市政污泥耦合燃煤电厂发电关键因素分析与展望

陈全喜，付江涛

（1.武汉天和技术股份有限公司，武汉 430010；2.江汉大学a.精细爆破国家重点实验室；b.爆破工程湖北省重点实验室；c.湖北（武汉）爆炸与爆破技术研究院，武汉 430056）

0 引言

随着我国城市化进程的高速发展，城市污水处理能力不断提升，市政污泥的产出量也随之迅速增长。2020 年，我国市政污泥产出总量60～90 Mt/年，且呈逐年上升趋势。城市污水处理必须由“重水轻泥”向“泥水并重”模式转变，并需新增污泥无害化处理规模22 Mt/年［1−2］（以含水率80%的湿污泥计）。目前，我国的市政污泥无害化处理率较低，常规的土地利用、卫生填埋、建材利用、堆肥、焚烧等处理方式已经不能满足日益严苛的环境保护政策要求。

市政污泥的主要成分包括大量的水分及有机物质、砂砾、重金属、盐类、难降解物质、病原微生物、寄生虫卵等，处置不当会对环境造成二次污染。《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南（试行）》［3］中指出，污泥焚烧与协同处理技术为市政污泥“稳定化、减量化、无害化、资源化”的有效方法，具有污泥处理能力大、稳定性强、适应性强、系统效率高等独特优势。2017—2018 年，国家能源局和环境保护部联合密集发文［4−5］，为燃煤电厂耦合市政污泥发电提供政策支持，并在全国范围内批准了29个市政污泥耦合发电示范项目。目前，各示范项目正处于实施阶段，探索燃煤电厂耦合市政污泥发电技术中的关键影响因素十分必要。

1 市政污泥的特性

陈大元等［6］对比分析不同市政污泥和不同动力煤种，认为污泥的全水分如果降低至40%以下，其特性基本与国内年轻褐煤接近，但挥发分明显偏高。干化污泥整体上属于低热值、高挥发分、高水分、高灰分、严重结渣燃料。

1.1 含水率

市政污泥产生于城市污水处理厂生产过程中，污泥中含有大量的水分。水分存在的形式可分为自由水、间隙水、吸附水和结合水。自由水存在于污泥颗粒之间，占总水分的65%～85%；间隙水存在于污泥颗粒与微生物细胞间的裂纹及楔形毛细管内，占总水分的15%～25%；吸附水存在于污泥颗粒的表面，被表面张力所吸附；结合水存在于污泥颗粒和微生物细胞内［7−8］。典型的城市污水处理厂生产过程中，各工艺段产生的污泥含水率［9−10］见表1。

由表1 中数据可见，市政污水处理厂生产中的每一个工艺段产生的污泥含水率都极高。而市政污泥耦合燃煤电厂发电，主要是利用市政污泥中所含的热值。含水率的高低，将会直接影响单位质量污泥的热值，从而影响市政污泥耦合发电的效率。

表1 城市污水处理厂不同工艺段污泥含水率Tab.1 Water content in sludge from different links of the municipal waste water treatment plant %

1.2 热值

市政污泥中含有的有机质是生物法处理污水过程中微生物新陈代谢的产物，也是污泥热值的主要来源。由于污泥中含有大量的水分，污泥的热值与污泥含水率密切相关。图1为污泥干物质热值为21 MJ/kg 且温度为10 ℃时，污泥热值与含水率之间的关系［10］。

图1 污泥热值与含水率关系Fig.1 Relationship between sludge calorific value and water content

由图1 可见，污泥的热值随着含水率的降低和干物质可燃烧成分比例的上升呈上升趋势。因此，污泥耦合燃煤电厂发电时，电厂会希望污泥的含水率越低越好。但是一般市政污水处理厂产出的污泥含水率都在80%左右，要降低污泥含水率就需进行干化处理。而污泥干化工艺的运行成本将直接关系到污泥耦合发电项目的经济效益。

