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观点 | 电厂燃煤锅炉掺烧污泥弊大于利 应该坚决摒弃?

北极星水处理网  来源:《上海节能》  作者:张传秀  2020/7/21 10:21:57  我要投稿  

北极星水处理网讯:摘要:自江苏常州成功开发电厂燃煤锅炉以掺烧方式处置污水厂污泥以来,国内许多地区都因投资小、占地少、运行成本低廉、排放达标且符合相关产业政策的先进“协同处置”工艺而积极推广。然而,因该工艺稀释排放极其严重,折算后污泥焚烧特征污染物二噁英等严重超标,对环境和人们健康的隐性影响和长期影响十分严重,综合分析得出弊远大于利,应该坚决摒弃。

0 概述

2003 年前后,江苏常州开始实施燃煤电厂锅炉掺烧污水处理厂污泥的工业化应用,并作为“成功经验”和“创新典型”进行推广。近些年国内这种形势更是如火如荼,一些大企业的自备电厂也在酝酿掺烧污泥改造。然而该工艺存在排放有害物质等问题,应引起我们足够的重视,并采取措施妥善解决。

1 电厂掺烧污泥存在的问题

1.1 电厂燃煤锅炉≠污泥焚烧炉

污泥焚烧炉是专门设计的废物焚烧炉,焚烧的是废物(污泥),燃料煤是作为辅助燃料使用。电厂燃煤锅炉的燃料为全煤,相对于废物焚烧炉,是两种完全不同的生产工艺或生产方式。

污泥焚烧炉配套的烟气净化设施是专为控制其特征污染物而设计,如对全球公认的一类致癌物二噁英的减排效果均在 97%~99%水平,对HCl、HF 以及各类重金属(如汞等)亦具有很好的减排效果;而电厂燃煤锅炉配套的烟气净化设施(“除尘”+“脱硫”+“脱硝”)对污泥焚烧特征污染物,如二噁英及汞的去除效果则较差,远不如前者。

燃煤电厂锅炉对煤种、煤质等要求都比较高,同时,对运行过程中的管理要求也较高,尤其是高参数锅炉,“掺烧”不符合“电厂设计规范”及其生产工艺条件要求,不仅降低了锅炉的热效率,而且因为污泥中的氯、氟含量远高于原煤,将加剧锅炉系统及相关设备的腐蚀,不利于锅炉系统的安全运行,同时也不利于粉煤灰的综合利用。

1.2 《火电厂大气污染物排放标准》+《生活垃圾焚烧控制标准》≠“电厂锅炉掺烧污泥”排放标准

现行《 火 电 厂大气污染物排放标准 》 (GB13223-2011)对污泥焚烧排放的特征大气污染物没有相关的控制要求,现行《生活垃圾焚烧控制标准》(GB18485-2014)不适用于燃煤锅炉掺烧污泥特征污染物如二噁英及重金属的控制。

某电厂1 000 MW超超临界机组燃煤锅炉掺烧5%含水率约60%的污泥275 t/d,折合干污泥量为110 tDS/d,新增加的烟气量约占原有烟气量的3.5%,即,焚烧污泥自身产生的烟气量已被稀释了30 倍。若考虑两个排放标准的基准含氧量不同,GB13223 和 GB18485 分别为 6%和为 11%,执行GB18485又将被稀释1.5倍、共被稀释45倍,污泥焚烧特征污染的稀释排放极为明显。

以二噁英为例,根据该电厂掺烧污泥环评文件,其去除率仅为 20.4%,远低于专用焚烧炉配套净化设施的 97%~99%的去除效率。环评文件中的二噁英平均排放浓度为 0.039 ng-TEQ/m³,低 于 GB18485 中的 0.1 ng-TEQ/m³排放标准,表面看是“达标”了,但如果按稀释倍数折算,则应为1.153 ng-TEQ/m³,已超过 GB18485 中指标 的10.53 倍,若按基准含氧量换算将超标15倍以上。

