華能洛陽熱電有限責(zé)任公司 張 賀 呂海威 廉文星 姜義明 華能澠池?zé)犭娪邢挢?zé)任公司 王瀟凝

隨著我國城鎮(zhèn)化水平的提高，城市污水處理能力不斷提升，污泥產(chǎn)量也隨之急劇上升。由于污泥因含有惡臭物質(zhì)、有機(jī)腐質(zhì)、寄生蟲卵和重金屬等有害物質(zhì)，若不無害化處理，對生態(tài)環(huán)境危害較大，因此如何將城市污泥污泥進(jìn)行無害化處理成為了城市發(fā)展的急需解決的問題。目前處理污泥的傳統(tǒng)方法主要有土地填埋、土地利用、污泥干燥、直接排海等[1]，但由于傳統(tǒng)處理方法的局限性，會使污泥處理帶來環(huán)境的二次污染危害，因此有別于傳統(tǒng)處理方法，并更加環(huán)保、無害的污泥處理方法是目前所急需的。

由于我國超凈排放燃煤機(jī)組的發(fā)展，通過火力發(fā)電廠進(jìn)行污泥干化摻燒，是目前國內(nèi)大力發(fā)展的污泥無害化處理發(fā)展方向，此方法可有效的實(shí)現(xiàn)污泥無害化處理，并利用電廠煙氣處理設(shè)備避免二次污染[2]，此方法不僅有效的實(shí)現(xiàn)污泥處理的無害化，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)污泥的資源化、能源化，有效的解決城市污泥的處理問題。

1 設(shè)備及系統(tǒng)概況

1.1 鍋爐概況

本文研究機(jī)組為350MW 超臨界變壓直流爐，鍋爐為哈爾濱鍋爐有限責(zé)任公司生產(chǎn)的超臨界變壓直流爐，型號為HG-1163/25.4-PM1，鍋爐本體型式采用∏型布置、單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、前后墻對沖燃燒方式，配備5套正壓直吹式制粉系統(tǒng)，分別對應(yīng)ABCDE 共5層燃燒器，鍋爐燃燒器分前三層、后兩層布置在爐膛前后墻上，在煤粉燃燒器的上方前后墻各布置2層燃盡風(fēng)，每層有4只風(fēng)口，使沿爐膛寬度方向熱負(fù)荷及煙氣溫度分布更均勻。

燃燒器采用低NOx旋流式煤粉燃燒器，燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用分級燃燒和濃淡燃燒等技術(shù)，可有效降低NOx排放量和降低鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷。鍋爐的主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1，鍋爐入爐煤煤質(zhì)特性如表2。

表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 煤質(zhì)及污泥特性

1.2 污泥干化摻燒系統(tǒng)

該火電廠所接受的污泥為某城市污水處理廠離心脫水后產(chǎn)生的80%左右含水率的濕污泥，由于污泥含水率較高，采用傳統(tǒng)污泥直接與入爐煤摻混燃燒模式會對鍋爐產(chǎn)生較大的負(fù)面影響，如磨煤機(jī)堵塞、斷煤、鍋爐滅火等問題[3]，因此為保證鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行，本文采用污泥前置高溫干化（碳化）處理技術(shù)，并將干化后的污泥顆粒送至鍋爐專用污泥燃燒器進(jìn)行燃燒處理。由于本技術(shù)中污泥摻燒相對獨(dú)立于鍋爐原制粉系統(tǒng)，因此不會對鍋爐本身燃燒系統(tǒng)造成較大影響，保證了鍋爐燃燒系統(tǒng)的穩(wěn)定，最大限度克服了傳統(tǒng)污泥摻燒模式對鍋爐安全的影響，實(shí)現(xiàn)城市污泥的無害化處理。

該火電廠城市污泥干化摻燒工藝流程如下：城市污泥送至火電廠污泥儲料倉，并通過配備的雙螺旋污泥輸送機(jī)和高壓柱塞泵將濕污泥送至污泥干燥粉碎一體機(jī)內(nèi)；而由鍋爐水平煙道尾部抽出高溫?zé)煔夂蚐CR 脫硝裝置處抽出的中溫?zé)煔膺M(jìn)行混合成合適溫度的煙氣，該煙氣送至污泥干燥粉碎一體機(jī)對濕污泥進(jìn)行脫水、干化、粉碎。處理后的的粉末及污泥中廢水、廢氣隨爐煙一起由增壓風(fēng)機(jī)送入布置在鍋爐燃盡風(fēng)層上部的污泥燃燒器出進(jìn)行燃燒，污泥燃燒產(chǎn)物通過機(jī)組的超凈煙氣處理裝置凈化后排入大氣。該污泥干化摻燒系統(tǒng)最大可處理污泥量達(dá)260噸/天。