Magdziarz 等［11］对比分析了来自波兰某污水处理厂的干化市政污泥与当地煤矿所产煤碳的热值和主要元素含量，见表2。

由表2 中数值可见，当干化市政污泥的含水率为5.3%时，其氢元素和煤相当，但其碳的质量分数和热值远低于煤。表2中干化市政污泥的热值与图1中的数值接近。

表2 干化市政污泥与煤的元素分析Tab.2 Element analysis on dried municipal sludge and coal

为防止污泥耦合燃煤发电产生的烟气中酸性物质低于露点导致酸析出后腐蚀烟道和设备，锅炉的排烟温度都高于酸的露点［12］，一般在100 ℃以上。污泥耦合到燃煤电厂燃烧后，其中的水分将转化成蒸汽混合到烟气中，这些蒸汽含有气化潜热，其热量来源于煤和污泥的燃烧。只有当污泥燃烧产生的热量大于污泥中的水分转变成蒸汽所需的能量时，其超出部分的热量才有可能被利用而发电。对于干物质低位热值为8.374 MJ/kg的污泥，当其水分达到76.9%时，燃烧污泥产生的热量刚好可以使其中的水分完全蒸发［9］。若污泥含水率稍高就无法实现自持燃烧，需要添加辅助燃料。文献［3］中也提出，若将含水率为80%的市政污泥干化到含水率40%入炉焚烧，污泥干化机和焚烧炉的热效率以85%计，则只有污泥干基质低位热值达到约13.510 MJ/kg 时，才不需要辅助燃料，从而达到自持燃烧。陈莉佳等［13］也提出，采用“污泥脱水干化至含水率40%+污泥焚烧”工艺路线较“污泥脱水至含水率80%+污泥干化焚烧”和“污泥深度脱水至含水率60%+污泥干化焚烧”工艺路线，碳排量更低，能耗更低。马盟等［14］建议耦合燃煤电厂发电的市政污泥的含水率应在30%～35%。针对不同的污泥耦合发电项目，项目方应根据自身情况，充分利用项目各方资源和条件，设计合理的污泥含水率，优化污泥热值含量。

1.3 含砂率

市政污泥中的砂砾在污泥耦合燃煤电厂发电时是一个极易被忽略的问题。砂砾由于硬度高，无论是在污泥干化工艺中，还是混入燃料在炉膛中燃烧时，都会由于与受热面频繁接触，导致干化设备和锅炉受热面产生磨损，从而损坏设备，造成导热介质泄漏、增大设备维护量、降低设备利用小时数、增加运行成本等问题。

戴晓虎等［15］在调研我国污水处理厂污泥含砂特性及其成因时指出，现阶段我国市政污泥普遍存在含砂量高、污泥处理设备磨损严重、处理成本高等问题。王建伟等［16］在调研青岛市5个典型城市污水处理厂的含砂率后，分析得出以工业废水为主的污水处理厂产出的污泥中含砂率为22%～44%，而以生活污水为主的污水处理厂产出的污泥含砂率为10%～15%。各污水处理厂污泥中无机砂质颗粒成分基本相同，主要为淡黄色硅质无机砂质颗粒和黑色磁性无机砂质颗粒，但其成分比例及形态差异较大。由于污泥中的硅质砂砾和黑色磁性砂砾的熔点较高，进入污泥干化设备和锅炉炉膛中很难熔化，因此污泥耦合发电工艺流程中砂砾极易与设备产生摩擦，而造成设备损坏。李文兴等［17］在温州市东片污水厂240 t/d 污泥集中干化焚烧项目实践中，多次提到由于污泥含粉砂量偏高，导致空心桨叶干化设备磨损加剧、叶片漏蒸汽等问题，故障率高。为应对污泥中砂砾对设备的负面影响，对砂循环系统、冷渣器和振动筛进行技术改造。经测定，上海石洞口污泥干化焚烧项目，污泥干基的含砂率达到了22.4%，而在欧洲此数值仅为6.0%～8.0%。高含砂量的污泥在高速流化状态下，会对干化设备和锅炉设备造成很大程度磨损，并多次出现干化机导热油泄漏情况。

鉴于我国污泥高含砂率的现状，为减少污泥干化设备和耦合燃烧发电设备的磨损，提高设备利用小时数，应从2个方面着手。其一，从污水收集源头采取过滤措施；其二，提高污水处理厂的除砂效率，在进行污泥干化和耦合燃烧发电前，应对污泥进一步除砂。

