掺烧不同种类污泥锅炉的燃烧特性

污泥混燃特性及燃烧性能分析1 引言(Introduction)城市污水处理厂每天产生大量的污泥，其中水分高(达80%以上)、体积庞大、容易腐化发臭而导致其难处理. 随着市政污泥及工业污泥产量逐年递增，欧盟很多国家已经制定并实施了相关环境法令，严禁含有可生物降解有机物的污泥进行填埋，鼓励对其进行焚烧处理. 焚烧法是一种具有减量化、无害化、资源化及回收能源等优点的污泥处置技术，其处理方式包括单独焚烧和掺烧.不同来源污泥及其混合污泥的燃烧特性进行系统的研究.利用热重分析法可以获得不同来源污泥及其与煤等可燃质的混合燃烧特性与反应动力学参数. Font等(2001)指出具有不同理化性质的污泥其燃烧热重曲线差异较大; 温俊明等(2004)从污泥的TG-DTG曲线出发，得出了由3个独立的、连续的平行反应组成的动力学模型; 刘敬勇等(2014)研究表明不同类别污泥的燃烧特性与污水处理厂的工艺、污泥的种类及理化性质有很大关系; Liao和Ma(2010)发现污泥与煤的掺烧比例对其混合样的着火及燃烧特性有较大影响; 段锋等(2012)研究发现不同的市政污泥与煤的混合燃烧特性表现为污泥与煤共同作用的结果; 曾佳俊等(2015)发现在污泥燃烧过程中加入FeCl3/CaO后可以提高污泥的燃烧性能; 刘敬勇等(2009)发现碱土金属含量和类别对污泥的燃烧性能影响显著; Xiao等(2010)研究了不同氧含量对污泥与煤的混烧特性的影响. 目前的污泥混燃研究主要集中于污泥与煤或者与生物质混燃，而针对不同来源污泥相互间的混燃特性的文献报道不多.目前研究污泥燃烧动力学的方法大多直接假定焚烧为简单反应，如一级反应，通过预先设定反应机理模型进行数值拟合，或者对高低温分别进行拟合. 事实上污水污泥的热解、燃烧过程中，灰分、挥发分的成分都比较复杂. 挥发分的析出、氧气的扩散、化学反应速率随温度的变化，其燃烧过程不断从动力区向扩散区进行转换，而且，氧气向内部扩散与产物气体向外扩散又相互阻碍. 因此，简单的假设往往掩盖了反应过程复杂性和机理. 另外，中国城市污泥有机质及重金属含量具有区域性和时空性差异(郭广慧等，2014)，会导致不同来源污泥混合焚烧特性的变化，但不同种类及不同来源污泥的混燃热力学数据较为缺乏.针对上述问题，本文对广州市具有代表性的两个生活污水处理厂的脱水污泥(S1和S2)和两个工业污水处理厂的脱水污泥(印染污泥S3和造纸污泥S4)进行系统取样.通过热重分析，深入研究不同气氛、不同升温速率、不同比例混合污泥的燃烧特性，同时计算出各类污泥的综合烧燃特性指数，获得不同条件下各类污泥混燃的着火、燃尽、综合燃烧特性参数和混燃动力学模型，有助于进一步掌握各类污泥混燃过程，以期为污泥掺烧设备设计的优化、运行以及燃烧工况的组织提供指导.2 材料与方法2.1 实验装置实验采用德国耐弛公司STA409PC型综合热分析仪，获得试样热重曲线(TG)及微商热重曲线(DTG). 其中热天平精度: 1 μg; 最大试样量: 1000 mg; 温度范围: 室温~1400 ℃; 实验气氛升温速率范围: 0.1~30.0 ℃· min-1.2.2 实验条件样品粒度小于100目，按要求混合均匀后取样，升温速率为10、20、25、30 ℃· min-1; 试样质量:(10±0.5)mg，温度范围: 室温-1000 ℃; 实验气氛: 空气、N2、CO2、不同比例N2/O2混合气体; 载气流量: 100 mL · min-1.2.3 试样实验中所用的污泥取自广州市具有代表性的大型市政污水处理厂脱水污泥(S1)、广州市开发区某大型污水净化厂脱水污泥(S2)、东莞某印染厂脱水污泥(S3)、广州某造纸厂脱水污泥(S4). 4种污泥的来源情况见表 1，可见这4种污泥的来源在污水成分、处理工艺及规模等方面都有较大的区别.表1 污水处理厂基本情况及污泥来源在压滤污泥终端进行系统取样，取回后的样品放在阴凉通风处晾干后用粉碎机粉碎，粉碎后的污泥样品转移到玛瑙研钵中研磨至所有成分过100目筛，然后在恒温烘箱内于105 ℃干燥24 h. 实验所采用污泥的元素分析、工业分析见表 2. 实验主要以广州市具有代表性的大型生活污水处理厂脱水污泥(S1)为主体，掺烧其他3种含工业废水较多的污泥.表2 污泥样品的工业分析和元素分析3 结果与讨论3.1 不同来源污泥混合燃烧TG-DTG热重曲线分析3.1.1 单一污泥的TG-DTG热重曲线分析考察了升温速率为20 ℃· min-1，空气气氛下4种单一污泥的TG-DTG曲线(图 1). 由图1可见，污泥燃烧过程主要分为4个阶段，包括自由水和结合水析出、挥发分析出和燃烧、挥发分和固定碳燃尽、残留物燃烧和分解阶段，其中挥发分析出和燃烧控制整个燃烧过程(熊思江等，2011). 以市政污泥S1为例，第一阶段的温度范围是: 35~180 ℃，这是污泥中自由水和结合水析出的过程; 第二阶段从180~400 ℃为挥发分(有机物)的析出和燃烧，主要是有机物的挥发与燃烧，是燃烧过程主要控制阶段，这一阶段中最大的燃烧速率出现在288 ℃左右; 400~650 ℃是挥发分和固定碳的燃尽，主要是未燃尽的有机物的碳化和固定碳的燃烧; 最后一阶段650 ℃至最后是残留物的燃烧和分解，主要是无机盐类的析出和分解(高鑫等，2015). 