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| 燃煤電廠污泥摻燒技術的應用與設計探討 |
| （時間:2021-3-3 9:54:24） |
摘要： 燃煤電廠污泥摻燒是一種高效的廢棄物能源化利用方式,借助現役煤電機組的高效發電系統和環保集中治理平臺,可實現污泥減量化、無害化、資源化和規模化處置,符合國家產業政策要求.分別對污泥的性質、污泥摻燒對燃煤機組的影響、污泥摻燒的應用案例進行了簡單介紹,對污泥摻燒工程設計中的關鍵問題進行了探討,為燃煤電廠污泥摻燒項目的建設提供技術參考.
0引言
近年來．國家能源局多次發文要求嚴格控制煤電規劃建設。淘汰落后產能。煤電建設正式進入去產能時代。而隨著環保要求的提高．煤價上漲和發電利用小時數的下降．燃煤電廠的經營也遇到嚴峻挑戰。與此同時，隨著社會經濟的發展和污水處理率的提高．污水處理的副產物污泥也快速增加。這些數量巨大的污泥已成為城市發展急需處理的難題。
在此背景下．燃煤電廠污泥摻燒技術得到電廠和地方政府的接受和重視。國家相關部門也出臺了一系列政策，要求推進燃煤電廠協同資源化處理污泥．開展燃煤污泥耦合發電示范項目的建設。2018年6月。國家能源局與生態環境部公布了29個燃煤耦合污泥發電技改試點項目．并要求加快燃煤耦合生物質發電關鍵技術的研究開發、成果轉化和標準制定。
污泥逐漸變廢為寶，成為各大燃煤電廠爭奪的資源。許多項目一擁而上，但對污泥特性、摻燒技術路線以及工程設計方面等還缺乏深入研究。因此本文在前人的研究基礎上．首先對污泥性質和污泥摻燒應用案例進行介紹．然后結合自身經驗對污泥摻燒工程設計進行技術探討．為燃煤電廠污泥摻燒項目的建設提供技術參考。
1污泥的基本性質
由于污水的來源和污水處理工藝的不同．污水處理后產生的污泥成分非常復雜。掌握污泥的物理化學性質和含水率，是合理處置污泥并資源化利用的基礎。
污泥相對密度較小、形狀不規則、比表面積與孔隙率極高。其特點是含水率高、脫水性差且有臭味。污泥脫水后泥餅為黑色。自然風干后呈顆粒狀。硬度大且不易破碎。污泥具有較高的含水率．污水處理廠濃縮污泥含水率為94％左右．經機械脫水后含水率可降至80％左右．部分深度脫水的污泥含水率可降至60％以下。
污泥一般呈中性或弱酸弱堿性．有機物含量較高．有熱值利用價值。以上海竹園一廠和二廠的污水污泥為例．參照煤質分析．對污泥樣品進行分析。根據上海市城市排水監測站2017年7月的污泥檢測數據。干化污泥(含水率30％)中水分、灰分、揮發分各占30％左右，固定碳含量很低，熱值約為動力煤的三分之一左右。灰成分分析中五氧化二磷的含量明顯偏高。
燃煤電廠摻燒的污泥一般來自污水處理廠的污泥脫水車間或污泥干化車間。按來料污泥的含水率可分為濕污泥和于污泥，其中濕污泥含水率為60％。80％。干污泥含水率為30％左右。
2污泥摻燒對燃煤機組的影響
由于污泥的主要成分與燃煤有較大區別．污泥摻燒后勢必會對鍋爐的燃燒與排放產生一定影響．國內已有不少學者開始了污泥摻燒技術的研究．包括實驗室研究和燃煤電站試驗研究。研究結果表明．污泥小比例摻燒下．對鍋爐爐膛溫度沒有大的影響。鍋爐及相關輔機運行穩定。煙氣中污染物的排放均符合國家污染控制標準，其中二嗯英、氯化氫濃度值均控制在較低的范圍內。污泥中大部分重金屬殘留在灰渣中。但增加十分有限。不會影響粉煤灰的綜合利用。
國家住建部和發改委2011年聯合下發的污泥處理處置技術指南中指出。在具備條件的地區。鼓勵污泥在熱力發電廠鍋爐中與煤混合焚燒：混燒污泥宜在35 t／lI以上的燃煤鍋爐上進行。在現有燃煤電廠協同處置污泥時．入爐污泥的摻入量不宜超過燃煤量的8％；對于考慮污泥摻燒的新建鍋爐。污泥摻燒量可不受上述限制。
3污泥摻燒技術應用案例介紹
經調研．國內已有多家電廠完成或正在進行污泥摻燒的技改。多集中在山東、浙江、江蘇等地。這些項目多采用煙氣或蒸汽對污泥進行干化，干化后摻入燃煤鍋爐燃燒發電。下文將對具有代表性的上海外高橋電廠污泥摻燒改造項目進行介紹。