1.4 污泥耦合工艺中的污染物

市政污泥耦合燃煤电厂燃烧发电后，由于污泥中含有重金属、有机物等污染物质，会产生重金属和二噁英污染，同时增加灰飞和炉渣量。

1.4.1 重金属及碱金属

市政污泥中重金属以无机物和有机物中的重金属这2 种形式存在，后者主要是微生物代谢富集重金属后形成的［18］。当污泥与煤耦合进行燃烧后，会以2 种形式排放，一种是以灰飞形式排放至大气中，一种是以炉渣形式排放。由于一般市政污泥的灰分较动力用煤大，因此耦合市政污泥燃烧后的烟气灰分会增加，同时会增加对锅炉受热面的磨损，缩短设备使用寿命。灰分高会减缓火焰传播速度，导致点火延迟，燃烧温度也会下降，燃烧稳定性变差，甚至造成锅炉灭火。市政污泥耦合燃烧后，炉渣量有所增加，应调整锅炉排渣频率。

Miller 等［19］对比分析了波兰Krakow 地区的煤和瑞典Himmerfjardsverket 地区干化市政污泥中重金属的成分分析，见表3。

对表3 中数据进行分析可以看出，市政污泥中大部分中重金属元素含量要远高于动力煤，其中重金属将主要以飞灰和炉渣的形式排放。为预防重金属二次污染，应采取严格措施进行飞灰和炉渣的环保处置。分析结果表明，重金属Cd 和Hg 主要存在于耦合燃烧后的烟气中，而Cr，Cu，Ni 和Zn 等重金属在炉渣中的含量会随着市政污泥掺烧比例的增加而增加。

表3 干化市政污泥与煤的重金属成分分析Tab.3 Heavy metals analyses on dried municipal sludge and coal mg/kg

市政污泥中含有碱金属，其在燃烧时会增加锅炉受热面腐蚀和结焦的风险［20−22］，导致焚烧炉检修频率和检修工作量明显提高，连续焚烧作业时间缩短，停炉定修时间增加。掺烧污泥后导致锅炉结焦加剧始终是一个突出问题。因此，应考虑如何减少污泥耦合燃料燃烧过程中的结焦情况，同时应定量分析烟气及炉渣组分，以判断耦合污泥燃烧后，对锅炉燃烧和大气环境产生的影响。

1.4.2 二噁英

具有二噁英活性的卤代芳烃化合物统称为二噁英类似物。二噁英类物质的生成条件包括：含苯环的化合物（苯、酚等）；含Cl元素的化合物（HCl，Cl2等）；反应催化剂（Fe，Cu 等）；反应温度在300～600 ℃。由以上条件可知，市政污泥中含有的重金属、有机物和Cl−，在污泥耦合至锅炉中进行燃烧时，满足产生二噁英的条件。二噁英类物质的熔点及沸点高，常温下是固体，不溶于水，易溶于CCl4。二噁英类物质在环境中稳定性高，生物降解性迟缓，在低温下稳定存在，一般加热到800 ℃才会降解。而要大量破坏二噁英类物质，焚烧温度则需要超过1 000 ℃，且一旦冷却又可重新合成［23］。

根据二噁英产生的条件，宜将污泥耦合燃烧温度控制在800 ℃以上。循环流化床（CFB）锅炉及煤粉锅炉的炉膛燃烧温度都远高于800 ℃，且燃料在炉内停留时间远大于2.0 s，为二噁英的燃烧分解提供了充足的时间。曾多等［24］在重庆市进行燃煤耦合污泥发电实践中，对二噁英采用“3T+E”原则进行控制，即采用对燃烧温度（Temperature）、停留时间（Time）、紊 流 程 度（Turbulence）和 过 量 空 气 量（Excess）4种因素进行控制，可有效控制污泥耦合燃煤燃烧过程中二噁英的生成。

2 市政污泥干化方法

提高市政污泥热值最直接的方法是降低污泥的含水率。目前，对污水处理厂产出的80%含水率污泥脱除水分方法包括深度脱水和热干化方法，后者根据污泥与热源的接触方式，可分为直接干化和间接干化2种方式。