2 污泥干化摻燒對鍋爐運(yùn)行的影響

隨著該電廠污泥干化摻燒系統(tǒng)的運(yùn)行，城市污泥處理的問題的得到了有效的緩解，并由于該系統(tǒng)不影響原有制粉系統(tǒng)的特點(diǎn)，大幅度的降低了污泥摻燒運(yùn)行對鍋爐安全運(yùn)行的威脅，但由于污泥相較于煤粉有較大的區(qū)別，因此對鍋爐運(yùn)行會產(chǎn)生影響。

本文對污泥干化摻燒投運(yùn)后鍋爐的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行研究，分別對比分析了污泥干化摻燒量在0t/h、2t/h、5t/h、8t/h、以及10t/h 等情況下對鍋爐排煙溫度、燃燒效率、煙氣污染物排放和鍋爐效率等主要運(yùn)行參數(shù)的變化，探討了該污泥干化摻燒系統(tǒng)對該火電廠350MW 直流鍋爐運(yùn)行的影響。

2.1 污泥摻燒對排煙溫度的影響

不同污泥干化摻燒量對鍋爐排煙溫度的影響如圖1所示，可以看出：在相同的機(jī)組負(fù)荷情況下，污泥摻燒量由0t/h 逐漸增加至10t/h，鍋爐排煙溫度也隨之上升。這是由于該污泥干化摻燒系統(tǒng)投運(yùn)后，一方面隨著污泥量的增加，污泥經(jīng)由高溫?zé)煔馑盏臓t內(nèi)煙氣的熱量逐漸增加，造成爐內(nèi)煙氣容積增大，使得鍋爐尾部吸熱增多，造成排煙溫度升高；另一方面由于該系統(tǒng)中污泥燃燒器位置的特殊性（燃盡風(fēng)層上部），干化后的污泥顆粒由污泥燃燒器進(jìn)入爐膛進(jìn)行燃燒，抬高了鍋爐整體火焰中心高度，進(jìn)一步造成排煙溫度升高。

圖1 污泥摻燒量對鍋爐排煙溫度的影響

而由圖1中還可看出，隨著污泥量的增加，不同負(fù)荷下鍋爐排煙溫度的增加也是不同的：在機(jī)組負(fù)荷分別為175MW、250MW、350MW 時(shí)，排煙溫度分別上升11.04℃、8.11℃以及4.87℃。這是由于在隨著鍋爐負(fù)荷的增加，污泥系統(tǒng)所消耗的煙氣量比例下降，同時(shí)入爐煤量的增加使得污泥入爐燃燒的影響相對減弱，從而在相同的污泥量的情況下，機(jī)組負(fù)荷越高對排煙溫度的影響越小。

2.2 污泥摻燒對燃燒效率的影響

本文對不同污泥干化摻燒量對鍋爐燃燒效率進(jìn)行了研究，分別對比了不同摻燒量下鍋爐飛灰含碳量的變化并進(jìn)行分析。從圖2可看出，隨著污泥摻燒量的增加，飛灰含碳量會隨之增加，導(dǎo)致鍋爐燃燒效率下降。由于污泥含水率較高，加之污泥燃燒器布置位置偏高，污泥顆粒相較于煤粉顆粒在鍋爐高溫燃燒區(qū)域停留時(shí)間較短，造成鍋爐燃燒過程中煙氣中污泥含碳顆粒燃燒相對不夠充分，因此該系統(tǒng)投運(yùn)后會造成鍋爐飛灰含碳量上升。

圖2 污泥摻燒量對鍋爐飛灰含碳量的影響

由圖2同樣可以看出，隨著負(fù)荷的增加，污泥摻燒對鍋爐飛灰含碳量的影響逐漸減小，這是由于高負(fù)荷時(shí)污泥摻燒比例相對較低且此時(shí)爐內(nèi)溫度較高，因此使得爐內(nèi)污泥的燃燒效率較高。

2.3 污泥摻燒對煙氣污染物排放的影響

在污泥干化摻燒系統(tǒng)運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)不同的污泥摻燒量對機(jī)組SCR 入口NOx的影響極小，因此本文主要對煙氣污染物中的SO2和粉塵濃度進(jìn)行研究分析。機(jī)組負(fù)荷在250MW 時(shí)，不同污泥摻燒量對鍋爐排放煙氣中SO2和粉塵濃度的影響如圖3所示。可以看出：隨著污泥摻燒量的增加，煙氣中粉塵濃度會有所升高，但是變化較小，這是由于污泥相較于煤粉灰分較小，同時(shí)進(jìn)入鍋爐的污泥量相較于煤量較低，因此污泥摻燒對粉塵影響較小。

