350MW直流鍋爐污泥干化摻燒技術應用與分析

華能洛陽熱電有限責任公司 張 賀 呂海威 廉文星 姜義明 華能澠池熱電有限責任公司 王瀟凝

隨著我國城鎮化水平的提高，城市污水處理能力不斷提升，污泥產量也隨之急劇上升。由于污泥因含有惡臭物質、有機腐質、寄生蟲卵和重金屬等有害物質，若不無害化處理，對生態環境危害較大，因此如何將城市污泥污泥進行無害化處理成為了城市發展的急需解決的問題。目前處理污泥的傳統方法主要有土地填埋、土地利用、污泥干燥、直接排海等[1]，但由于傳統處理方法的局限性，會使污泥處理帶來環境的二次污染危害，因此有別于傳統處理方法，并更加環保、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組的發展，通過火力發電廠進行污泥干化摻燒，是目前國內大力發展的污泥無害化處理發展方向，此方法可有效的實現污泥無害化處理，并利用電廠煙氣處理設備避免二次污染[2]，此方法不僅有效的實現污泥處理的無害化，同時還可實現污泥的資源化、能源化，有效的解決城市污泥的處理問題。

1 設備及系統概況

1.1 鍋爐概況

本文研究機組為350MW 超臨界變壓直流爐，鍋爐為哈爾濱鍋爐有限責任公司生產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、露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構、前后墻對沖燃燒方式，配備5套正壓直吹式制粉系統，分別對應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，每層有4只風口，使沿爐膛寬度方向熱負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，燃燒系統設計采用分級燃燒和濃淡燃燒等技術，可有效降低NOx排放量和降低鍋爐最低穩燃負荷。鍋爐的主要設計參數見表1，鍋爐入爐煤煤質特性如表2。

表1 鍋爐主要設計參數

表2 煤質及污泥特性

1.2 污泥干化摻燒系統

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，采用傳統污泥直接與入爐煤摻混燃燒模式會對鍋爐產生較大的負面影響，如磨煤機堵塞、斷煤、鍋爐滅火等問題[3]，因此為保證鍋爐安全穩定運行，本文采用污泥前置高溫干化（碳化）處理技術，并將干化后的污泥顆粒送至鍋爐專用污泥燃燒器進行燃燒處理。由于本技術中污泥摻燒相對獨立于鍋爐原制粉系統，因此不會對鍋爐本身燃燒系統造成較大影響，保證了鍋爐燃燒系統的穩定，最大限度克服了傳統污泥摻燒模式對鍋爐安全的影響，實現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和高壓柱塞泵將濕污泥送至污泥干燥粉碎一體機內；而由鍋爐水平煙道尾部抽出高溫煙氣和SCR 脫硝裝置處抽出的中溫煙氣進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對濕污泥進行脫水、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機送入布置在鍋爐燃盡風層上部的污泥燃燒器出進行燃燒，污泥燃燒產物通過機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最大可處理污泥量達260噸/天。

2 污泥干化摻燒對鍋爐運行的影響

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

本文對污泥干化摻燒投運后鍋爐的實際運行情況進行研究，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行參數的變化，探討了該污泥干化摻燒系統對該火電廠350MW 直流鍋爐運行的影響。

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：在相同的機組負荷情況下，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投運后，一方面隨著污泥量的增加，污泥經由高溫煙氣所吸收的爐內煙氣的熱量逐漸增加，造成爐內煙氣容積增大，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中污泥燃燒器位置的特殊性（燃盡風層上部），干化后的污泥顆粒由污泥燃燒器進入爐膛進行燃燒，抬高了鍋爐整體火焰中心高度，進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，不同負荷下鍋爐排煙溫度的增加也是不同的：在機組負荷分別為175MW、250MW、350MW 時，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荷的增加，污泥系統所消耗的煙氣量比例下降，同時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，機組負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域停留時間較短，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，因此該系統投運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，這是由于高負荷時污泥摻燒比例相對較低且此時爐內溫度較高，因此使得爐內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運行過程中，發現不同的污泥摻燒量對機組SCR 入口NOx的影響極小，因此本文主要對煙氣污染物中的SO2和粉塵濃度進行研究分析。機組負荷在250MW 時，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，同時進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，在機組負荷不變的情況下，隨著污泥摻燒量的增加煙氣中SO2濃度總體呈下降趨勢，這是由于進入鍋爐的污泥中硫分低于入爐煤，同時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，因此在機組負荷不變的情況下，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

同時污泥在燃燒過程中會產生有毒有害物質二噁英[1]，這也是傳統污泥焚燒處理過程中很難避免的問題，但根據二噁英產生的機理可以得知，污泥在燃燒不充分時煙氣中會產生過多的未燃燼物質，并遇適量的觸媒物質（主要為重金屬，特別是銅等）及300～500℃的溫度環境，高溫燃燒分解的二噁英會重新生成，而當燃燒溫度達到850℃以上時煙氣中的二噁英會被徹底破壞。

在本文污泥干化摻燒系統中，污泥中產生的二噁英會隨污泥顆粒進入鍋爐進行焚燒，而鍋爐內燃燒溫度遠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不會產生傳統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

污泥干化摻燒系統投運后，通過對鍋爐主要運行經濟指標的對比發現，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，所以在進行鍋爐效率分析時可忽略上述因素的影響。因此本文只考慮污泥干化摻燒運行后，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組負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荷下（175MW、250MW和350MW），污泥摻燒量在10t/h 時的鍋爐總效率進行對比分析。根據初步計算，在負荷為175MW時摻燒污泥相較于不摻燒鍋爐效率下降2.67%；負荷為250MW 時鍋爐效率下降1.42%；負荷為350MW時鍋爐效率下降0.79%。因此可以看出，在相同的污泥摻燒量時，隨著機組負荷的降低鍋爐效率隨之降低。且當機組負荷較低（≤50%額定負荷）時，污泥摻燒系統的投運對鍋爐效率的影響很大（效率下降超過2.5%），此時當機組負荷較低時，為保證鍋爐運行經濟性，可視情況降低污泥干化摻燒系統出力。

3 結語

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

由于污泥和摻燒系統的特殊性，污泥摻燒系統的投運會對鍋爐主要經濟參數產生影響：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，并且機組負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保排放指標產生負面影響，且煙氣中不會產生過量的二噁英等有害物質；電廠污泥干化摻燒的的投運會降低鍋爐效率，并且機組負荷越低對鍋爐效率的影響越大。