1.3 粉煤灰利用的安全问题应加以考虑

污泥成分比生活垃圾更加复杂,其含有更多的重金属等有毒有害成分,其中的无机有毒有害成分绝大部分都将进入粉煤灰。国内电厂粉煤灰多用于建材(如作为熟料直接配入水泥),其中的重金属等有毒有害成分容易释放出来。因此,对建材的安全利用应有所考虑,如配入这类粉煤灰的水泥在饮用水处理设施、游泳池、各类水库、农业水利设施等建设方面的安全应用等。

1.4 污泥并非“资源”或“可再生资源”更非“生物质资源”

污水处理厂污泥含水率通常在80%左右,大于生活垃圾含水率的2倍,其热值则不及生活垃圾的1/4,且灰分高、灰熔点低。因“生物质资源”有其专业定义,故污泥不能称为“生物质资源”。掺烧的结果将降低锅炉热效率,增加发电煤耗。

仍以上述电厂为例,掺烧含水率为5%,污泥量为 60%,锅炉热效率将降低 0.5%。在总发电量不变情况下,仅因锅炉热效率的降低全年燃料煤的消耗量将增加 1.21 万 t;加上焚烧污泥本身需要的能耗,耗煤量将由掺烧前的 438.67 t/h 增加到掺烧后的 450.87 t/h(增加了2.78%),全年煤耗量将增加6.71万t。即:“掺烧污泥”不是“产能”而是“耗能”,故不能将“掺烧污泥”简单地理解为“资源综合利用”或“可再生资源利用”,更不能称为“循环经济”。

1.5 掺烧污泥的政府成本

据公开资料,污泥单独焚烧减量化处理地方财政补贴为 200 元/t~300 元/t(湿)。对电厂掺烧污泥,另有国家电价补贴、税收优惠(有些地方还有煤价优惠)等,政府总支出成本在400元/t~500元/t,远高于独立的污泥干化焚烧,甚至为其两倍。

对于发电企业,相当一部分直接焚烧未经干化处理、含水率在80%左右的湿污泥,相对于独立的污泥干化焚烧企业建设投资极少、运行成本极低。

即便没有国家电价补贴、税收优惠等,因其建设投资及运营成本远低于独立的污泥干化焚烧,相对而言,其利润丰厚。

1.6 二噁英的环境影响

以上述电厂为例,将烟气量(6 110 000 Nm³/h)折算为对应的每 t 干污泥焚烧稀释后的烟气量为1 333 000 万 Nm³/tDS,与竹园污泥干化焚烧竣工验收实测数据(6 次实测值 7 846 Nm³/tDS~ 8 550 Nm³/tDS、平均值为8 302 Nm³/tDS)相比,烟气量稀释倍数高达156~170倍(平均160倍)。根据该电厂环评文件,全年掺烧含水率60%的污泥10万t 排放二噁英1.32 kg-TEQ/a,折合每吨干污泥的排放量为 33 mg-TEQ/tDS,为竹园干化焚烧实测值(6 次实测 0.232~0.369 mg-TEQ /tDS、平均值为0.285 mg-TEQ /tDS)的 89~142 倍(平均 115倍)。究其原因:独立焚烧烟气净化系统配有特殊的二噁英减排设施(减排效率 98%),而电厂燃煤锅炉烟气净化系统则没有配有特殊的二噁英减排设施。

由于电厂烟囱更高(约200 m左右),其影响范围将更大,受其影响的人口也就更多。尽管电厂烟囱大气稀释扩散条件远好于独立的干化焚烧(烟囱高度多为50 m~60 m),但由于“源强”的增加,其最大落地浓度仍高于独立干化焚烧的5~9倍,其对环境的影响程度更大。