从TG曲线看，S1与其他3种污泥相比，S1的最大失重率最小，污泥焚烧减量化最差，而S2减量化性能最好. 两个市政污泥燃尽性能差别较大，可能与污泥成分有关. DTG曲线中4种污泥挥发分的析出和燃烧峰出现的时间基本相同，说明两种污水污泥的挥发分成分相似，另外S2、S4的挥发分析出速率比S1、S3要大的多，这可能与S2、S4挥发分含量较高有关. 污泥S2的挥发分2燃烧峰出现的最早，速率最大，而S1、S3、S4的析出时间基本相同，最大析出速率顺序为S2>S1>S3>S4，说明污泥S2的有机物易碳化，有机物挥发燃烧比其他3个样品快. S4在800 ℃左右还有一个比较明显的挥发峰，可能与S4中含有较多的碳酸盐类有关，在800 ℃的时候碳酸盐分解挥发. S3和S4两种工业污泥差别比较大，原因是两种不同污水来源和处理工艺的不同，使得污泥的理化性质有较大差异(肖本益和刘俊新，2008).3.1.2 不同来源污泥混燃的TG-DTG热重曲线分析重点考察了广州具有代表性的市政污泥S1与其他3类不同来源污泥的混燃情况(图 2). S1与污泥 S2混燃的TG-DTG见图 2a和图 2b，可以看到不同比例的混合曲线基本位于两条单一样品污泥曲线之间，并且混合曲线随着S1混合比例增加，渐渐趋向于S1，两个单一污泥DTG曲线挥发峰在混合污泥中都有体现. S1燃烧挥发峰小，燃烧性能差，并且随着S1混合比例增加，混合燃烧性能也变差. TG曲线中污泥S1混合比例分别为80%、90%时，其最大失重率小于单一污泥S1，这可能是由于S1及S2同为市政污泥其理化性质相差较小，存在的交互作用较弱.图2 污泥S1分别与S2、S3、S4混合燃烧的TG-DTG曲线市政污泥S1与印染污泥S3混合燃烧见图 2c和2d. 两个单一污泥燃烧TG曲线都位于混合曲线下方，污泥混合后反应向高温区移动，反应时间滞后，其中S1与S3混合燃烧总失重率都小于S1和S3燃烧的失重率，表明混合燃烧没有提高污泥的燃尽性能. 对比DTG曲线可见，混合后的DTG曲线形状相似，第二个峰最大失重速率为0.46 mg · min-1，最大失重率比较接近，都大于单一污泥的燃烧速率，证明两类污泥存在强烈的交互作用，对混合污泥燃烧影响较大. 市政污泥S1与工业污泥S3物化性质差异较大，S3的加入可以与S1产生交互作用并促进混合污泥的燃烧，并且燃烧形成了一些难以分解和挥发的物质，这从TG曲线最大失重率减少，可以得到证实.对比TG-DTG曲线，市政污泥S1与造纸污泥S4混合的燃烧曲线(见图 2e和2f)都在两个单一曲线之间，4条混合污泥的曲线相互之间都很接近，两种污泥的单一挥发峰都在混合曲线中有所体现. 在DTG最大峰值右边有明显的波动，挥发峰出现时间先后不一样，与两种污泥区别性质差异大有关; 相似的规律同样出现在有机物燃尽和固定碳燃烧峰. 对比S1单独燃烧，S4和混合试样在800 ℃左右出现明显的无机盐类析出峰，随着S1比例增大，明显变小，可能是由于引起该峰的主要是S4样品，随着混合样品中S4的比例变少，样品中可挥发物质减少. 不同种类污泥混合燃烧，不同种类的污泥影响差异很大，相互之间影响大小与污泥的种类有很大关系(杨琳和冉景煜，2010).为了更好说明各混合污泥的交互作用，本论文利用混煤燃烧交互作用算法(马国伟等，2013)计算了污水污泥S1混合其他3类污泥的交互作用，求解结果见图 3. 由图 3可知，S1分别与S2和S4混合燃烧的交互作用相对较小，S1与S3混合燃烧交互作用较强，这表明实验值与计算值曲线离异程度越大，则表明交互作用越强，这与前述结果一致.图3 不同类污泥混燃交互作用求解示意图3.1.3 不同气氛对污泥燃烧的影响分别在单一气氛N2、CO2及不同O2含量N2/O2条件下，对市政污泥S1进行热重实验(见图 4). 污泥S1热解曲线(N2与CO2气氛)在挥发分析出这一段基本是重合的，从DTG曲线可以看到在CO2条件下燃烧速率相对高一些，总的失重率基本没有变化，表明其热解过程虽然基本相似，但CO2气氛更有利于污泥的热解; 800 ℃后CO2还有一个比较明显的失重峰，分析可能是有机物炭化后的未燃烧的固定碳在高温条件下，被CO2氧化为一氧化碳变为气体挥发出来. O2含量分别为30%和50%气氛条件下的TG-DTG曲线见图 5. 随着O2浓度的升高，TG曲线向低温区移动; 同时，DTG 峰值更大，燃烧速率更快. 可见，氧浓度越高，反应进行得越快，有机物分解得越快，有利于反应的进行.图4 污泥S1分别在N2和CO2气氛下TG-DTG曲线图5 污泥S1在不同O2浓度下TG-DTG曲线3.1.4 不同升温速率对污泥燃烧的影响市政污泥S1在空气条件下、升温速率ф分别为10、20、25、30 ℃· min-1的TG-DTG曲线见图 6. 随升温速率从10、20、25、30℃· min-1升至25℃· min-1时，TG曲线向高温区移动，升温速率小的反应比较充分，挥发分析出的温度更高，但最大失重率随着温度升高而减小. 