上海外高橋第二、第三發電廠與上海竹園片區污水處理廠都位于上海市浦東新區東北端。長江人海口南岸．距離較近。外高橋二廠為2x900 MW機組。三廠為2x1000 MW機組．分別于2004年和2008年建成投產．目前都滿足煙氣超凈排放要求。竹園片區現有污泥干化焚燒處理工程1座。處理規模150 tDS(絕干污泥)／d。二期擬建設污泥干化工程。用于處理新增的污泥量，干化后污泥運至外高橋二廠、三廠共同摻燒處置。污泥采用薄層干化機進行干化，干化后污泥含水率范圍為20％。33％。折算成30％含水率的污泥量約320 t／d。干化污泥平均摻燒比例低于2％。最大摻燒比例低于6％，對機組的正常運行影響較小。項目建成后。電廠向污泥處理廠出售蒸汽。污泥處理廠將干化污泥作為輔助燃料出售給電廠。干化后污泥經密閉污泥車運至廠內，電廠主要負責污泥的接納、儲運和焚燒。
該項目已于2019年上半年建成．具備接收含水率30％干化污泥連續摻燒的條件。按上海市政府進一步研究完善全市污水廠污泥處置方案，外高橋第二、第三發電廠將摻燒竹園片區以外的干化污泥(如白龍港、虹橋等)，以解決污泥的處置問題。目前，上海竹園片區的污泥干化工程仍未建成投產，電廠主要接收上海虹橋污水廠、白龍港污水廠、竹園污水處理廠含水率30％．60％的污泥．并開展相關摻燒試驗的研究。
外高橋二廠、三廠都曾在2017年上半年進行了干化污泥摻燒試驗。最大摻燒比例10％。結合最近的摻燒試驗來看，試燒效果較好。各項排放指標都滿足排放要求。需要注意的是，兩個電廠摻燒期間．吸收塔內脫硫漿液都發生過明顯的起泡現象。投加消泡劑后泡沫逐漸減少，石膏品質未見明顯下降。脫硫漿液中毒起泡可能與污泥燃燒產物有關．需要進一步研究分析。
4污泥摻燒工程設計關鍵問題探討
通過前文的介紹，普遍認為污泥摻燒技術上是可行的，對鍋爐和污染物排放的影響比較有限。在污泥摻燒技改過程中，還應重點關注以下問題。
4．1污泥摻燒量的確定
污泥的摻燒量應根據推薦的污泥摻燒比例和鍋爐運行情況來確定。污泥每天都會產生，產量根據季節稍有波動。而目前國內燃煤電廠負荷變動比較大．常不能滿負荷運行，需考慮50％以下負荷的運行情況。因此，污泥最大摻燒量應先根據低負荷運行時的燃煤量計算出干化污泥的摻燒量．再根據污泥含水率折算到濕污泥的量。另外，還需考慮機組檢修時的污泥摻燒的運行方式。污泥實際摻燒量應低于最大摻燒量，以保證發電機組的安全穩定運行。
隨著煤耗指標和排放要求的不斷提高。300 MW以下的燃煤機組正逐步遭到淘汰．600 MW和1000 MW等級機組的占比越來越高。以2臺600 MW燃煤機組為例，1臺爐滿負荷運行時鍋爐的耗煤量約為4000—5000 t／d。考慮僅有1臺機組處于50％低負荷運行．污泥最大摻燒比例取8％，則干化污泥最大摻燒量為160。200 t／d．折算到含水率80％的濕污泥處理量為560～700 t／d。
4．2污泥的干化
原污泥由于粘度大、水分多等因素。不可直接進入煤粉爐燃燒。一般需將污泥干化后與原煤混合進入原煤倉，污泥的干化程度需考慮污泥的輸送、儲存、制粉系統、鍋爐燃燒條件和經濟性、安全性等來確定。
選擇合適的污泥干化程度對系統設計至關重要。若干化程度過高。則在系統中易產生粉塵，存在自燃的可能性，增加危險性．且能耗也增加，降低經濟性。含水率30％．40％的污泥仍然屬于半干程度。粉塵和干化尾氣產生量較少．此時污泥已經成形．儲存輸送較方便．具有工藝安全性和經濟性。
污泥干化采用加熱干化．干化車間應結合總平面和工藝流程多方案比選確定。一般可將污泥干化分為兩種類型：直接干化和間接干化。直接干化是將高溫干熱氣體直接引入干燥器．通過干熱氣體與濕物料的接觸、對流進行換熱。這種做法的特點是熱量利用的效率高．但是如果被干化的物料具有污染物性質，也將帶來污染物排放問題。山東華能臨沂電廠、華電滕州新源熱電、華電濰坊電廠、華能萊蕪熱電等均采用煙氣直接干化。間接干化是將熱量介質通過熱交換器與濕污泥進行換熱。這些介質可能是導熱油、蒸汽或者熱空氣。介質在一個封閉的回路中循環。與被干化的物料沒有接觸。浙能嘉興、國電北侖、南京華潤熱電、上海竹園污泥處理廠等均采用蒸汽間接干化。
