含油污泥与煤混烧技术的研究进展*

王凤超，屈撑囤，王益军

(1 西安石油大学陕西省油气田环境污染控制与储层保护重点实验室，陕西 西安 710065；2 克拉玛依市三达新技术开发股份公司，新疆 克拉玛依 834000)



含油污泥与煤混烧技术的研究进展*

王凤超1，屈撑囤1，王益军2

(1 西安石油大学陕西省油气田环境污染控制与储层保护重点实验室，陕西 西安 710065；2 克拉玛依市三达新技术开发股份公司，新疆 克拉玛依 834000)

随着石油化工行业的快速发展，含油污泥产量逐年增加，若不进行处理，将会造成二次污染。本文介绍污泥的焚烧工艺与设备，污泥与煤混烧技术的发展状况，焚烧工艺、影响因素等。污泥与煤混烧过程中含碳官能团、燃烧特性、能量的变化。混烧后的结渣、尾气的研究。分析污泥与煤混烧工艺的优缺点和发展趋势，及应用中存在和要解决的问题。

含油污泥；焚烧； 煤；热重分析

含油污泥成分复杂，属于多相体系，是一种由水包油(O/W)、油包水(W/O)以及悬浮固体组成的稳定的悬浮乳状液体系，一般含油率在10%～50%，含水率在40%～90%，我国石油行业每年产生的含油污泥量多达千万吨[1]。污泥成分和物性受产出过程、储层物性、处理药剂等因素影响，差异性大，处理难度高。含油污泥含有大量的苯系物、蒽、酚类、重金属等有毒有害污染物质，污染土壤、大气、水体，对人体造成危害[2]，其资源化、无害化处理时石油工业环境保护的重点领域之一。对于含油污泥量的处理，已经形成了溶剂萃取法、焚烧法、生物法、焦化法、含油污泥综合利用等方法及工艺[3]。上述方法各有特点[4-7]，但资源化无害化程度略显不足。含油污泥的焚烧是将预先脱水浓缩处理后的含油污泥，在焚烧炉进行焚烧。该法具有废物减容量大、热量加以利用且多种有害物质几乎全部除去的特征，安全性好，属含油污泥的最终处置方法。

1 含油污泥焚烧可行性

通常，含油污泥的最低热值可达11213 kJ/kg[8]，具有较高的热能。宋薇等对含油污泥进行了热解分析研究，实验结果表明，含油污泥热值高，矿物油含量高，由低温到高温的热解过程中，矿物油引起的失重占到总失重的80.95%，在含油污泥热解中起主要作用。热解气体主要有H2、C2～C4与CH4，这些气体易燃，且燃烧后不会造成二次污染[9]。

污泥焚烧设备主要有多段式焚烧炉、流化床焚烧炉、转窑式焚烧炉、旋转床式焚烧炉、旋风式焚烧炉等，而流化床焚烧炉的应用最为广泛[10]。流化床具有较好的传热特性和较低的温度要求，具有焚烧各种材料的能力，在焚烧污泥方面得到较好的应用[11-12]。同时，污泥焚烧过程释放的废气主要有SO2、CO、NO、N2O、多环芳烃等[13]，采用流化床对污泥和煤混烧，可适当的控制与降低NOX、烟气中汞及二噁英的排放[14-16]。

2 污泥的焚烧

单纯的煤焚烧，灰分不易结渣且易造成二氧化硫污染，而生物质燃料效率低、易降解、固体成型燃料刚刚起步[17-21]。污泥焚烧始于20世纪中叶，给污泥中掺入一定量的助燃剂和膨松剂等配成“混合燃料”有助于污泥的焚烧[22-25]。

污泥含水较高，不易于持续燃烧，必须加以辅料。田福军等将不同来源的污泥与煤粉按不定比例混合制成型煤，对型煤的热值与添加污泥种类、添加比例的关系研究可知，各种原生污泥的添加最佳比例为20%～30%[26-28]。李洋洋等[29]采用热重分析对煤与干污泥在不同比例混烧进行研究分析，实验结果表明，与纯煤样相比,污泥与煤混烧可降低着火温度,减少可燃性指数与综合燃烧性能。

武宏香等[30]将污泥与煤、木屑进行混合燃烧并对其燃烧参数进行对比分析研究，指出污泥与煤或木屑混烧，对固定碳的燃烧影响较显著。在有机废弃物(生活垃圾和污泥)中按一定比例加入煤粉,可提高燃料的热值,同时加入的脱硫剂可对燃料燃烧过程中排放的污染气体进行控制[31]。胡益等[32]对污泥与煤混烧研究结果表明：混烧使最终的非氧化态碳官能团含量降低，氧化态的含碳官能团含量升高，有利于污泥和煤混合物的燃烬。