从DTG曲线可以看到随着升温速率ф的增大，DTG曲线向高温区移动，峰值增大，燃烧区间变宽，燃烧失重速率变大，燃烧更剧烈. 可见，升温速率越高，反应进行得越快，挥发分析出越快. 但是污泥中有机质分解和燃烧需要一定时间，当升温速率增加时，影响到试样之间和试样内外层之间的传热温差和温度梯度，部分产物来不及挥发而产生滞后现象，从而导致污泥整体热滞后现象的加重，致使曲线向高温一侧移动，部分可燃质需在更高的温度下逸出. 由于随着升温速率增大，TG曲线移动的距离越来越小，可见污泥焚烧存在一个最佳的升温速率，这与挥发分析出特性指数单调递增及增加速度减慢也是一致的.图6 不同升温速率下污泥S1的TG-DTG曲线3.2 不同来源污泥燃烧的综合评价3.2.1 挥发分释放特性指数在燃料燃烧过程中，挥发分的析出直接影响燃烧的着火温度. 文中采用挥发分释放特性指数D(陈建原和孙学信，1987)对试样燃烧挥发分析出情况进行描述:式中，(dw/dt)max为最大燃烧速率，也就是挥发分最大释放速度峰值(mg · min-1); Tmax 为峰值温度，K，也就是DTG曲线上最大燃烧速率(dw/dt)max对应的温度; Ti为着火温度，即着火点对应温度(K)，利用TG-DTG切线法求解，Ti越小，表明污泥中挥发分越易析出; ΔT1/2为(dw/dt)/(dw/dt)max = 1/2对应的温度区间(半峰宽度)，ΔT1/2对应的温度区间越小，表明挥发分释放越快越集中，燃烧容易在较低温度下进行(K); D越大，试样的挥发析出特性越好，燃烧反应越易进行，越有利于污泥的燃烧(mg · K-3 · min-1). 污泥热解参数同样参照上述方法计算.由表 3可以看出，污泥的挥发分释放特性指数在0.65×10-8~5.05×10-8 mg · K-3 · min-1之间，小于煤的挥发分释放特性指数(聂其红等，2001)，其中随着升温速率的提高，沥滘污泥S1的着火点变高，要在更加高的温度下才可以着火，相反的污泥的挥发分析出越来越好，挥发分特性指数单调递增. 4种不同来源污泥的着火点S1最低，但挥发特性指数最小，S1容易着火燃烧，但挥发性能不佳; 污泥S2最大挥发速率最高，含挥发分最多; 印染污泥S3的挥发分释放特性指数最高，燃烧性能最好. 考察混合污泥燃烧发现，S1与S2混合燃烧时，着火点和最大失重速率相似，并没有随着比例改变发生较大的改变，挥发分释放特性指数波动性变化，说明这两种污泥混燃时的交互作用受混合比例的影响较大. 污泥S1与工业污泥S3混合燃烧的挥发分释放特性指数随着S1混合比例的增大而增大，这是由于S1的着火点较低，挥发性差，混合燃烧的交互作用随着S1含量增大而增大. S1与S4混合燃烧着火点随着S1比例增大而降低，与S3相反挥发特性指数D随着S1比例增大而减小，挥发特性指数向S1靠近，挥发性能下降; S1混合不同污泥，挥发特性影响差异较大，证明不同类型的混合污泥挥发性能并不一样以混合比例为5:5考虑，污泥S1混合污泥S2后其挥发特性最好.表3 不同来源污泥混合燃烧的挥发分释放特性指数3.2.2 燃尽指数本文将试样失重占总失重的98%时对应的温度定义为燃尽温度Th.燃尽特性是表征可燃物燃烧性能的一个重要指标，用燃尽指数Cb(聂其红等，2001)来描述工业污泥的燃尽特性，可定义如下:式中，f1为TG曲线上着火点对应的试样失重量与试样中可燃质含量的比值; 将试样燃烧失重从开始到燃烧98%可燃质的时间定义为燃尽时间τ0，τ0时刻所对应的试样失重量与试样中可燃质含量的比值定义为总燃尽率f，则后期燃尽率f2=f-f1. 其中，f1反映了挥发分相对含量、污泥着火特性的影响，f1越大，污泥可燃性越佳; f2反映了污泥中碳的燃尽性能，与含碳量、碳的存在形态等特性有关，f2越大，污泥的燃尽性能越佳. 由表 4可见污泥S1的燃尽指数随着升温速率提高而降低，不利于污泥减量化，同时初期燃尽率f1上升，有利于污泥燃烧. 不同来源污泥燃尽指数排序为S1>S3>S2>S4，初期燃尽率f1排序为S3>S1>S2>S4，说明S3可燃性最好，S1的燃尽特性最好. S1与其他3种污泥混燃的初期燃尽率f1基本都是随着S1添加比例提高而增大，可燃性变好，同样燃尽指数变大，燃尽性能越好. 混合比例为5/5的混合污泥的燃尽指数大小依次为S1+S2>S1+S3>S1+S4，说明市政污泥S1与污泥S2混燃的可燃性与燃尽参数最佳.表4 不同来源污泥混合燃烧的燃尽指数3.2.3 可燃性指数为全面评价污泥的燃烧稳定性情况，采用可燃性指数C(胡勤海等，2008;)来表征试样的整体燃烧特性.式中，Ti为着火温度(着火点温度)(K);(dw/dT)max 为最大燃烧速率; C越大表明试样的燃烧着火稳定性能越好. 如表 5所示，市政污泥S1随着升温速率提高，可燃性指数增大，燃烧越稳定; 单一污泥燃烧稳定性顺序为: S4>S1>S2>S3，造纸S4燃烧最稳定. S1与S2混合的样品，燃烧稳定性随着S1含量增大而变差; S1与S3混合的样品，燃烧稳定性随着S1含量增大而变好. 