2.1 污泥深度脱水工艺

污泥中所含的水分可以分为自由水、间隙水、污泥固体颗粒表面的吸附水和细胞内的结合水。其中前两者可以通过机械压滤等方法脱除，而后两者则需要经过深度脱水才能脱除，主要通过降解污泥固体颗粒外胞外聚合物（EPS）实现。经过深度脱水处理后，污泥的含水率可由80%下降至60%左右。He 等［25］解释了EPS 的降解原理，如图2 所示。通过物理、化学和生物方法使细胞裂解分离出部分污泥固体颗粒表面的吸附水和细胞内的结合水，同时EPS有机絮体会被分解成总有机碳。

图2 污泥固体颗粒胞外聚合物降解原理Fig.2 Degradation principle of the extracellular polymeric substances of the sludge solid particles

部分深度脱水工艺需向污泥中投加石灰等碱类药剂，脱水过程中并不能完全将Ca2+去除，因此脱水后污泥中Ca2+的含量增加。应对耦合污泥后燃料的燃烧特性影响进行研究，以免对燃煤电厂运行造成负面影响。陈丹丹等［26］通过研究发现化学预处理方法对改善污泥脱水性能有较好的效果，在污泥絮凝方面有很大的优势。其中酸处理对污泥脱水能力和脱水速率提升较明显。而高级氧化法脱水效果又优于酸碱法，处理后污泥含水率可降低到52%左右，脱水速率提升50%～90%。相比之下，高级氧化法投资成本和运行成本都较高。甄广印等［27］总结了高级氧化法对污泥深度脱水的强化作用，使用臭氧和Fenton 法强化污泥脱水效果，但此类方法普遍存在工艺复杂、能耗高、投资大等问题。

2.2 污泥干化工艺

2.2.1 直接干化工艺

直接干化工艺一般采用高温热介质直接与污泥接触，如火力发电厂空气预热器前的高温烟气，烟气温度在350 ℃左右。芮延年［28］通过旋翼式沸腾干燥法对污泥进行无害化处理，采用600 ℃的热风供热，系统具有热传质效率高、污泥被强制流态化、系统设备小等特点。但由于高温气体直接与污泥接触，导致污泥中的有机物被气化产生大量异味尾气，同时产生大量水蒸气。因此需设置复杂的尾气处理系统，以保证系统达到环保要求。某厂家的旋翼式沸腾污泥干化系统如图3 所示，采用热风炉为干化系统供热风，也可将电厂高温烟气作为热源。

图3 旋翼式沸腾污泥干燥系统Fig.3 Rotor boiling sludge drying system

干燥可分为预热期、恒率干燥期和减率干燥期3 个阶段。汪翠萍等［29］采用喷雾干燥方法干化污泥，将500 ℃的高温烟气喷入污泥后，烟气温度在0.5 s 内迅速降低到100 ℃以下，热利用率高达80%以上。干化工艺后的尾气经过合理的处理，均可满足环保要求。苑宏英等［30］采用太阳能产生的高温气体对污泥仅喷雾热干化。随着喷入量增加，冷凝水中磷酸盐质量分数基本不变，氨氮呈下降趋势；干化后污泥溶出的阴阳离子变化趋势相同，且随着含水率的升高，呈现增大趋势；冷凝水中的阴阳离子呈现先上升后下降的趋势；干化后污泥中的重金属除镉之外其余略有增加。

2009 年，华电集团滕州新源热电有限公司对污泥进行掺烧处理发电实践，实现城市污泥的无害化、资源化处理。该项目充分利用电厂烟气余热，采用旋翼式沸腾污泥直接干化工艺（160 ℃烟气干化，1 500 ℃焚烧），开创了国内100 MW 以上机组污泥焚烧处理的先例。

2.2.2 间接干化工艺

间接干化工艺中热介质将热能传递给受热面，由受热面再传递给污泥。热介质包括饱和蒸汽、导热油和热风等。已经实现工程应用的大型间接干化设备包括：空心桨叶干化设备、圆盘干化设备和薄层干化设备等。林莉峰等［31］在上海竹园污泥干化焚烧工程中，采用6 台4 轴空心桨叶式干燥机，单台换热面积为200 m2，处理600 t/d 含水率约80%的市政污泥。针对国内污泥含砂量较高的情况，在桨叶表面喷涂碳化硅涂层增强受热面的耐磨性能。空心桨叶污泥干化系统如图4所示。

