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含油污泥干化物与煤混烧的燃烧特性影响刘晓辉， 许毓， 张明栋， 谢水祥， 王蓉沙（石油石化污染物控制与处理国家重点实验室，中国石油安全环保技术研究院，北京102206） 摘要：利用自主开发的含油污泥干化处理工艺，将含油污泥制备成干化物，与热电厂燃煤混合燃烧，并采用 TG-DTG 技术分析研究了混烧的燃烧特性，获得了混合物的着火温度、燃尽温度、可燃性指数及综合燃烧特性指数等特性参数。通过分析得出，按照小于 10% 的比例将含油污泥干化物与燃煤混烧，对燃煤的燃烧特性影响非常小，说明含油污泥干化物作为热电厂辅助燃料是可行的。关键词：含油污泥 干化物 混烧 燃烧特性 热重分析 某石化公司污水处理厂每年产生的剩余活性污泥、隔油池和水解酸化池的池底泥、浮选装置和污水回用装置的废浮渣（简称“含油污泥”）总量约24 万 t，离心脱水后的含油污泥每年约 1 万 t，每年含油污泥的委托处置费用高达数百万元。含油污泥属于国家规定的危险废物，若处理不当，会给环境及企业自身带来一定风险。含油污泥具有较高热值，具备制备燃料的潜在价值，若在对其进行无害化处理的同时实现其燃料化，将会取得污染风险控制和资源利用双赢的效果[1]。实验研究以自主研发特殊工艺处理后的含油污泥干化物、某石化公司热电厂使用煤粉的混合物为研究对象，利用热重分析含油污泥干化物作为辅助燃料与煤粉混烧对其燃烧特性的影响[2–4]，从而探讨含油污泥做辅助燃料的可行性，探索含油污泥资源化利用的新途径。1实验部分1.1样品与仪器实验样品是该公司污水处理厂脱水处理后的剩余活性污泥、浮渣及池底泥，这些含油污泥经过自主研发特殊工艺处理制成含油污泥干化物，并将其与公司热电厂用煤粉按比例进行混合，其样品配比见表 1。实验设备：电热套、烘箱、电子天平、WGR-WR3型量热计、STA449F3 型同步热分析仪（德国耐驰）等。1.2实验方法1.2.1含油污泥组成分析采用《GB/T 260—1977 石油产品水分测定》测定含油污泥组成成分。表1样品配比% 序号热电厂煤粉含油污泥干化物1#100.002#99.50.53#98.02.04#95.05.05#90.010.06#0100.0收稿日期：2016-6-20作者简介：刘晓辉，工学学士，工程师。2002 年毕业于北京林业大学机械自动化专业，主要从事油气田环境污染与控制技术研究工作。基金项目：国家科技重大专项（2016ZX05040003）。石油石化绿色低碳2016 年 12 月·第 1 卷·第 6 期Green Petroleum & Petrochemicals绿色低碳技术1.2.2含油污泥热值分析采用氧弹法分析测试含油污泥的热值。1.2.3含油污泥干化物的制备方法通过物理和化学方法，破坏清罐含油污泥的油水泥稳定体系，将油泥中的游离水、絮体水、毛细水及粒子水通过机械作用和化学作用除去，使处理后的含油污泥快速干化，形成彼此不粘连的松散状态，便于后续环保处理或资源化利用。具体方法即：将含油污泥加入特制破乳剂充分搅拌后进行压滤，再将压滤后的油泥与特制干化剂（由引燃剂、疏散剂和催化剂组成）充分混合反应，并将最终混合物在常温（25 ℃）自然条件下干燥，48 h 后形成含油污泥干化物。1.2.4热重分析测试条件：升温范围为室温～1 200 ℃，升温速率 20 ℃/min[5–7]；氮气：80 mL/min、氧气：20 mL/min；样品质量 25 ～35 mg。2结果与讨论2.1含油污泥组成及热值分析该厂的含油污泥含水率在 76%～86% 之间，含油率在 4.1%～6.0% 之间，含固率在 13.5%～18.0%之间，详见表 2。含油污泥热值在 9 973～12 092 kJ/kg 之间，平均热值约为 11 037 kJ/kg，具有制备燃料的潜在价值，详见表 3。2.2混煤燃烧的特性温度混煤燃烧一般有 3 个特性温度：着火温度（Ti）、最大失重温度（Tmax）、燃尽温度（Th）。