不同种类污泥混烧的稳定性并不一样，污泥S1与污泥S2混合可燃性指数最高，燃烧最稳定，而造纸污泥及印染污泥燃烧性能较差. 由于污泥焚烧炉必须要考虑进料及其燃烧的稳定性，而不同来源污泥混燃其稳定性差异较大，因此考虑不同种类污泥混烧对焚烧炉的设计有重要意义.3.2.4 综合燃烧特性指数为全面评价试样的燃烧情况，采用综合燃烧特性指数S(胡勤海等，2008;沈伯雄等，2000)来表征试样的整体燃烧特性:式中，(dw/dτ)max为最大燃烧速率(mg · min-1);(dw/dτ)mean为平均燃烧速率(mg · min-1)，其值越大，表明燃尽越快; Th燃尽温度试样失重占总失重98%时对应的温度(K). 综合燃烧特性指数S全面反映了试样的着火和燃尽性能(mg2 · K-3 · min-2)，S越大说明试样的综合燃烧性能越佳.由表 5可见，随着升温速率提高，平均燃烧速率和综合燃烧指数S单调递增，4种单一污泥综合燃烧指数S排序为: S2>S4>S1>S3，说明S2的综合燃烧性能最好. 以混合比例9/1为例，混合污泥的S排序为S1+S2>S1+S4>S1+S3，两种市政污泥S1与S2混合燃烧效果最好. 当S1污泥中添加造纸污泥S4后，混合样的综合燃烧特性指数高于S1单独样，而掺烧S3结果相反，可见焚烧过程中不同类型的污泥混合后，其S差别较大. 向S1污泥中添加其他类污泥时，以S4为例，随着S1含量增加反而降低其燃烧性能，可能是因为两者含量慢慢接近时，交互作用增强，有利于燃烧的进行. 因此，不同种类污泥混燃的比例也是焚烧的重要考虑因素.表5 不同来源污泥混合燃烧的可燃性指数与综合燃烧特性指数3.3 污泥混燃动力学模型每个试样的燃烧实验可以认为是一系列挥发分释放、燃烧的综合行为，它们的活化能符合以下动力学方程(陈镜泓和李传儒，1985):式中，α为热解转化率，%，E活化能(J · mol-1); A为频率因子(min-1)，R为气体常数，8.314 J · mol-1 · K-1，T为反应温度，f(x)为与燃烧机理相关的函数. 经过整理得到:式中，ф为升温速率(℃· min-1)，ф=dT/dt.令，对于本实验中反应温区及大部分E值而言，的值近似看做常数，令b=- E/R，X= 1/T，Y=(n=1)，Y=(n≠1). 则有，Y= +bX.以不同的反应级数n带入试探求解，并进行线性拟合，数据的拟合线性越好，则反应机理函数选择越恰当，由直线的斜率可求得活化能E.假设混合试样等由3部分物质(即挥发分1、挥发分2和固定碳)组成，从污泥及其混合物燃烧的宏观动力学角度，把失重过程的3个阶段与3个相互独立的、连续的、平行反应相对应，各部分物质在升温过程中单独进行反应(温俊明等，2004). 在实验数据的处理过程中发现，无论是单步反应还是多步反应，在每步反应中，DTG峰值两侧的反应机理一般不可能相同. 本研究中将试样DTG曲线中燃烧速率较大的挥发分1、挥发分2及固定碳失重峰峰值前后采用不同的燃烧机理模型来描述. 在升温速率为20 ℃· min-1，空气条件下以S1样品第一挥发峰峰后为例拟合，分别在不同的反应机理下将峰前峰后横、纵坐标数据代入，并进行线性拟合(n分别取0.5、1、1.5、2)，以可决系数R2最大来确定反应曲线方程和活化能E，其燃烧动力学方程图解和动力学参数图解见图 7、图 8图7 S1污泥第1析出峰燃烧动力学方程图解图8 S1污泥第1析出峰燃烧动力学方程拟合曲线在燃烧动力学参数中，活化能E是一个非常重要的参数，它代表反应物的分子由初始稳定状态变为活化分子所需要吸收的能量，活化能比着火点更能从本质上描述试样的着火性能. 按照上述方法可得，每个样品的峰前、峰后反应级数都不一样，各自的反应动力学差异较大. 各阶段拟合方程的可决系数在0.8469～0.9999之间，线性比较好，说明最终确定的各个试样的反应级数比较合理，动力学参数的求解结果见表 6. 由表 6可知，试样在燃烧峰前的活化能通常比燃烧峰后的活化能小，燃烧反应峰前通常是反应由易变难的过程，而峰后则是反应由易变难的过程.同时低温段的活化能也比高温段的活化能小，这与污泥难挥发有机物在高温燃烧结果是一致的.表6 污泥燃烧时的动力学参数本文同时采用(Cumming，1984)提出的质量平均表观活化能Em的概念和计算方法计算燃烧反应总体的表观活化能，Em的定义如下:式中，E1～En为各反应区段的表观活化能; F1～Fn为各反应区段的燃烧质量损失份额.对比不同升温速率污泥S1表观活化能，随着升温速率提高，表观活化能也减小，这与污泥TG-DTG 曲线向高温区移动是一致的. 从单一污泥的燃烧所得的活化能可以看出，印染污泥S3燃烧过程的质量平均表观活化能Em最小，污泥S1的质量平均表观活化能Em最大. 对于混合试样的燃烧来说，S1与其他3种污泥混燃的活化能均有所下降，活化能减少，燃烧更加容易进行. S1与S2混烧时，随着S1含量的增加，其混合样活化能逐渐减少，这与S1和S2之间产生的交互作用有关. 相反的是S1与S4混燃后，混合样平均活化能有所增加，燃烧进行缓慢，可能是S1所需活化能高、相互之间的交互作用很弱的缘故.具体参见污水宝商城资料或 更多相关技术文档。

