火電廠摻燒污泥可行性研究

王志剛 王智 朱建國

摘 要：本文主要探討利用火電廠鍋爐處理污泥的可行性。通過對(duì)干化熱源、廢煙氣的處理、摻燒方式及鍋爐燃燒適應(yīng)性等方面進(jìn)行分析，論證摻燒污泥的可行性，為今后污泥綜合利用項(xiàng)目提供依據(jù)及參考。

關(guān)鍵詞：火電廠;污泥;摻燒;可行性

中圖分類號(hào)：TM621.2;X703文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）16-0057-02

Abstract： In this paper， the feasibility of sludge treatment by boiler in thermal power plant was discussed. Through the analysis of drying heat source， waste gas treatment， mixing combustion mode and boiler combustion adaptability， the feasibility of mixing sludge was demonstrated， which provided basis and reference for future sludge comprehensive utilization projects.

Keywords： thermal power plant;sludge;blending combustion;feasibility

1 研究背景

目前，市政污泥的處理主要有填埋、堆肥和焚燒三種途徑。填埋處理不僅占地，而且容易造成環(huán)境污染[1]。堆肥處理因?yàn)槲勰喑煞秩遮厪?fù)雜，且存在重金屬污染的威脅，受到諸多限制。焚燒處理可實(shí)現(xiàn)污泥綜合利用，且可將環(huán)境污染的影響降至最低，因此適用范圍最廣泛。

在現(xiàn)有的污泥焚燒處理工藝中，干化摻燒技術(shù)工藝先進(jìn)，無二次污染[2]，同時(shí)污泥處理企業(yè)能得到政府的補(bǔ)助。這既解決了污泥污染的難題，企業(yè)也能從中受益。因此，利用電廠燃煤鍋爐進(jìn)行污泥焚燒，具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。下面以某火電廠為例，研究燃煤鍋爐摻燒干化污泥的可行性。

2 項(xiàng)目概況

2.1 電廠概況

某電廠位于湖北省武漢市，現(xiàn)有2臺(tái)200MW機(jī)組，鍋爐采用東方鍋爐廠制造的亞臨界壓力、一次中間再熱、自然循環(huán)的汽包鍋爐。鍋爐設(shè)計(jì)煤種為煙煤，制粉系統(tǒng)采用中儲(chǔ)式鋼球磨。

鍋爐原采用四角切圓燃燒方式，百葉窗式水平濃淡燃燒器，一、二次風(fēng)噴嘴間隔布置，每只燃燒器風(fēng)箱分成十五層，每個(gè)角燃燒器噴口分成上、下兩組。為了滿足國家日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，電廠對(duì)鍋爐進(jìn)行了低氮燃燒器改造，將燃燒器改為煙臺(tái)龍?jiān)措娏夹g(shù)股份有限公司的上下濃淡低氮燃燒器，并在主燃燒器區(qū)上方布置四層分離燃盡風(fēng)，改后鍋爐的NOx生成濃度由600mg/Nm3以上下降至400mg/Nm3左右。

制粉系統(tǒng)為中儲(chǔ)式乏氣送粉方式，配4臺(tái)鋼球磨煤機(jī)、4臺(tái)排粉機(jī)，每臺(tái)排粉機(jī)出口接6根一次粉管。制粉系統(tǒng)設(shè)置4個(gè)原煤倉和2個(gè)煤粉倉用于儲(chǔ)存將進(jìn)入磨煤機(jī)的原煤和供鍋爐燃燒用的煤粉。

2.2 污泥概況

電廠附近已投運(yùn)的4家污水處理廠日產(chǎn)污泥300t，污泥年產(chǎn)量達(dá)10萬t。目前，只能對(duì)污泥采取填埋方式處理，長時(shí)間掩埋會(huì)對(duì)土壤和地下水源形成污染，影響村民耕作和生活。若遇暴雨，易發(fā)生污染物滲漏，從而引發(fā)農(nóng)田毀損、水源污染、泥石流等環(huán)境污染事故。

根據(jù)檢驗(yàn)部門出具的污泥化驗(yàn)結(jié)果，污泥初始含水率為80%，重金屬含量未超標(biāo)，滿足進(jìn)行綜合利用的標(biāo)準(zhǔn)。泥初始含水率較高，熱值低，會(huì)影響鍋爐的穩(wěn)定燃燒，因此需要進(jìn)行干化處理。

3 可行性分析

3.1 污泥干化熱源

目前，電廠耦合污泥發(fā)電大多利用電廠自身熱源對(duì)污泥進(jìn)行干化，即煙氣直接干化和蒸汽間接干化。

煙氣直接干化是利用鍋爐煙氣作為熱源，與污泥直接接觸進(jìn)行烘干后進(jìn)入鍋爐焚燒，利用鍋爐燃燒的高溫環(huán)境殺滅污泥中的微生物和寄生蟲卵，并達(dá)到防霉、除臭的污泥干化焚燒系統(tǒng)。該工藝污泥干燥機(jī)體積較小，烘干效率高，系統(tǒng)相對(duì)簡單，投資較小，根據(jù)目前現(xiàn)有機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，處理污泥的成本為80～100元/t。但是，其運(yùn)行過程中風(fēng)機(jī)功率較大，耗電量稍大。

蒸汽間接干化污泥，是利用機(jī)組中壓缸排汽作為熱源，對(duì)污泥進(jìn)行間接烘干。臭氣及烘干后的污泥，利用鍋爐燃燒的高溫環(huán)境殺滅污泥中的微生物和寄生蟲卵，并達(dá)到防霉、除臭的污泥干化焚燒系統(tǒng)。該工藝風(fēng)機(jī)功率較小，耗電量小，但污泥干燥機(jī)體積較大，烘干效率低，系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜。根據(jù)目前現(xiàn)有機(jī)組運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，采用蒸汽間接干化污泥的成本約為180～200元/t，運(yùn)行成本及設(shè)備投資巨大。