Ti 反映了混煤的着火性能和活化能，其数值越小，表明该混煤越容易着火[5–6]。Th 定义为混煤可燃部分燃烧掉 99% 燃料量时所对应的温度，该温度所对应的时间为燃尽时间[6–7]。一般情况下，燃尽所需时间越短，燃尽性能越好[7–9]。混煤燃烧的特性温度一般直接通过热重（TG）–微分热重（DTG）曲线确定，本文按文献[7–10]提出的方法对表 1 中的 1#～6# 样品进行分析和处理，样品的特性温度、最大燃烧速度（dw/dt）max 及平均燃烧速度（dw/dt）mean 等参数见表 4。TG、DTG、差示扫描热量法（DSC）曲线见图 1。从表 4 看出，含油污泥干化物的混掺比在小于10% 的情况下，对燃煤的 Ti、Th、燃尽时间、燃烧速度等影响非常小，且各特性温度的变化与混掺比例无线性影响规律。这说明从燃烧特性温度等指标表2含油污泥基本属性含量% 样品含水率含固率含油率剩余活性污泥（脱水后）82.013.94.1浮渣（脱水后）86.013.55.5池底泥（脱水后）76.018.06.0表3含油污泥热值kJ/kg 项目样品热值含油污泥剩余活性污泥（脱水后）9 933浮渣（脱水后）11 088池底泥（脱水后）12 092典型燃料无烟煤31 380焦炭30 962烟煤20 920蜂窝煤15 200木材16 736表4含油污泥干化物与燃煤混合物的特性温度参数样品Ti/℃Th/℃Tmax/℃燃尽时间/min（dw/dt）max/（mg/min）（dw/dt）mean/（mg/min）1#353747.4480.736.01.600.622#334718.6473.334.51.500.623#354770.8467.038.01.600.624#351737.0477.235.51.600.655#334780.1483.637.51.300.476#2671 101.5313.252.02.100.22-38-石油石化绿色低碳2016 年·第 1 卷影响看，含油污泥干化物作为热电厂锅炉的辅助燃料是可行的。从图 1 看出，混掺了含油污泥干化物的混煤的TG、DTG、DSC 曲线变化不大，尤其是在失重开始阶段至失重率最大峰值阶段，混煤的 TG、DTG、DSC 曲线几乎平行，只有在混煤快燃尽时，含油污泥干化物混加比例的大小对混煤的 TG、DTG、DSC 曲线有一定的影响，但变化与混掺比例无线性影响规律可循。2.3混煤的综合燃烧特性燃烧特性的评价指标有许多，本文采用文献[6]中的可燃性指数（Cb）、综合燃烧特性指数（S）、稳燃指数（G）来对比含油污泥干化物与燃煤混合对燃煤燃烧特性的影响[10–12]。Cb 主要反映燃煤燃烧前期的反应能力，该值越大，煤的可燃性越好，其定义式为：Cb=(dw=dt)max=T2i(1)S 反映了试样的着火和燃尽性能，S 值越大说明试样的综合燃烧性能越好，其定义式为：S=(dw=dt)max(dw=dt)mean=(T2iTh)(2)G 既反映着火难易程度，又体现煤种着火后的燃烧情况，是锅炉运行、特别是变负荷运行工况下能否稳定着火的重要指标，其定义式为：G=(dw=dt)max=(TiTmax)(3)利用上述 3 个燃烧评价指数对混煤燃烧的特性进行综合评价，结果见表 5。从表 5 看出，含油污泥干化物的混掺，对燃煤 图 1 混煤燃烧的 TG、DTG、DSC 曲线2016 年·第 6 期刘晓辉，等．含油污泥干化物与煤混烧的燃烧特性影响-39-的 Cb、G 等燃烧特性参数影响较小；当混掺小于10.0% 时，含油污泥干化物的混掺提高了燃煤的 G，当比例提高至 10.0% 时，燃煤 G 降低；混掺比例为0.5% 和 5.0% 时，含油污泥干化物的混掺，提高了燃煤的 Cb，混掺比例调整为 2.0% 和 10.0% 时，燃煤 Cb 降低，但影响较少。这说明含油污泥干化物作为辅助燃料提高了燃煤的前期反应能力和燃烧的后期稳定性，从混煤的 Cb、G 影响分析看，含油污泥干化物作为辅助燃料是可行的。