煤粉炉掺烧城市污泥燃烧特性分析随着城镇化的发展和人们生活水平的提高,近年来城市污水的排放量呈现出不断递增的趋势。

在污水处理的过程中,不可避免的产生了大量的污染物携带体—污泥。

污泥是一种含有各种有机物以及无机物的絮状物质,经过半干化后的污泥热值与褐煤相当,可以作为辅助燃料,混掺到煤粉炉内进行燃烧发电,但是与此同时污泥内含有大量的有毒有害物质,如果处理不当则容易造成二次污染,给环境和人类的生存带来很大的威胁。

本文针对我国燃煤电站协同处置污泥还不够成熟的现实状况,开展了以下研究:采用热重分析法,分析了不同粒径、不同升温速率下污泥的热重曲线,并进行了燃烧特性参数和动力特性参数求解。

在此基础上将污泥和煤以不同比例掺烧,研究了二者的混燃特性。

结果表明:较大的升温速率以及较小的粒径有利于污泥的燃烧;混烧特性表现为污泥和煤样共同作用的结果,当掺烧比例小于10%时,可燃性指数、稳燃性指数和综合燃烧特性指数变化较小,但是当掺混比例达到10%以后,各个燃烧性能参数均大幅下降,影响燃烧。

采用Fluent软件,对某台330MW四角切圆煤粉炉掺烧城市污泥进行了数值模拟,分析了炉内速度场、温度场以及氮氧化物的排放情况。

结果表明:含水率40%的污泥与煤混烧后对煤粉炉炉内的气流流动影响不大;且当掺烧比例小于20%时,对炉内温度以及氮氧化物(NO_x)浓度的排放量影响也较小。

但是当掺混比达到20%以后,燃烧区域的平均温度和最高温度均大幅度下降,影响燃烧,且由于燃料型NO_x的大量生成,使得NO_x浓度的总排放量也大幅增加。

以某污水处理厂每天产生的污泥为例,计算了污泥与煤掺烧后的经济性,结果表明:9吨污泥经过干燥掺烧后可以获得收益722元,因此掺烧城市污泥不仅可以清洁环境,而且可以带来一定的经济效益。

通过本文对煤与城市污泥的混烧特性的研究,期望能为污泥掺烧技术的发展提供一些科学参考数据。

电站锅炉掺烧生物质的污染物释放特性试验研究摘要：为降低燃煤电厂的发电成本，控制污染物排放，通过在小型试验台上对电站锅炉煤掺烧生物质时，不同掺混比例、不同燃烧温度及掺烧不同生物质种类的污染物释放特性进行了试验研究。

结果表明，在燃烧后期，随生物质掺混比例增加，NOx 和SO2的释放量降低；在焦炭燃烧阶段，随实验温度升高，NOx和SO2的析出过程加快，同时NOx 瞬时释放量增加，SO2瞬时释放量减少。

生物质中的碱金属对NOx 及SO2的释放有抑制作用。

引言生物质能源具有储量丰富、氮硫含量低、燃烧特性良好等特点，在能源生产领域的比重日益增加[1]。

同时，近年来电力生产领域向清洁低碳发展的趋势日益显现，非化石能源发电的比重快速增长。

在电站燃煤锅炉中掺烧一定比例的生物质以代替部分煤的使用，可在不改变锅炉原有燃烧器形式的基础上，降低发电经济成本，并减少氮氧化物及硫氧化物的排放，有助于逐步建立清洁低碳的电力成产模式。

为模拟炉内高温燃烧工况，研究生物质混煤燃烧过程中NOx 及SO2等污染物的释放特性，文中在小型实验台上进行了恒温下生物质混煤燃烧试验，考察了不同掺混比例、燃烧温度、生物质种类对燃料燃烧过程中NOx 、SO2释放特性的影响，为电站锅炉掺烧生物质时燃料利用及污染物控制提供了一定的理论依据。

1实验装置及方法1.1实验系统及燃料特性本文所使用的恒温污染物在线监测系统见图1，试验时采用德国RBP公司的ecom-CN型烟气分析仪对生物质混煤燃烧过程中NOx 、SO2浓度进行实时监测并记录。