從圖3還可以看出，在機(jī)組負(fù)荷不變的情況下，隨著污泥摻燒量的增加煙氣中SO2濃度總體呈下降趨勢，這是由于進(jìn)入鍋爐的污泥中硫分低于入爐煤，同時(shí)由于污泥含水率對煙氣中SO2濃度的影響較大，水分的存在會使SO2排放減少[4]，隨著進(jìn)入爐膛的水分的增加，鍋爐煙氣中的SO2濃度會隨之降低，因此在機(jī)組負(fù)荷不變的情況下，隨著污泥摻燒量的增加煙氣中SO2排放濃度會逐漸降低。

圖3 污泥摻燒量對鍋爐煙氣污染物排放的影響

同時(shí)污泥在燃燒過程中會產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)二噁英[1]，這也是傳統(tǒng)污泥焚燒處理過程中很難避免的問題，但根據(jù)二噁英產(chǎn)生的機(jī)理可以得知，污泥在燃燒不充分時(shí)煙氣中會產(chǎn)生過多的未燃燼物質(zhì)，并遇適量的觸媒物質(zhì)（主要為重金屬，特別是銅等）及300～500℃的溫度環(huán)境，高溫燃燒分解的二噁英會重新生成，而當(dāng)燃燒溫度達(dá)到850℃以上時(shí)煙氣中的二噁英會被徹底破壞。

在本文污泥干化摻燒系統(tǒng)中，污泥中產(chǎn)生的二噁英會隨污泥顆粒進(jìn)入鍋爐進(jìn)行焚燒，而鍋爐內(nèi)燃燒溫度遠(yuǎn)大于二噁英破壞所需的溫度，因此本文所研究污泥干化摻燒系統(tǒng)不會產(chǎn)生傳統(tǒng)污泥焚燒處理帶來的過量二噁英生成問題。

2.4 污泥摻燒對鍋爐效率的影響

污泥干化摻燒系統(tǒng)投運(yùn)后，通過對鍋爐主要運(yùn)行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的對比發(fā)現(xiàn)，污泥干化摻燒量對鍋爐氧量、灰渣量、以及直接散熱等熱損失的影響很小，所以在進(jìn)行鍋爐效率分析時(shí)可忽略上述因素的影響。因此本文只考慮污泥干化摻燒運(yùn)行后，鍋爐排煙溫度以及飛灰含碳量的變化對鍋爐效率的影響。由于鍋爐排煙溫度和飛灰含碳量在不同的機(jī)組負(fù)荷下都隨污泥摻燒量的增大而升高，因此本文鍋爐效率也會隨著污泥摻燒量的增加而降低。

本文分別對不同的負(fù)荷下（175MW、250MW和350MW），污泥摻燒量在10t/h 時(shí)的鍋爐總效率進(jìn)行對比分析。根據(jù)初步計(jì)算，在負(fù)荷為175MW時(shí)摻燒污泥相較于不摻燒鍋爐效率下降2.67%；負(fù)荷為250MW 時(shí)鍋爐效率下降1.42%；負(fù)荷為350MW時(shí)鍋爐效率下降0.79%。因此可以看出，在相同的污泥摻燒量時(shí)，隨著機(jī)組負(fù)荷的降低鍋爐效率隨之降低。且當(dāng)機(jī)組負(fù)荷較低（≤50%額定負(fù)荷）時(shí)，污泥摻燒系統(tǒng)的投運(yùn)對鍋爐效率的影響很大（效率下降超過2.5%），此時(shí)當(dāng)機(jī)組負(fù)荷較低時(shí)，為保證鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，可視情況降低污泥干化摻燒系統(tǒng)出力。

3 結(jié)語

該火電廠污泥干化（碳化）摻燒系統(tǒng)的投運(yùn)，可有效的緩解城市污泥無害化處理的難題，實(shí)現(xiàn)污泥處理的無害化、資源化和能源化，同時(shí)還克服了火電廠傳統(tǒng)污泥摻燒模式存在的磨煤機(jī)堵塞、斷煤、鍋爐滅火等問題[3]，具有較高的污泥摻燒運(yùn)行穩(wěn)定性。

由于污泥和摻燒系統(tǒng)的特殊性，污泥摻燒系統(tǒng)的投運(yùn)會對鍋爐主要經(jīng)濟(jì)參數(shù)產(chǎn)生影響：隨著污泥摻燒量的增加，鍋爐排煙溫度和飛灰含碳量會隨之升高，并且機(jī)組負(fù)荷越低鍋爐排煙溫度和飛灰含碳量上升越多；隨著污泥摻燒量的增加鍋爐排煙中SO2濃度會隨之下降，并對粉塵濃度影響相對較小，因此不會對鍋爐煙氣主要環(huán)保排放指標(biāo)產(chǎn)生負(fù)面影響，且煙氣中不會產(chǎn)生過量的二噁英等有害物質(zhì)；電廠污泥干化摻燒的的投運(yùn)會降低鍋爐效率，并且機(jī)組負(fù)荷越低對鍋爐效率的影響越大。