干化方式需結合熱媒來源、污泥成分、干化程度、對機組的影響、投資運行費用等多個方面進行比選確定，選擇安全高效、穩定經濟的干化系統。
4．3污泥的儲運
污泥一般采用密閉汽車運至電廠．經稱重計量后至污泥卸料間卸料，卸料間內設污泥接收裝置。污泥接收裝置一般地下布置，上部設電動或液壓蓋板。卸料時開啟，卸料完成關閉，以減少污泥臭味的外溢。考慮到污泥具有一定腐蝕性，接收裝置一般內襯高分子板或不銹鋼。若來泥為含水率80％的濕污泥．一般采用方形接收倉。底部設滑架和螺旋輸送機出料。然后經螺桿泵或柱塞泵送至污泥干化機進行干化。若來泥為含水率50％。60％的濕污泥或干化污泥，泵送比較困難．可采用污泥刮板輸送機進行輸送。
污泥經干化后呈細小顆粒狀．粒徑大小跟污泥來源和干化型式有關．在干化機選型時應優先選擇造粒功能好的干化機．減少儲運過程中的堵料風險和粉塵產生。污泥經干化后還具有較高的溫度．不利于后續設備的安全運行，一般需設置冷卻裝置將污泥冷卻至50℃以下。冷卻后的干污泥較硬，但比表面積與孔隙率較高，易吸潮粘附在設備表面。因此，在運行時應盡量減少污泥的停留時間，防止污泥長時間堆積板結。
干污泥倉進料時倉內粉塵濃度較高。干化污泥又具有較高的揮發分。具有潛在的爆炸風險，應采取通風防爆的安全措施．安全措施包括對倉內粉塵濃度、溫度、可燃氣體濃度進行自動監測和報警．通過倉頂除塵風機強制通風降塵除塵．滿足簡倉的安全運行要求。倉頂還需設置真空壓力釋放閥．保證倉內壓力的穩定。
干污泥倉的防堵對安全運行同樣重要．必須采取合理有效的防堵方案。干污泥倉宜采用平底倉，盡量少采用錐形斗結構．以減少倉內物料的掛壁，避免結拱架橋。出料方式一般為液壓滑架加螺旋輸送機出料和刮刀或螺旋形式的中心給料機進行出料。
在干污泥輸送過程中．應盡量避免使用帶式輸送機．一是帶式輸送機密閉較難，二是皮帶返程容易撒料。影響環境衛生。干污泥輸送宜采用密閉結構的刮板輸送機或螺旋輸送機，并減少污泥的垂直提升。在物料分配時，為減少堵料風險，應避免采用傳統輸煤系統中的電動三通裝置．改用雙向刮板輸送機或雙向螺旋輸送機對物料進行分配。
為有效控制污泥摻燒比例．減少對鍋爐制粉系統和污染物排放的影響．干化后污泥需按比例均勻加入燃煤中。應用最多的混合方式就是在電廠輸煤系統工作過程中．將污泥按比例與原煤混合．利用輸煤皮帶機輸送至原煤倉。摻混點宜設在碎煤機室取樣裝置之后．減少對輸煤棧橋和化學制樣車間的影響。若條件允許，也可設置單獨的污泥輸送線，將污泥直接輸送至原煤倉。
4．4污泥的除臭
在污泥干化和儲運過程中．會產生大量的粉塵和臭味。根據上海竹園污泥處理工程的臭氣檢測．干化尾氣中主要致臭因子有氨氣、硫化氫、甲硫醇、二甲二硫醚等物質，將干化和儲運過程中產生的這部分臭氣集中送至鍋爐燃燒處理．可達到經濟和徹底處置的目標。
污泥卸料點、污泥儲存倉、上料摻混點是臭氣的主要逸散點。可考慮設置除塵器對此部分含塵氣體進行收集處理。除臭設計一般與通風設計相結合．在環保要求較高的地方應保持污泥摻燒相關建筑物內微負壓狀態。
輸煤棧橋和煤倉間產生的臭氣較少．且整體微負壓設計較為困難．因此在調研的幾個摻燒電廠中也都未采取有效措施。在原煤倉加倉過程中。要保證污泥上方覆蓋一層原煤。減少臭氣的散發。在室內臭氣濃度超標時。應加強通風，減少建筑物內臭氣的堆積。
5結語
本文對污泥性質、污泥摻燒對燃煤電廠的影響及污泥摻燒應用案例進行了介紹．并對摻燒工程設計的相關問題進行了探討。
研究結果表明．依托現役煤電機組的高效發電系統和環保集中治理平臺．可實現污泥減量化、無害化、資源化和規模化處置．符合國家產業政策要求。是一種有效的污泥處理處置途徑。
考慮到污泥的來源具有不確定．污泥摻燒在大型燃煤電廠的運行經驗較少．建議項目建成后仍需繼續關注摻燒對鍋爐制粉、燃燒、煙氣排放和灰渣、石膏綜合利用的影響，保證機組的安全穩定運行。
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