整套装置气密性良好，多次重复性实验证明，实验所得数据误差在2%以内（图1）。

鉴于生物质的热值及可磨性程度，试验选用秸秆、木屑与稻壳进行研究。

由于生物质中挥发分含量较高，无烟煤中挥发分含量较低，二者混燃时能明显改善燃料的燃烧特性[2]，故选用清水沟无烟煤作为混燃煤种。

实验前先将样品在破碎机中充分破碎，而后经标准筛筛分，保证其粒径均在0.125~0.180mm目之间。

污泥与燃煤掺烧技术应用研究污泥与燃煤掺烧技术是指将污泥与燃煤混合后共同燃烧，利用煤炭的燃料价值和污泥的有机物以及可燃物质的能量价值，经过适当的预处理和控制，实现对污泥的资源化利用和减量化处理。

以下是对污泥与燃煤掺烧技术应用的研究。

一、技术原理1.预处理：污泥经过干化、脱水等处理，将水分和有机物含量减少，提高燃烧效率。

2.控制技术：掺烧过程中，采用合理的配煤比例和燃烧控制技术，保持燃烧过程的稳定性。

3.污染物控制：利用燃煤锅炉的适应性燃烧装置及尾部烟气处理设备，控制污泥燃烧过程中排放的污染物。

二、应用研究内容1.燃煤锅炉适应性：研究不同类型燃煤锅炉（如循环流化床、燃煤锅炉等）对污泥与燃煤掺烧的适应性及适用条件。

2.配煤比例：通过实验和模拟计算，确定不同条件下的最佳掺煤比例及掺烧燃料搅拌方法，提高燃烧效率。

3.烟气排放特性：对掺烧过程中的排放物质进行监测和分析，探究污泥掺烧对排放物和烟气特性的影响。

4.环境效益评估：对掺烧技术的综合环境效益进行评估，包括污泥减量、废物减少、能源利用增加等方面。

三、应用研究意义1.资源化利用：通过污泥与燃煤掺烧技术，实现对污泥中有机物和可燃物质的利用，减少了对煤炭资源的需求。

2.减少污泥处置成本：掺烧技术将废弃物污泥投入到煤炭燃烧过程中，减少了污泥的处置成本。

3.污染物排放减少：采用适当的掺烧技术和控制措施，降低了污泥燃烧过程中的污染物排放。

4.经济效益增加：掺烧技术可以增加煤炭锅炉的利用率，提高能源利用效率，带来经济效益增加的同时，也减少了煤炭的消耗和采购成本。

综上，污泥与燃煤掺烧技术的应用研究对于实现污泥资源化利用和减量化处理具有重要意义。

通过优化掺烧工艺和控制措施，可以减少污泥的处置成本，降低污染物排放，提高能源利用效率，实现环境与经济的双重效益。

火电厂掺烧污泥可行性研究随着城市化进程的加快和人口数量的增加，城市污泥的处理问题日益突出。

火电厂作为能源生产的重要组成部分，其高温燃烧技术对处理城市污泥具有很大的潜力和优势。

进行火电厂掺烧污泥的可行性研究非常重要。

火电厂掺烧污泥是指将城市污泥与煤炭一同投入火电厂进行燃烧。

这种处理方式不仅可以有效处理城市污泥，减少环境污染，还能够节约资源和降低能源消耗。

下面从污泥燃烧特性、掺烧对火电厂影响以及经济性等方面进行探讨。

污泥燃烧特性是进行火电厂掺烧污泥的重要依据。

污泥的主要成分是有机物质和无机物质，其中有机物质在燃烧时释放出热能，起到燃料的作用；而无机物质则会产生灰渣，可能影响到火电厂的正常运行。

对污泥进行燃烧特性测试，包括热值、灰分、挥发分和固定碳等指标的测定，有助于评估其作为燃料的可行性。

火电厂掺烧污泥对火电厂的影响是进行可行性研究的关键。

污泥的掺入会对火电厂锅炉的燃烧特性产生一定的影响，如影响锅炉的燃烧稳定性、煤粉燃烧效率和炉温分布等。

在进行火电厂掺烧污泥时，需要对锅炉进行合理调整，以保证燃烧的效果和火电厂的正常运行。

经济性是进行火电厂掺烧污泥可行性研究的一个重要方面。

火电厂进行污泥掺烧不仅减少了环境污染，还能够节约煤炭资源和降低燃料成本。

火电厂可以通过销售产生的余热或灰渣，增加收入。

对火电厂掺烧污泥进行经济性分析，包括成本和收益的估算，可以评估其经济效益。

火电厂掺烧污泥具有很大的可行性。

火电厂掺烧污泥仍需要面临一些挑战，如污泥的质量波动、处理技术的成熟程度和政策支持等。

应加强研究和推广，提高掺烧污泥的技术水平和经济效益，以实现城市污泥的有效处理和资源化利用。

机械化工 掺烧污泥对电厂锅炉的影响分析常 青，周路索（中国联合工程有限公司，浙江 杭州 310051）摘要：污水处理厂污泥产量比较大，降低环境污染影响，需要在锅炉内混燃污泥、煤粉。