根據(jù)電廠實(shí)際情況，本項(xiàng)目采用煙氣直接干燥污泥方案。該方案投資低，技術(shù)先進(jìn)成熟，設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)全部國產(chǎn)化。干燥設(shè)備選擇破碎臥式回轉(zhuǎn)干化機(jī)，能滿足較大的脫水量，同時(shí)熱源熱效率利用率較高，廠房占地面積小，投資較少。

3.2 烘干后廢煙氣的處理

污泥蒸發(fā)產(chǎn)物除了水蒸氣外，還有硫化氫、氨、硫醇、有機(jī)硫化物等微量有機(jī)組分氣體，臭味濃度高。廢煙氣如果直接接入除塵器前，無法處理惡臭污染物，與鍋爐原煙氣混合后排放有稀釋污染排放的嫌疑。另外，如果將廢煙氣中的水蒸氣冷凝下來，產(chǎn)生的廢水污染物含量極高，電廠自身的水處理系統(tǒng)無法處理此部分廢水，需要單獨(dú)建立水處理系統(tǒng)，投資成本大、經(jīng)濟(jì)性差而且損失了部分熱量，故不建議將干化廢煙氣中的水冷凝下來處理。

3.3 干化污泥與原煤摻配方式

目前，國內(nèi)已經(jīng)投運(yùn)燃煤電廠耦合污泥發(fā)電項(xiàng)目，都是將干化后的污泥在鍋爐上煤時(shí)送到電廠輸煤皮帶與原煤混合后進(jìn)入磨煤機(jī)。由于污泥干化后臭味極大，根據(jù)在運(yùn)電廠的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在上煤時(shí)或多或少存在整條輸煤皮帶間散發(fā)臭味的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響電廠環(huán)境及工作人員的工作環(huán)境。同時(shí)，目前達(dá)州電廠擬建設(shè)污泥干化場地與電廠輸煤倉距離較遠(yuǎn)，直接送入輸煤皮帶運(yùn)距較長。另外，根據(jù)目前已運(yùn)行電廠經(jīng)驗(yàn)，采用氣力管道濃相輸送極易造成管道堵塞，嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行。綜合考慮環(huán)保與現(xiàn)場實(shí)際，建議電廠采用單獨(dú)的全封閉輸送皮帶將干污泥通過給煤機(jī)平臺(tái)加鋼球位置開孔處直接送入各臺(tái)機(jī)組的磨煤機(jī)。

3.4 摻燒污泥的適應(yīng)性分析

根據(jù)已經(jīng)進(jìn)行的污泥特性試驗(yàn)，干化污泥的物理性質(zhì)、元素分析、工業(yè)分析和低位發(fā)熱量等與褐煤有相似之處，尤其灰分和低位發(fā)熱量相近，固定碳的含量則低得多，可充當(dāng)?shù)蜋n燃料使用。污泥的燃燒特性與煤又有一定的差異，其有較低的分解溫度、起燃溫度和燃盡溫度，燃燒完全所需的時(shí)間也較少。這主要是由于其具有不同的組成和結(jié)構(gòu)。污泥主要由低級(jí)的有機(jī)物組成，結(jié)構(gòu)比較簡單，且已經(jīng)過二級(jí)生物氧化，受到不同程度的分解破壞，易于高溫分解。而煤主要由多環(huán)芳烴網(wǎng)狀物組成，結(jié)構(gòu)致密，含碳量高，受高溫不易分解，分解所需時(shí)間長。

此外，污泥中SO2、NOx的釋放溫度均低于煤。一般污泥中的硫以有機(jī)硫的形式存在，硫鐵礦硫及硫酸鹽硫含量很少;而煤中的有機(jī)硫含量較低，硫鐵礦硫及硫酸鹽硫占多數(shù)。有機(jī)硫在高溫下易于分解、揮發(fā)，而硫鐵礦硫結(jié)合較牢固，分解需要一個(gè)過程，因此污泥易于釋放SO2。污泥中的氮主要以有機(jī)氮的形式存在，有機(jī)氮在高溫下容易揮發(fā)。煤中的氮主要以雜環(huán)型氮的形式存在，雜環(huán)型氮的分解需要一個(gè)過程，這種結(jié)構(gòu)形式的差異決定了氮分解溫度的不同。從以上分析可以看出，干態(tài)污泥比煤容易燃燒。

干燥后的污泥，均具有較高的熱值，接近于褐煤的發(fā)熱量，相當(dāng)于煙煤的三分之一熱值，可以將干化后的污泥看作是一種低熱值高揮發(fā)分燃料。因此，將干化后的污泥作為輔助燃料，是完全可行的。

4 結(jié)語

按照“節(jié)能減排”和“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”的指導(dǎo)思想，通過不同污泥干化工藝比選，綜合考慮技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)性以及運(yùn)行的安全性，充分利用電廠所具有的熱源和余熱優(yōu)勢及污泥自身的特性，推薦其采用煙氣直接干化方式對(duì)城市污泥進(jìn)行干化摻燒。干燥后污泥摻燒量較少，采用煙氣再循環(huán)干燥污泥方案對(duì)鍋爐燃燒及各受熱面吸熱影響較小，對(duì)機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行基本無影響。綜上所述，利用電站鍋爐對(duì)污泥進(jìn)行焚燒處理是完全可行的。

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