由于二噁英正常情况下极难分解,在人体内的半衰期达5年-10年(平均为7年)之 久,尤其是在人口密集的大中城市,其对人的健康影响将会是长期的、隐性的,不容忽视。

40-50 年前,中国的癌症发病率极低,根据国家癌症中心 2019 年 1 月发布的最新一期全国癌症统计数据,中国恶性肿瘤死亡占居民全部死因的 23.91%,且发病率每年保持约 3.9%的增幅,死亡率每年保持 2.5%的增幅,新发病例和死亡病例分别占全球的 23.7%和 30.2%;全球每新增 100个癌症患者中我国占21个,我国每天超过10 000人确诊癌症、平均每分钟就有7.5人。按目前电厂掺烧污泥“遍地开花”且有增无减的乱象现状,今后中国癌症的发病率与死亡率将会更高。当然,焚烧排放二噁英并非引发癌症的唯一因素,但是重要因素之一。

1.7 汞的环境影响

我国原煤中汞含量通常在0.01 mg/kg~5 mg/kg、平 均 为 0.2 mg/kg,而 污 水 厂 污 泥 含 汞 则 在4.63 mg/kg~138 mg/kg含有工业废水的城市污水、工业园区污水远高于单一生活污水污泥),远高于原煤中的汞含量。由于汞不溶于水、具有极强的穿透能力,一般认为电厂燃煤烟气净化系统对烟气中的汞仅为10%左右的减排效果。

以上述电厂1 000 MW超超临界机组为例,按其环评文件,掺烧5%含水率60%的污泥后全年增加汞排放22 kg(减排率约50%),折合单位干污泥的排放量为 0.55 mg/tDS,与独立焚烧工艺(排放5.6 ng/tDS、减排效率87%)相比,增大了97倍。究其原因:独立焚烧烟气净化系统配有适合汞减排的措施,而电厂燃煤锅炉烟气净化系统没有相应的汞减排的措施。

同上,因为电厂烟囱更高,汞的影响范围更大,受影响的人口也更多;尽管电厂烟囱排放稀释扩散条件更好,但因为源强增加太多其最大落地浓度仍将高于独立干化焚烧的 4 倍~8 倍,对环境的影响程度更大。

1.8 关于产业政策

多数环评文件认为“电厂锅炉掺烧污泥”属现行《产业结构调整指导目录》中的“鼓励类”、“符合产业导向”等。前已述及,这类污泥不应归入“资 源”和“可再生资源”类,更不能归入“生物质资源”。“污泥能发电”是一种认识上的误区,因其忽视了污泥高污染废弃物的本质。

2 值得推荐的污泥掺烧处理工艺

2.1 水泥窑掺烧工艺

水泥窑掺烧干化后的污泥与电厂燃煤锅炉的优势:

1)水泥窑炉内温度更高(可达1 500℃,甚至大 1 700℃)、烟气在高温区停留时间更长(少则5-7 min 多则 20 min 以上),所有的有机物均能全部、干净、彻底分解,二噁英开始合成量极少、远低于0.1 ng-TEQ/Nm³(干法水泥窑)。

2)除汞之外的所有的重金属均被固化在水泥的“玻璃相”中,极难再被释放出来,水泥产品安全,基本上不存在二次污染及隐性污染。

3)水泥窑已有烟气净化设施适用于污泥掺烧,且工艺简单易行,投资小、占地少、运行成本低廉;不仅适用污水处理厂污泥、生活垃圾的协同焚烧处理,而且适用于除含汞量高的废险废物外的医疗废物及其他多种危险废物的协同焚烧处置等。

4)技术上成熟、稳定、可靠,国外已有数十年的成功经验,国内亦有十多年的成功经验,国家和地方产业政策均将其列入“鼓励类”。

5)相应的排放标准、设计规范、污染防治政策等齐全,便于管理而且易于管理,如:《水泥窑协同处置工业废物设计规范(GB50634)、《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》(GB30485)、《水泥窑协同处置固体废物技术规范》(GB/T30760)、《水泥窑协同处置固体废物环境保护技术规范》 (HJ662)、《水泥窑协同处置固体废物污染防治技术政策》(原国家环保部2016年公告第72号)、《水泥工业污染防治最佳可行技术指南》(2014年版)、《城镇污水处理厂污泥处置 水泥熟料生产用泥质》 (CJ/T314)等。