本文主要围绕掺烧污泥对电厂锅炉的影响展开讨论，仅供参考。

关键词：掺烧污泥；电厂锅炉；影响分析传统污泥处理方法，主要为外运土地填埋，将污泥内有机物质、作为农肥、焚烧所用。

通过焚烧处理，能够使污泥产生量减少，回收废物资料，以免对环境造成污染影响。

然而，应用焚烧处理方式，需要建设污泥焚烧厂，相应增加总投资量，且运输成本高。

掺合污泥和煤粉燃烧，采用现有煤粉燃烧装置与脱硫装置，合理改造脱硝环境净化装置，应用显著优势。

在电站掺合燃烧污泥和煤粉，会影响公路运行正常化。

1 国内外电厂掺烧现状1.1 循环流化床污泥掺烧技术流化床焚烧炉，结构组成简单，包括循环闭路系统、流化床，以快速床、湍流床为流化状态。

在此种状态下，可以显著加强燃烧效果，从下往上吹热期，大颗粒沉积在燃烧室下方，小颗粒聚集在燃烧室上部。

燃烧室颗粒吹出后，由分离器收集，通过返料器，将其运输到燃烧室，确保燃烧循环效果。

将污泥添加到流化床，热风干燥、粉碎、气化处理之后，会进入燃烧状态。

根据相关研究可知，利用循环流化床锅炉，可以提升污泥掺烧技术可行性。

污泥掺烧电厂运行中，多采用循环流化床方式，混合少量湿污泥，将掺烧比例控制在25%。

1.2 煤粉炉电厂污泥掺烧技术现阶段，燃煤电厂几乎不使用污泥掺烧方式，部分电厂采用煤粉炉混烧法。

比如A电厂，湿泥处理量为100t/d，污泥有机质能源效益显著，能够实现环境保护效益。

B电厂在煤粉炉内，开展掺烧高温试验，合理控制污泥含水量、掺烧量，就可以将污泥投入到煤粉炉内。

基于总体分析可知，污泥含水率应当满足标准要求，尤其是细度达标。

污泥掺烧之后，对燃烧过程、机械设备的影响比较小，但是要对污泥物质进行控制。

2 污泥掺烧的锅炉影响2.1 污泥水分影响当污泥含水量比较大时，则热度值较低。

300MW燃煤锅炉污泥掺烧试验关键技术研究与工程应用摘要：针对某电厂300 MW掺烧生活污泥的1号锅炉开展了锅炉燃烧特性理论研究、现场掺烧试验，评估了不同掺烧比例对锅炉燃烧特性、污染物排放的影响。

结果表明：掺烧40%含水率的生活污泥，掺烧比例在10%以下时，理论燃烧温度降低了7 K,污泥掺烧对于煤的元素成分影响不大，对飞灰浓度影响不大，不会造成省煤器等受热面的磨损加剧，烟囱出口处NOx、SO2和粉尘排放浓度都能满足超低排放要求，脱硫石膏、脱硫废水、脱硫浆液、飞灰和炉渣中重金属排放浓度满足相关环保标准的排放要求。

关键词：污泥掺烧; 重金属; 锅炉效率;燃煤电厂耦合生物质发电是实现煤电低碳转型、更大幅度降低二氧化碳排放的重要发展方向，而化石燃料燃烧产生碳排放导致气候变化所造成的极端天气和灾害日益严重，《巴黎协定》对全球气温升高必须控制在2 K以内的要求，使得燃煤火电产生的二氧化碳成为其发展最主要的制约因素。

国家能源局和生态环境部于2018年6月28日批准全国84个燃煤火电厂生物质耦合发电的试点项目，包括300 MW亚临界至1000 MW超超临界燃煤电厂，预示着我国煤电开始在较大范围和规模进行生物质耦合发电改造工作。

国内一些研究学者开展了燃煤电厂污泥掺烧试验、数值模拟等研究工作。

张成等开展了污泥掺烧数值模拟技术研究，研究了掺烧不同掺烧比例、不同含水率污泥下的锅炉燃烧特性。

朱天宇等开展了掺烧不同种类污泥的试验，研究其对锅炉燃烧特性的影响。

张一帆等以420 t/h四角切圆燃煤锅炉进行了单煤燃烧和在2种污泥不同掺烧比例下燃烧的数值模拟研究。

蒋志坚等进行了城市污泥流化床焚烧炉飞灰中重金属迁移特性的研究，结果表明：Cd、As为易挥发性重金属，在炉膛内挥发的Cd、As及其化合物蒸气在503 ℃和475 ℃时几乎全部富集于飞灰颗粒中；Cr、Mn、Cu、Zn主要通过夹带富集于飞灰颗粒中，为难挥发性重金属。

闻哲等进行了城镇污泥干化焚烧处置技术与工艺研究，介绍了污泥的基本特性，对直接热干化、间接热干化、直接—间接联合热干化技术的工作原理和优缺点进行了比较分析。

2023-11-09•污泥与垃圾掺混焚烧特性•二次污染物生成机制与控制技术•污泥与垃圾掺混焚烧协同控制实验研究•污泥与垃圾掺混焚烧特性的数值模拟研究•结论与展望目录01污泥与垃圾掺混焚烧特性由废水处理产生的固体废弃物，含有大量的水分、有机物和各种添加剂。