在混掺比例为 10.0% 时，含油污泥干化物的加入量对燃煤的 S 影响偏差稍大，从 0.010 6 × 10–9直接降至 0.007 0 × 10–9，说明含油污泥的干化物的混掺最佳比例尚待进一步深入研究。3结论1）含油污泥干化物作为辅助燃料，对燃煤的Ti、Th 等特性温度参数影响较小。2）含油污泥干化物作为辅助燃料，对燃煤Cb、G、S 等燃烧特性参数影响较小。3）当含油污泥干化物混掺比例较大时，对燃煤综合 S 的影响偏差稍大，说明含油污泥干化物的混掺最佳比例有待进一步研究。综上所述，从含油污泥干化物与燃煤混烧的燃烧特性 TG 分析看，含油污泥干化物作为热电厂燃煤的辅助燃料是可行的，但含油污泥的干化物的混掺最佳比例尚需进一步深入研究，其对热电厂锅炉的焦化情况、灰熔点、稳定性及烟气排放等性质影响也需进一步探索。参考文献李彦林，任恒昌，龚亚军，等. 炼化“三泥”在煤粉锅炉掺烧技术的应用研究[J]. 石油学报 （石油加工），2010，26（S1）：71–76.[ 1 ]何艳峰，卓建坤，李水清，等. 污水污泥的燃烧特性及动力学研究 [J]. 热能动力工程，2011，26（5）：609–614.[ 2 ]武宏香，赵增立，李海滨，等. 污泥与煤、木屑的混合燃烧特性及动力学研究 [J]. 环境科学与技术，2011，34（7）：73–77.[ 3 ]胡勤海，熊云龙，毛柯辉，等. 城市污泥掺混水煤浆燃烧特性的热重分析 [J]. 环境污染与防治，2008，30（1）：60–63.[ 4 ]刘亮，李录平，周孑民，等. 混煤燃烧特性的热重分析法研究[J]. 长沙理工大学学报（自然科学版），2005，2（4）：44–48.[ 5 ]鲜晓红，杜云贵，张光辉. TG-DTG/DTA研究混煤的燃烧特性[J]. 煤炭转化，2011，34（3）：67–70.[ 6 ]默会龙，刘亮，白晓玲，等. 混煤掺混方式对其燃烧特性的影响研究[J]. 电站系统工程，2009，25（2）：13–15.[ 7 ]洪荣坤. 伊泰与印尼混煤的燃烧特性热分析实验研究[J].太原理工大学学报，2008，39（S1）：162–164.[ 8 ]聂其红，孙绍增，李争起，等. 褐煤混煤燃烧特性的热重分析法研究[J]. 燃烧科学与技术，2001，7（1）：72–764.[ 9 ]李洋洋，金宜英，李欢. 采用热重分析法研究煤掺烧干污泥燃烧特性[J]. 中国环境科学，2001，31（3）：408–411.[10]杨威，鄢晓忠，张辉，等. 掺混比对混煤燃烧特性的影响实验研究[J]. 燃气与电力，2012，32（7）：4–7，16.[11]姜绣民，李巨斌，邱健荣，等. 超细化煤粉燃烧特性的研究 [J]. 中国电机工程学报，2000，20（6）：71–74.[12]（下转第45页）表5含油污泥干化物与燃煤混合物的燃烧特性参数样品Cb（×10-6）S（×10-9）G（×10-6）1#12.840.010 69.432#13.450.011 79.493#12.770.010 39.684#12.990.011 59.555#11.650.007 08.056#29.460.005 825.11-40-石油石化绿色低碳2016 年·第 1 卷条、粗纱和细纱等各道工序生产要求。3）使用环保型 TDSL–2005B/C 油剂生产出的成品丝，经 SGS 检测，APEO 含量不超过 30 mg/kg，能够满足纺织品出口欧洲的要求。参考文献赵择卿. 高分子材料抗静电技术[M]. 北京：纺织工业出版社，1982：82–84.[1]DevelopmentandApplicationofEnvironmental-friendlySpinningFinishesforStapleFiberLiu Bo， Chen Jiang， Jia Guohong（SINOPEC Luoyang Company, Luoyan