2.2 生活垃圾焚烧炉掺烧工艺

生活垃圾焚烧炉掺烧工艺(850℃左右)是十分理想的污泥掺烧工艺,《生活垃圾焚烧控制标准》(GB18485-2014)适用于掺烧污泥特征污染物如二噁英及重金属的控制,尤其适用于重金属(如汞、铅等)含量偏高的污泥,不存在二噁英及重金属的稀释排放问题;焚烧后的炉渣为一般工业固体废物,可用于生产砖瓦类等建筑材料,焚烧后的飞灰同生活垃圾焚烧后的飞灰也可作为危险废物最终填埋,不存在电厂燃煤锅炉掺烧的二次污染问题。

生活垃圾焚烧炉掺烧工艺可以做到投资省、占地少、运行成本低廉,不增加政府成本支出;技术上成熟、稳定、可靠,受到国家和地方产业政策“鼓 励”,具有健全的排放标准、设计规范、污染防治政策等,而且便于管理。

2.3 钢厂烧结机掺烧工艺

《钢铁工业调整升级规划(2016-2020 年)》中提出了“城市钢厂实施‘绿色发展、产城共融’战 略”和“按照绿色可循环理念,建设绿色工业园区,推进钢铁与建材、电力、化工等产业及城市间的耦合发展,实现钢铁制造、能源转换和废弃物消纳三大功能”的发展目标,国内一些大型钢铁企业提出了“兴城市钢厂、建城市生态”、“助力城市产业发展,共建城市美好生活”口号并付诸行动,已在研究烧结机(1 450℃左右)协同处置污水处理厂的污泥。

该协同处置工艺对后序高炉冶炼没有大的影响,但应要求烧结机达到钢铁企业“超低排放”(“环大气[2019]35 号”《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》要求:颗粒物≤10 mg/Nm³,SO2≤35 mg/Nm³,NOx≤50 mg/Nm³),同时还应要求排放烟气中的二噁英达到GB18485中的0.1 ng-TEQ/Nm³(现行《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》(GB 28662-2012)为0.5 ng-TEQ/ Nm³),以解决电厂燃煤锅炉掺烧工艺的二噁英及重金属的稀释排放问题。

此外,关于烧结机的掺烧问题,污泥焚烧后的无机物全部进入烧结矿(为绝大部分)和烟尘(为少量),烟尘又将回到烧结机原料系统闭环利用;烧结矿则进入高炉炼铁,高炉炉渣经适当加工后可作为熟料全部配入水泥,实现污泥中无机物的全部循环利用,不存在二次污染问题,是一种比较理想的掺烧协同处置工艺。

3 建议

对于电厂燃煤锅炉的掺烧,也仅作为短期过渡性的“临时应急措施”,且对特征污染物的排放不能也不应该直接“套用”《生活垃圾焚烧控制标准》,应通过“换算”、与独立焚烧工艺相比不应增加二噁英及汞等特征污染物的排放量,并应对“换算标准”的合理性进行充分论证,同时还应考虑这类粉煤灰建材的安全利用问题。

为确保电厂燃煤锅炉安全运行,对作为电厂焚烧的污泥应有一定的要求,如对含水率的要求、对污泥脱水调理剂选择的要求等。

由于目前尚无适用于电厂锅炉掺烧污泥的排放标准、设计规范、污染防治技术政策等,政府部门应组织专业技术力量对此进行比较深入的综合性研究,在此基础上提出相应的政策性要求及环境管理要求等。

4 结语

鉴于电厂燃煤锅炉烟气量巨大,专门配备二噁英及汞等污泥焚烧特征污染物的减排措施几无可能,巨大的“稀释排放”不可避免。国家和地方各级政府部门均不应鼓励电厂燃煤锅炉掺烧,应鼓励“水泥窑掺烧”(或称“水泥窑协同处置”)和“生活垃圾焚烧炉掺烧”等不存在二噁英及汞等污泥焚烧特征污染物稀释排放的“协同”处置工艺。

[作者简介]

张传秀,男,1963-,上海投资咨询公司,毕业于西安建筑科技大学环境工程专业,教授级高级工程师,长期从事环境评价、节能减排及相关咨询工作。

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