图4 空心桨叶污泥干燥设备Fig.4 Hollow paddle sludge drying equipment

对比图3 和图4 可见，直接干化和间接干化系统最大的区别是前者的尾气处理装置较多、流程较长、操作相对复杂，而后者由于热源温度一般较低（150 ℃），与污泥接触后产生的挥发性有机物及水蒸气量较前者少，因此污泥干化后尾气的处理设备相对简单。王沈兵等［32］探讨了桨叶式污泥干化设备的若干问题，主轴和壳体以及疏水系统的设计充分考虑湿污泥干化过程中的腐蚀及磨损、脱水量大等特性，通过优化设计及加工工艺，桨叶式污泥干化设备将更加适应市场对于黏度高、流动性差、腐蚀性突出和磨损严重的污泥干化需求。

程刚等［33］对圆盘干燥技术进行了详细介绍，应用于市政污泥干化的圆盘干燥器换热面积可达到400 m2，单台污泥处理量为100 t/d。同样针对国内市政污泥含砂率高的特点，设备与污泥接触面也强化了防磨涂层。圆盘污泥干化设备如图5 所示，该设备可根据客户需求调整成品污泥的含水率（10%～40%不等），具有设备占地面积小，能耗相对空心桨叶设备略低，设备年利用小时数较高等特点。耿震等［34］在设计圆盘式污泥干化系统时，通过圆盘干燥方法将80%含水率的市政污泥半干化至含水率40%，然后耦合至电厂发电。圆盘干燥方法在市政污泥干化领域应用前景广阔。

图5 圆盘污泥干燥设备Fig.5 Disc sludge drying equipment

薄层污泥干化设备结构如图6所示。龚旭等［35］在上海青浦区污泥干化厂采用了薄层干化设备对200 t/d 市政污泥进行干化后耦合发电厂发电，项目取得良好效果。毛梦梅等［36］通过研究薄层干化设备干化市政污泥的特性，发现污泥干化过程中会有少量的有机物分解，导致干化后的污泥有机物挥发分略有降低。随着干化的进行，污泥的含水率下降，干化效率逐渐降低。在深圳市上洋污泥焚烧项目中，薄层干化设备也得到了成功应用［37］。

图6 薄层污泥干化设备Fig.6 Thin layer sludge drying equipment

严俊泉等［38］创新地提出将薄层干化和带式干化相耦合的两段式污泥干化工艺，污泥经过该工艺处理后的含水率可下降至15%左右。工艺系统具有安全可靠、节能低耗、出泥含水率可调等特点。但带式干化工艺占地面积较大，导致该组合工艺流程长、操作较为复杂。

2.2.3 3种市政污泥耦合发电工艺对比

曾多等［24］和陈大元等［6］总结对比了污泥直接掺烧、直接干化和间接干化耦合燃煤电厂发电的技术经济特点，见表4。

表4 市政污泥耦合燃煤电厂发电技术经济性对比Tab.4 Technical and economic performances of the coupling of municipal sludge combustion and coal⁃fired power plants

3 不同炉型的市政污泥耦合发电方法

目前燃煤电厂广泛使用的是煤粉锅炉和CFB锅炉。其中煤粉锅炉普遍适配300 MW，600 MW 和1 000 MW 机组。CFB 燃烧技术是近20 年发展起来的新一代燃烧技术，在煤种适应性、变负荷能力及控制污染物排放方面具有独特优势。目前，300 MW规模及以下已有成熟使用CFB锅炉的案例，600 MW规模的电厂使用CFB 锅炉也在积极研发和实践中。国家能源集团陕西彬长发电有限公司新建600 MW CFB 锅炉1 台，目前正处于前期研发和实施准备阶段。CFB锅炉技术的发展为污泥耦合燃煤电厂发电提供了新的机遇和挑战。煤粉锅炉和CFB 锅炉耦合市政污泥发电工艺流程如图7 所示。由图7 可见，采用煤粉炉耦合市政污泥工艺，经过干化后的污泥需与煤粉一同进入磨煤机，混合均匀后喷入锅炉炉膛内燃烧。而采用CFB 锅炉耦合市政污泥工艺，污泥直接通过活塞泵泵入锅炉炉膛内燃烧。

