陳 博 張 宇 劉 瑞

上海上電漕涇發(fā)電有限公司

1 國內(nèi)外污泥摻燒研究現(xiàn)狀

基于已建成投產(chǎn)的燃煤發(fā)電機(jī)組，利用其原有配套的環(huán)保設(shè)備，進(jìn)行合理的改造以實(shí)現(xiàn)城市生活污泥的摻混燃燒，相較于新建的污泥焚燒廠具有節(jié)省用地且投資低的優(yōu)勢[1]。浙江大學(xué)劉永付[2]等人通過對污泥特性的研究分析，利用燃煤電站已有的燃燒設(shè)備和煙氣凈化系統(tǒng)將污泥與電站鍋爐燃煤協(xié)同焚燒，證明污泥可在電站燃煤鍋爐中摻燒，并且符合中國國情。Peng Tan 等人[3]通過采用三種不同的燃燒模型，包括不同的湍流氣相燃燒和焦炭表面燃燒子模型，模擬100 MW切向燃煤電站鍋爐中共燃污泥與煤的燃燒和排放特性。通過比較不同燃燒模型的數(shù)值結(jié)果與一組全尺寸煤泥共燃現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，最終建立了精確合適的計算流體動力學(xué)（CFD）模型。該模型表明了與煤共同燃燒污泥會導(dǎo)致燃料點(diǎn)火的輕微延遲和碳燃燒的下降。也有很多學(xué)者對煤耦合生物質(zhì)燃料在流化床鍋爐內(nèi)的燃燒進(jìn)行了大量研究，結(jié)果表明流化床鍋爐在燃燒生物質(zhì)燃料時具有燃燒穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)[4-5]。王飛等人[6]的研究表明，生活污泥的摻燒可能使鍋爐煙氣中的NOx 濃度出現(xiàn)輕微下降，原因在于污泥中的尿素、氨水和灰塵等物質(zhì)，具有一定的吸收及吸附作用。

2 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

在百萬（千瓦）機(jī)組摻燒污泥時，選擇俄羅斯動力煤作為與污泥混合的煤種，摻配比例約為3:1。利用鍋爐一次熱風(fēng)在磨煤機(jī)中將燃料進(jìn)行加熱烘干磨成煤粉進(jìn)入鍋爐燃燒。

磨煤機(jī)作為入爐燃料的“守門員”，最先受到污泥的考驗(yàn)。磨煤機(jī)最大出力、電流、磨輥差壓、制粉單耗及煤粉細(xì)度作為磨煤機(jī)重要運(yùn)行參數(shù)，反映了設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。因此，選擇上述參數(shù)作為摻燒污泥時制粉系統(tǒng)運(yùn)行情況優(yōu)劣的衡量指標(biāo)，對制粉系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行比較研究，為今后順利開展污泥摻燒常態(tài)化工作提供支持。

本次試驗(yàn)計劃分四個時間段實(shí)施，分別試摻燒來自上海5 個區(qū)的污泥，累計摻燒不同種類的污泥2 803.33 t，其 中 金 山 污 泥848.51 t，奉 賢 污 泥169.6 t，嘉定污泥82.94 t，青浦污泥147.2 t，松江污泥1 555.08 t，詳見表1。

表1 漕涇電廠污泥摻燒試驗(yàn)加倉

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 污泥水分對磨煤機(jī)運(yùn)行的影響

選擇同樣來自青浦的低水分污泥和高水分污泥進(jìn)行比較，主要參數(shù)見2。

表2 青浦不同水分污泥參數(shù)

保持機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定，分別摻燒青浦兩種污泥時，磨煤機(jī)最大出力、磨煤機(jī)電流、磨輥差壓、分離器轉(zhuǎn)速記錄見表3。

表3 摻燒青浦不同水分污泥時磨煤機(jī)主要參數(shù)

當(dāng)污泥水分高時，污泥混煤的黏度較高，且熱值降低，為維持磨煤機(jī)出口燃燒穩(wěn)定，需適當(dāng)降低分離器轉(zhuǎn)速。同時，出現(xiàn)磨煤機(jī)最大出力減小，電流增大，磨輥差壓增大的情況。在摻燒青浦高水分污泥時出現(xiàn)了磨煤機(jī)堵煤現(xiàn)象，被迫停運(yùn)。連續(xù)吹掃后才能繼續(xù)運(yùn)行，磨煤機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性明顯降低。

3.2 污泥干化方式對磨煤機(jī)運(yùn)行的影響

選擇水分接近，干化方式不同的污泥進(jìn)行比較，主要參數(shù)見表4。

表4 同水分不同干化方式污泥參數(shù)

