w(N)/%硫 w(S)/%灰分 w(A)/$水分 w(M)/%揮發(fā)分 w(V)/%固定碳 w(FC)/%發(fā)熱量Q/（kJ·kg-1)低位高位煤空氣干燥基（ad)59.614.277.211.20.3525.51.8630.5642.0824508干燥基（d）60.744.357.341.220.3625.9831.1442.882395724972收到基（ar)57.764.146.991.160.3424.714.9029

11、.6140.782278323748干燥無(wú)灰基（daf)82.065.889.921.650.4842.0757.933236733738污泥空氣干燥基（ad)32.814.5218.195.761.2628.668.8053.429.129388干燥基（d）35.984.9519.956.325.7631.4358.5710.0010294收到基（ar)4.940.682.740.870.194.3286.268.051.3701414干燥無(wú)灰基（daf)52.467.2229.099.212.0185.4214.58015011注：C，H，O，N，S為元素分析，其余為工業(yè)分析。 CRF熱態(tài)

12、試驗(yàn)條件 試樣煤粉細(xì)度控制在月R90=25；給粉量保持在16-18kgh；爐膛負(fù)壓控制在-33Pa；爐膛出口氧量為3-5；M1溫度控制在13501400。 熱分析天平試驗(yàn)條件 試樣煤粉細(xì)度控制在R90=25；升溫速率控制為20min；氧氣流量保持在20mLmin。2 試驗(yàn)結(jié)果與討論2.1 各工況試驗(yàn)結(jié)果 為便于研究和討論，將試樣進(jìn)行編號(hào)。1#為對(duì)照試驗(yàn)的未摻污泥試樣，2#，3#，4#為摻泥2，4，6的試驗(yàn)樣本，并分別記為工況1、工況2，工況3和工況4。本研究各工況測(cè)得的M節(jié)爐膛平均溫度、著火溫度和固定碳燃燒速率、煙氣排放、飛灰可燃物含量及重金屬和有害成分含量試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。 表2 各

13、工況試驗(yàn)敷據(jù)平均值匯總 序號(hào)項(xiàng)目工況1工況2工況3工況41試驗(yàn)樣本1#2#3#4#1-1污泥摻混比例02462著火、燃盡性能指標(biāo)    2-1著火溫度t441.7448.6439.1441.22-2固定碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)%40.7840.039.2038.422-3燃盡時(shí)間min10.38.510.010.32-4固定碳平均燃燒數(shù)速率VFC/(kg·min-1)0.3960.470.3920.3732-5最大平均燃燒數(shù)速率（dW/dt)80/(kg·min-1)0.6880.6650.6750.7552-6燃燒失重開(kāi)始溫度/318.8308

14、.6307.1298.02-7燃燒失重結(jié)束溫度/748.7766.0783.8738.22-8失重%71.0572.7868.1880.013爐膛溫度變化情況    3-1爐膛平均溫度M1/1327.91327.41318.81317.23-2爐膛平均溫度M2/1291.41298.81249.01250.83-3爐膛平均溫度M3/1115.51114.11034.41052.23-4爐膛平均溫度M4/840.6831.5737.4759.13-5給煤量/(kg·h-1）15.9616.0016.8016.673-6負(fù)壓/Pa-0.33-0.3

15、0-0.33-0.334煙氣排放物    4-1w(O2)/%4.014.133.033.264-2w(CO2)/%14.314.7515.7125.644-3（CO)/(g·m-3)410.9402.3301574.44-4(SO2)/(g·m-3)438.1542.8851.7859.24-5(NOx)/(g·m-3)333.9355.8480.3519.04-6(HCL)/mg·m-3)1.911.2854.78511.644-7(HF)/(mg·m-3)0.050.030.170.1152.2 試