污泥与煤的混烧已经实现工业化应用，其中德国、瑞士、丹麦和日本等国家在循环流化床混烧污泥与煤上工业化应用较多，污泥与煤的CFB混烧的尾气也已成为研究的焦点。

污泥与煤混合燃料焚烧后，在烟气，飞灰和底渣中均检测到多环芳烃。随着空气过剩系数的增加，多环芳烃的排放量均呈明显的下降趋势。石灰石的加入，能有效控制多环芳烃的排放[33]。

污泥与煤混烧，其烟气排放也是关注的对象。烟尘，SO2，NOX一直是烟气处理的关注点。在燃煤过程中，污泥的加入，NO和N2O的生成浓度均高于一般燃煤的排放水平，随着污泥混烧率的增加，NO的生成浓度明显提高[34-36]。由污泥与煤的元素分析中可知，污泥中含N量远高于煤的含N量，煤中加入污泥焚烧，烟气中NO和N2O的浓度自然要高于燃煤的排放量。

3 污泥与煤混烧的影响因素

污泥与煤混合燃烧的因素主要有：污泥与煤的混合比例，燃烧时间、温度，型煤与空气的之间的混合度。

3.1 污泥与煤的比例

污泥与煤的混合比例直接影响燃烧过程的热值、着火点、燃尽温度及燃烧速率等。张成等对煤与干污泥混烧，当污泥与煤的混合比大于1:4时，着火性能明显下降；当比例达到1:2时，混合物的燃烧特性受污泥的影响较大，当污泥掺混比例小于等于 1:4 时，效率略大于单煤[37]。从焚烧后的结渣产物及特性可知，随着污泥的掺入比例增大，混烧后的灰熔点明显下降，混烧后属于中等结渣，但泥煤混合物的结渣灰成分与单煤相比并没有较大变化，属于轻微结渣。

3.2 燃烧时间的影响

污泥与煤颗粒越大，比表面积越小，与空气的接触面越小，燃烧速率越小，在焚烧炉停留时间越久。污泥与煤的颗粒越小，比表面积越大，与空气的接触面越大，燃烧速率越大，在焚烧炉停留时间越短[38-39]。

3.3 焚烧温度

燃料持续稳定燃烧时，炉温多在700～800 ℃之间，污泥焚烧可以彻底将有害的微生物处理掉。炉温过低时，燃料燃烧不充分，产生二次污染，而当焚烧温度过高时，且通入空气过量，导致烟气中氮氧化物的含量增加，产生二次污染[40]。

3.4 与空气的混合度

为了使污泥焚烧彻底，需向炉膛内通入足量的空气，当氧浓度充分时，燃烧速率就快。除了通入足量空气，混烧时，燃料与空气的接触量也有很大的关系，当燃料与空气接触不充分时，燃料燃烧不彻底，将会导致不完全燃烧产物生成，影响燃烧速率[41-42]。

4 结 语

随着我国经济总量的不断增加，污泥的产量会逐年增加，我国虽然在污泥焚烧方面已有成功事例，但仍需加大科学研究力度。

①污泥与煤混合燃烧是可行的，深入研究不同类污泥与煤混烧过程中的酸性和有毒气体产生过程，对该技术的推广应用可起到促进作用；

②在污泥与煤混烧过程中，如何降低投资和运行成本，是该技术能够得以广泛应用的基础；

③研发更为高效的焚烧设备，是污泥焚烧技术的基础保障。

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Research Progress on Oily Sludge and Coal Mixed Burning Technology*

WANGFeng-chao1,QUCheng-tun1,WANGYi-jun2

(1 Shaanxi Oil and Gas Pollution Control and Reservoir Protection Key Laboratory, Xi’an Shiyou University,Shaanxi Xi’an 710065; 2 Sanda New Technology Stock of Karamay Co., Ltd., Xinjiang Karamay 834000, China)

With the rapid development of petrochemical industry, oily sludge production increased year by year. If it was not handled, it will cause secondary pollution. Sludge incineration technology and equipment, technical development status of sludge and coal burning, burning process, influencing factors, etc, were summarized. The burning process of sludge and coal contained carbon functional groups, burning characteristic and the change in energy. The advantages and disadvantages of sludge and coal burning process, development trend, application of the existence and the problem to be solved were analyzed.

oily-sludge; incineration; coal; thermogravimetric analysis

国家重大科技专项项目(2016ZX05040-003)。

王凤超(1992-)，女，在读研究生，研究方向为应用化学。

屈撑囤(1964-)，男，教授，博士学位，研究方向为油气田环境保护。

O69

A

1001-9677(2016)023-0007-03