保持機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定，分別摻燒上述四種污泥時，磨煤機(jī)最大出力、磨煤機(jī)電流、磨輥差壓、分離器轉(zhuǎn)速記錄見表5。

表5 摻燒不同水分污泥時磨煤機(jī)主要參數(shù)

比較摻燒水分58%的金山朱涇污泥和水分58.1%的嘉定生石灰干化污泥時的磨煤機(jī)主要參數(shù)，不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)污泥中混有木屑時為維持磨煤機(jī)出口燃燒穩(wěn)定，分離器轉(zhuǎn)速需減低，同時磨煤機(jī)最大出力減小，電流增大，磨輥差壓增大。

比較摻燒含水率64.9%的金山排海污泥和含水率64.1%的奉賢木屑干化污泥時磨煤機(jī)主要參數(shù)，不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)污泥中混有木屑時為維持磨煤機(jī)出口燃燒穩(wěn)定，分離器轉(zhuǎn)速需減低，同時磨煤機(jī)最大出力減小，電流增大，磨輥差壓增大。在摻燒奉賢木屑干化污泥時出現(xiàn)了磨煤機(jī)堵煤現(xiàn)象，被迫停運(yùn)連續(xù)吹掃后才能繼續(xù)運(yùn)行。由于木屑的混入，需要每隔30～45 min 清理一次石子煤斗，且斗內(nèi)有明火，極大地降低了磨煤機(jī)運(yùn)行時的安全性和可靠性。

綜上，木屑干化和生石灰干化生產(chǎn)的污泥摻燒均會對制粉系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性造成影響，板框壓濾干化方式的污泥對磨煤機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性影響不大。

3.3 摻燒污泥對磨煤機(jī)制粉單耗及煤粉細(xì)度變化的影響

為研究磨煤機(jī)制粉單耗及煤粉細(xì)度變化，以2018 年10 月29 日開始的污泥摻燒為例，當(dāng)日摻燒污泥及入爐煤化驗(yàn)結(jié)果，如表6，當(dāng)日到廠的兩批污泥來自同一廠家，分別命名為“污泥1”、“污泥2”。

試驗(yàn)時維持機(jī)組負(fù)荷相對穩(wěn)定，在污泥1（2）摻燒開始前的工況定義為對照工況1（2），將摻燒污泥1（2）時的工況定義為設(shè)計工況1（2），具體工況見表7。

表6 入爐煤化驗(yàn)結(jié)果

表7 試驗(yàn)工況

煤粉細(xì)度分析采用的標(biāo)準(zhǔn)篩子有3 檔，分別為80、180、200 目，相應(yīng)的粒徑為200 μm、90μm、75μm，對應(yīng)的煤粉細(xì)度分別為R200、R90、R75。各工況下磨煤機(jī)運(yùn)行參數(shù)見表8。

如表8 所示，相比于對照工況1 和2，試驗(yàn)工況1 和工況2 下的制粉單耗分別提高1.69 kWh/t和0.56 kWh/t；煤粉細(xì)度摻燒前后變化不大[7]。原因?yàn)椋何勰嗯c俄動煤混合的“污泥混煤”含水率略高于褐煤，因此運(yùn)行時需適當(dāng)增大磨煤機(jī)熱風(fēng)調(diào)節(jié)門開度，且一次風(fēng)量與一次風(fēng)壓均有一定程度的提高；摻配煤種俄動煤的哈氏可磨系數(shù)較低，液壓加載壓力升高，磨煤機(jī)電流明顯升高。

4 結(jié)論

燃煤電站大容量鍋爐摻燒城市生活污泥將在不久的未來會成為一個重要的污泥處理方式，因此如何確保摻燒過程的安全與穩(wěn)定，避免發(fā)生影響電網(wǎng)安全狀況，根據(jù)多次試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析總結(jié)得出以下主要結(jié)論：

1）污泥水分越高，熱值越低，最大可摻配比例越低，具體限額因磨煤機(jī)本身性能差異而變化，無法給出具體數(shù)值，但是可以確定：磨煤機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性隨摻燒污泥含水量的升高而降低。

表8 磨煤機(jī)主要參數(shù)及制粉單耗

2）木屑干化和生石灰干化的污泥在摻燒時均會嚴(yán)重影響磨煤機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性，在今后大規(guī)模常態(tài)化摻燒污泥時，盡量避免上述兩種干化方式生產(chǎn)的污泥。

3）摻燒污泥后制粉單耗明顯提高，但考慮到摻燒污泥產(chǎn)生的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益，制粉單耗的上升可以接受。

4）摻燒污泥前后，煤粉細(xì)度特性變化不明顯。