污泥日常生活中产生的废弃物，包括可回收物、有害垃圾和其他垃圾。

垃圾污泥与垃圾基本特性通过掺混，垃圾和污泥的燃烧稳定性得到改善，燃烧更加均匀。

燃烧稳定性热值污染物排放掺混后，垃圾和污泥的热值提高，有利于燃烧过程的进行。

在掺混焚烧过程中，氮氧化物、二氧化硫和氯化氢等污染物排放得到一定程度的控制。

03掺混焚烧过程特性0201灰分掺混焚烧后，灰分含量增加，有利于资源的回收利用。

二恶英类污染物掺混焚烧过程中，二恶英类的生成和排放得到有效控制。

焚烧产物特性02二次污染物生成机制与控制技术焚烧过程中产生的二次污染物主要包括烟尘、酸性气体（如SOx、NOx、HCl等）、有机污染物和重金属等。

二次污染物生成机制二次污染物种类二次污染物的生成主要源于污泥和垃圾中有机物的燃烧不完全、无机物的高温挥发以及氯化物的热分解等过程。

生成机理二次污染物的生成受到多种因素的影响，如污泥与垃圾的化学组成、焚烧温度和气氛、停留时间等。

影响因素重金属控制技术通过在焚烧炉内添加特定的吸收剂（如CaO、MgO等），与重金属发生化学反应，生成稳定的金属氧化物，再经高温热分解去除。

二次污染物控制技术烟尘控制技术采用高效除尘器（如电除尘器、布袋除尘器等）去除烟尘中的细颗粒物。

酸性气体控制技术通过在焚烧炉内添加石灰石或白云石等碱性吸收剂，与酸性气体反应，生成稳定的盐类，再经高温热分解去除。

有机污染物控制技术采用高效燃烧技术，使有机污染物在高温下完全燃烧生成CO2和水，同时可协同去除重金属。

通过优化焚烧温度、气氛和停留时间等条件，协同控制二次污染物的生成。

优化焚烧条件在焚烧过程中添加特定的化学剂，如碱性吸收剂、催化剂等，促进二次污染物的转化和分解。

污泥燃烧特性研究
范海宏;苏琦;韩丁
【期刊名称】《西安建筑科技大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2011(043)004
【摘要】利用TGA/DSC同步热分析仪,分析了不同NaOH掺量的污泥的燃烧特性.结果表明:污泥中的第一类有机物分解燃烧的温度范围为50～180℃,第二类有机物分解燃烧的温度范围随NaOH含量的不同而不同.NaOH的存在,使污泥中第二类有机物分解燃烧的温度起始点提前,而温度截止点滞后.NaOH降低了污泥着火温度,提高了燃烬温度.随着NaOH掺量的增加,污泥的总热值降低,其中第一类有机物的热值增加,第二类有机物的热值降低.该结果为污泥的资源化利用提供了依据.
【总页数】5页(P594-598)
【作者】范海宏;苏琦;韩丁
【作者单位】西安建筑科技大学材料科学与工程学院粉体工程研究所,陕西西安710055;西部建筑科技国家重点实验室,陕西西安710055;西安建筑科技大学材料科学与工程学院粉体工程研究所,陕西西安710055;西安建筑科技大学材料科学与工程学院粉体工程研究所,陕西西安710055
【正文语种】中文
【中图分类】X705
【相关文献】
1.升温速率对含油污泥热解燃烧特性影响的试验研究 [J], 荣辉;李富强;刘珊;袁江如;常峥
2.生活垃圾协同焚烧污泥层燃燃烧特性研究 [J], 朱浩;喻武
3.不同含水率污泥与煤混烧的燃烧特性与反应动力学研究 [J], 彰金宝;刘好文;周科;温昶;黄玮珍
4.某2027 t/h锅炉变工况掺烧污泥燃烧特性研究 [J], 李凡;赵小盼;乔晓磊;金燕
5.毛竹与污泥资源化的燃烧特性研究 [J], 王勋;常欣悦;刘为;刘振东;覃贤文
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污泥掺烧对燃煤机组锅炉效率及环保系统的影响徐东东徐英王琪发布时间：2021-08-31T12:42:28.720Z 来源：《基层建设》2021年第15期作者：徐东东徐英王琪[导读] 本文针对1台1000MW超超临界燃煤锅炉，开展污泥掺烧过程中原煤灰、污泥灰成分分布规律，高卡印尼煤（低位收到基热值为14800kJ/kg，收到基水分为37%，收到基挥发分为29.88%）灰成分与电除尘灰成分分布规律，江西远达环保有限公司江西南昌 330000摘要：本文针对1台1000MW超超临界燃煤锅炉，开展污泥掺烧过程中原煤灰、污泥灰成分分布规律，高卡印尼煤（低位收到基热值为14800kJ/kg，收到基水分为37%，收到基挥发分为29.88%）灰成分与电除尘灰成分分布规律，高卡印尼煤灰成分与炉渣中灰成分分布规律，以及电除尘灰与炉渣中重金属分布规律的试验研究。

关键词：污泥掺烧、燃煤机组、锅炉效率、环保系统、影响1污泥掺烧后锅炉效率变化规律锅炉效率测试锅炉在满负荷下进行2个工况，结果依据GB/T10184—2015《电站锅炉性能试验规程》，进行锅炉效率计算。

试验时，由于测试时间问题，飞灰A侧、B侧进行连续取样；排烟温度和氧量分别进行2个工况测试；锅炉散热直接取设计值，不考虑其它损失qoth；外来输入热量只考虑进入系统空气带入热量。

从试验结果来看，500MW负荷时，40%含水率污泥分别为5%，7%，10%，12%掺烧比率下，锅炉效率分别为93.94%，93.78%，93.95%，93.94%；平均排烟热损失为5.835%，6.014%，5.827%，5.827%；化学不完全燃烧损失为0.002%，0.012%，0.032%，0.032%；固体不完全燃烧损失为0.124%，0.094%，0.096%，0.103%；灰渣物理热损失为0.120%，0.125%，0.122%，0.122%。

从试验结果来看，750MW负荷时，40%含水率污泥分别为7%，10%掺烧比率下，锅炉效率分别为93.76%，93.41%；平均排烟热损失为5.882%，5.897%；化学不完全燃烧损失为0.15%，0.15%；固体不完全燃烧损失为0.106%，0.433%；灰渣物理热损失为0.127%，0.128%。