图7 不同锅炉耦合市政污泥工艺流程Fig.7 Combustion processes of municipal sludge coupled with different types of boilers

3.1 煤粉锅炉

王雪等［39］在研究了市政污泥掺烧对煤粉锅炉的影响后发现，20%含水率污泥掺烧后对锅炉炉膛温度影响较小，随着污泥掺烧比例的增加，锅炉燃烧效率下降。由于污泥所含碳分和硫分均低于动力煤，燃烧后烟尘含量和SO2质量分数降低。李峰等［40］研究了上海某机组煤粉锅炉中掺烧60%含水率市政污泥，结果表明，燃料中污泥掺烧比例达到7.30%，各设备运转正常，燃烧稳定，污染排放达到环保要求，掺烧污泥后锅炉效率下降了约0.34%。魏林清［41］在220 t/h 蒸发量的煤粉锅炉中分别选取40 MW 和50 MW 两种典型负荷条件下，掺烧10%，20%，30%和35%含水率为40%的半干化市政污泥。结果表明，污泥掺配后的煤质与原锅炉设计煤质相比，水分、灰分、挥发成分增加，发热量和碳含量有所降低，总体说来煤质虽稍有下降但相差不大。根据污泥含水率变化确定污泥掺烧最佳比例，污泥耦合至煤粉锅炉掺烧，对原煤输送系统及锅炉燃烧稳定性影响很小。

Tan 等［42］对100 MW 煤粉锅炉中掺烧市政污泥进行模拟并对比现场试验数据，结果表明掺烧10%质量分数以内的市政污泥，掺烧效果较好。降低污泥的含水率有利于提升掺烧效果，但当含水率降至40%以下后，对掺烧效果的提升能力有限。当掺烧比例在20%时，NOx的排放量仍可达到环保标准，但当比例高于10%时，混合燃料的着火性逐渐下降，同时可能会影响点火性能和火焰稳定性。市政污泥的掺烧会增加锅炉的维护成本，但对发电企业而言会产生可观的经济效益。Deng 等［43］对煤粉炉中掺烧市政污泥后的飞灰和重金属迁移特性进行了分析，结果表明，随着市政污泥与煤粉的混合燃烧，会形成新的化合物成分飞灰。矿物分析显示透辉石、钙长石和铁共晶的形成可以降低煤与污泥混合的灰熔温度，尖晶石和莫来石的形成可以提高混合物的灰熔温度。

3.2 CFB锅炉

杨叙军［44］在2007 年对市政污泥耦合至CFB 锅炉进行了有益的尝试，处理市政污泥规模为400 t/d，污泥掺烧量控制在50%以内时，技术经济效益较好。朱化军等［45］利用CFB 锅炉进行协同焚烧验证研究，发现污泥掺烧比例不高于40%时CFB 锅炉可稳定运行，烟气排放达标，粉煤灰重金属含量低于国家农用粉煤灰标准。当锅炉炉膛温度达到850 ℃以上时，能够较为彻底地将有机物转化CO2，并有效遏制二噁英的合成。但因湿污泥进入炉膛焚烧会降低炉膛温度，造成末端空气预热器腐蚀，大量水分蒸发会造成烟气量增加，从而导致烟气流速增加，进一步加剧炉体和水冷壁管磨损，因此将市政污泥耦合至CFB 锅炉前，应对锅炉相关部件进行适应性改造。邱旻昊［46］在苏州江远热电掺烧苏州吴忠区市政污泥，建议80%含水率市政污泥的掺烧量小于10%，烟气中SO2等污染物排放指标满足国家环保标准。