16、驗(yàn)結(jié)果表明2.2.1 鍋爐受熱面工作情況著火溫度和固定碳燃燒速率從表2可以看出，各工況燃料著火溫度相差不大，工況2的燃料著火溫度最高，說(shuō)明污泥摻入比例對(duì)混煤的著火溫度影響不大?；烀旱墓潭ㄌ计骄紵俾蔞FC介于構(gòu)成混煤的各成分的相應(yīng)參數(shù)值之間，并且接近于占主要成分的煤。所以煤所占比例越大，其VFC與原煤的VFC值差就越小，驗(yàn)證了工況2的燃料固定碳平均燃燒速率最大?；烀喝紵姆€(wěn)定性在各個(gè)工況進(jìn)行過(guò)程中，通過(guò)CRF熱態(tài)試驗(yàn)臺(tái)的火焰觀察孔對(duì)爐內(nèi)的燃燒進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)各工況火焰均很明亮，燃燒穩(wěn)定，且差別不大。樣品重量變化熱重分析(TC)、樣品與惰性氣體之間的差熱分析(DTA)和燃燒分布的曲線熱重微分(D

17、TC)曲線無(wú)拖尾現(xiàn)象，各種比例混煤的燃料燃盡特性較好，其燃盡特性幾乎沒(méi)有改變?；烀喝紵臓t膛溫度根據(jù)爐膛溫度分布的曲線變化(見(jiàn)圖2)，對(duì)比4個(gè)工況的爐膛M1,M2,M3和M4位置平均溫度的變化，可知隨著摻人污泥的比例逐漸升高，在給煤量差別不大的情況下，爐膛溫度有所下降，原因是燃料的發(fā)熱量下降而導(dǎo)致的結(jié)果。機(jī)械不完全燃燒損失由表3可見(jiàn)，飛灰中的可燃物含量較高，使得機(jī)械不完全燃燒損失增大。由于CRF熱態(tài)試驗(yàn)臺(tái)上完全模擬現(xiàn)場(chǎng)的工作條件，難度很大，在燃燒過(guò)程中， CO的濃度一直保持著很高的水平，造成燃燒效率下降，實(shí)際運(yùn)行中可采取適當(dāng)措施避免這種情況的出現(xiàn)。 表3 飛灰可燃物含量 序號(hào)項(xiàng)目工況1工況2工

18、況3工況45-1可燃物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（ad)/%9.213.8813.087.885-2大渣中可燃物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（ad)/%0.593.180.185.022.2.2 排放物的變化情況煙氣排放特性的變化圖3、圖4為各工況煙氣排放物隨污泥摻混量變化的曲線，從圖3、圖4中可以看出，隨著摻入污泥比例的增加，SO2，NOx，HCl和HF的排放濃度均有所增加。HCl和HF的排放濃度都較低，符合國(guó)標(biāo)(GB18484-2001)危險(xiǎn)廢棄物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)2的要求。國(guó)標(biāo)(CB 13223-1996)火電廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)3，未對(duì)NOx作規(guī)定，新、改、擴(kuò)建的火電廠，SO2的最高允許排放濃度為2100mgm3，依此標(biāo)準(zhǔn)

19、，工況3和工況4的SO2的排放濃度已超標(biāo)，根據(jù)圖3曲線分析達(dá)標(biāo)的摻混比例約為2.2，超出此比例，煙氣需進(jìn)行脫硫處理。飛灰中重金屬及有害成分表4列出的各工況飛灰的浸出毒性，均符合國(guó)標(biāo)危險(xiǎn)廢棄物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別4的要求，飛灰中重金屬及有害成分的含量都未超過(guò)國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。 表4 各工況飛灰的漫出毒性  mg·L-1序號(hào)項(xiàng)目工況1工況2工況3工況4標(biāo)準(zhǔn)允許值6-1總鉛0.520.460.530.6936-2總鉛0.540.310.846.09106-3六價(jià)格0.0160.0030.0040.0021.56-4總鋅0.220.240.190.3503 結(jié)論通過(guò)爐膛溫度的變化分析，從燃料在4種工況下的燃燒穩(wěn)定，火焰明亮，燃料著火溫度相差不大，燃料燃盡特性均較好的情況來(lái)看，在燃煤中摻混污泥的比例不大于6，對(duì)鍋爐燃燒的穩(wěn)定性和鍋爐參數(shù)沒(méi)有明顯的影響，對(duì)鍋爐受熱面工作的安全性不會(huì)產(chǎn)生不良影響。摻混燃料的水分隨摻混污泥量的增加