相比煤粉炉耦合市政污泥燃烧发电，CFB 锅炉具有其独特的优势［47−48］。

（1）适应性强。CFB 燃烧稳定，炉内温度场均匀，特别适合焚烧高水分、低热值的劣质燃料。以市政污泥为辅助燃料可显著降低运行成本。

（2）焚烧效率高。由于炉内气体和固体、固体和固体之间的强烈混合，使污泥与灼热的床料直接接触，增大了污泥的热解率。

（3）烟气排放性能好。由于CFB 采用低温（850～950 ℃）及分级燃烧，限制了热力型NOx的形成。在CFB 中加入合适的吸附剂（如石灰石），可大大降低SO2和HCl 的排放。在稀相区喷尿素或氨水可进行炉内脱氮，保证NOx，SO2和HCl 的排放浓度符合环保要求。

（4）CFB 锅炉的结构简单，设有机械传动部件，故障少，建造费用低。

（5）空气过剩系数降低，能耗更低。

Shao 等［49］对CFB 锅炉掺烧市政污泥后重金属和有机污染物的排放特性进行了研究，结果表明，炉渣和飞灰中重金属质量分数的分布呈相同趋势，即Zn＞Cu＞Mn＞Cr＞Ni＞Pb＞V＞Cd＞Co。其 中Co 和Cu 在炉渣中为典型污染物，Pb 和Zn 则更多地存在于飞灰中。多环芳烃等有机污染物随着污泥的掺烧量增加而显著增加。脂肪族有机污染物主要存在于飞灰中。

Hartman 等［50］在CFB 锅 炉 中 掺 烧 干 化 市 政 污泥，对NOx的含量、重金属富集进行了研究，结果表明，烟气中CO 的质量分数与NOx的质量分数密切相关，CO 质量分数越低，NOx的质量分数将越高。炉渣和飞灰中富集了丰富的Hg，Cd，Zn，Cu，Cr，Ni，Pb和其他微量金属元素。

Miller等［19］也指出，CFB以固有对劣质燃料的优异适应性，针对市政污泥作为燃料飞灰量大的特点，其具有较好的耦合燃烧优势。

3.3 污泥耦合发电对工艺设备的影响

根据污泥的特性，耦合至燃煤电厂发电中会对发电工艺设备造成如下负面影响［51−54］。

（1）掺烧污泥后烟气流速和所含灰分增加，会加大受锅炉热面的磨损率。

（2）燃料含水率增加，导致磨煤机出力下降、能耗上升。建议污泥掺混比例应以混合燃料总含水率不超过9%～10%为限。

（3）燃料含水率过高可能会造成磨煤机进口部位燃料堆积，甚至导致给煤系统堵塞。

（4）污泥的添加影响锅炉辅机的选择，当煤中添加20%的污泥时，所需的空气量降低15%。

（5）煤的灰熔点温度要高于纯污泥的灰熔温度。随着配比中污泥比例的提高，灰分的4 个特征温度依次降低。

4 展望与建议

市政污泥耦合燃煤电厂发电技术在我国已经有10余年的研究和实践，多种类型的污泥干化设备和锅炉焚烧设备投入使用并稳定运行，积累了丰富的工程应用经验，验证了该工艺的可靠性。随着我国现阶段供给侧的改革，煤电行业明显处于过剩状态。随着城市化进程的不断加快，污泥围城的情况将日益严重。如何将二者有机地结合在一起，在盘活城市周边的燃煤电厂资产的同时又可以解决城市的环保问题，这将是一个双赢的选择，市场前景广阔。在市政污泥耦合燃煤发电厂项目实施过程中，提出以下建议。

（1）因地制宜，根据燃煤电厂和污泥产出地周边的资源状况，选择合理优化的工艺，研究最佳的污泥干化度和燃料增加量平衡点。

（2）充分考虑到污泥中含砂率对干化设备和锅炉设备的负面影响，尽量减少原污泥中的含砂量。同时，应促进污泥干化设备受热面、锅炉受热面耐磨材料的研发和使用。

（3）污泥耦合焚烧后，对产生的废气和废渣进行实时监测和治理，以满足日趋严格的环保标准。

（4）研究合理的污泥耦合焚烧发电的政策优惠机制，如增加燃煤电厂的计划发电量、或者电网以优质电价收购污泥耦合的发电量等。

（5）建议各地政府在协调水务企业、燃煤发电企业、电网企业和政府关系上进行创新，避免项目建成后出现停摆现象。