燃煤電廠污泥摻燒技術(shù)的應(yīng)用與設(shè)計(jì)探討

全康環(huán)保: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(xiàn)役煤電機(jī)組的高效發(fā)電系統(tǒng)和環(huán)保集中治理平臺(tái),可實(shí)現(xiàn)污泥減量化、無(wú)害化、資源化和規(guī)?；幹?符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策要求.分別對(duì)污泥的性質(zhì)、污泥摻燒對(duì)燃煤機(jī)組的影響、污泥摻燒的應(yīng)用案例進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹,對(duì)污泥摻燒工程設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了探討,為燃煤電廠污泥摻燒項(xiàng)目的建設(shè)提供技術(shù)參考.

0引言

近年來(lái)．國(guó)家能源局多次發(fā)文要求嚴(yán)格控制煤電規(guī)劃建設(shè)。淘汰落后產(chǎn)能。煤電建設(shè)正式進(jìn)入去產(chǎn)能時(shí)代。而隨著環(huán)保要求的提高．煤價(jià)上漲和發(fā)電利用小時(shí)數(shù)的下降．燃煤電廠的經(jīng)營(yíng)也遇到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。與此同時(shí)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和污水處理率的提高．污水處理的副產(chǎn)物污泥也快速增加。這些數(shù)量巨大的污泥已成為城市發(fā)展急需處理的難題。

在此背景下．燃煤電廠污泥摻燒技術(shù)得到電廠和地方政府的接受和重視。國(guó)家相關(guān)部門(mén)也出臺(tái)了一系列政策，要求推進(jìn)燃煤電廠協(xié)同資源化處理污泥．開(kāi)展燃煤污泥耦合發(fā)電示范項(xiàng)目的建設(shè)。2018年6月。國(guó)家能源局與生態(tài)環(huán)境部公布了29個(gè)燃煤耦合污泥發(fā)電技改試點(diǎn)項(xiàng)目．并要求加快燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)、成果轉(zhuǎn)化和標(biāo)準(zhǔn)制定。

污泥逐漸變廢為寶，成為各大燃煤電廠爭(zhēng)奪的資源。許多項(xiàng)目一擁而上，但對(duì)污泥特性、摻燒技術(shù)路線以及工程設(shè)計(jì)方面等還缺乏深入研究。因此本文在前人的研究基礎(chǔ)上．首先對(duì)污泥性質(zhì)和污泥摻燒應(yīng)用案例進(jìn)行介紹．然后結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)對(duì)污泥摻燒工程設(shè)計(jì)進(jìn)行技術(shù)探討．為燃煤電廠污泥摻燒項(xiàng)目的建設(shè)提供技術(shù)參考。

1污泥的基本性質(zhì)

由于污水的來(lái)源和污水處理工藝的不同．污水處理后產(chǎn)生的污泥成分非常復(fù)雜。掌握污泥的物理化學(xué)性質(zhì)和含水率，是合理處置污泥并資源化利用的基礎(chǔ)。

污泥相對(duì)密度較小、形狀不規(guī)則、比表面積與孔隙率極高。其特點(diǎn)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(fēng)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(jīng)機(jī)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(jī)物含量較高．有熱值利用價(jià)值。以上海竹園一廠和二廠的污水污泥為例．參照煤質(zhì)分析．對(duì)污泥樣品進(jìn)行分析。根據(jù)上海市城市排水監(jiān)測(cè)站2017年7月的污泥檢測(cè)數(shù)據(jù)。干化污泥(含水率30％)中水分、灰分、揮發(fā)分各占30％左右，固定碳含量很低，熱值約為動(dòng)力煤的三分之一左右?；页煞址治鲋形逖趸椎暮棵黠@偏高。

燃煤電廠摻燒的污泥一般來(lái)自污水處理廠的污泥脫水車(chē)間或污泥干化車(chē)間。按來(lái)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(duì)燃煤機(jī)組的影響

由于污泥的主要成分與燃煤有較大區(qū)別．污泥摻燒后勢(shì)必會(huì)對(duì)鍋爐的燃燒與排放產(chǎn)生一定影響．國(guó)內(nèi)已有不少學(xué)者開(kāi)始了污泥摻燒技術(shù)的研究．包括實(shí)驗(yàn)室研究和燃煤電站試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明．污泥小比例摻燒下．對(duì)鍋爐爐膛溫度沒(méi)有大的影響。鍋爐及相關(guān)輔機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定。煙氣中污染物的排放均符合國(guó)家污染控制標(biāo)準(zhǔn)，其中二嗯英、氯化氫濃度值均控制在較低的范圍內(nèi)。污泥中大部分重金屬殘留在灰渣中。但增加十分有限。不會(huì)影響粉煤灰的綜合利用。

國(guó)家住建部和發(fā)改委2011年聯(lián)合下發(fā)的污泥處理處置技術(shù)指南中指出。在具備條件的地區(qū)。鼓勵(lì)污泥在熱力發(fā)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(jìn)行。在現(xiàn)有燃煤電廠協(xié)同處置污泥時(shí)．入爐污泥的摻入量不宜超過(guò)燃煤量的8％；對(duì)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(shù)應(yīng)用案例介紹

經(jīng)調(diào)研．國(guó)內(nèi)已有多家電廠完成或正在進(jìn)行污泥摻燒的技改。多集中在山東、浙江、江蘇等地。這些項(xiàng)目多采用煙氣或蒸汽對(duì)污泥進(jìn)行干化，干化后摻入燃煤鍋爐燃燒發(fā)電。下文將對(duì)具有代表性的上海外高橋電廠污泥摻燒改造項(xiàng)目進(jìn)行介紹。

上海外高橋第二、第三發(fā)電廠與上海竹園片區(qū)污水處理廠都位于上海市浦東新區(qū)東北端。長(zhǎng)江人?？谀习叮嚯x較近。外高橋二廠為2x900 MW機(jī)組。三廠為2x1000 MW機(jī)組．分別于2004年和2008年建成投產(chǎn)．目前都滿足煙氣超凈排放要求。竹園片區(qū)現(xiàn)有污泥干化焚燒處理工程1座。處理規(guī)模150 tDS(絕干污泥)／d。二期擬建設(shè)污泥干化工程。用于處理新增的污泥量，干化后污泥運(yùn)至外高橋二廠、三廠共同摻燒處置。污泥采用薄層干化機(jī)進(jìn)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(duì)機(jī)組的正常運(yùn)行影響較小。項(xiàng)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(jīng)密閉污泥車(chē)運(yùn)至廠內(nèi)，電廠主要負(fù)責(zé)污泥的接納、儲(chǔ)運(yùn)和焚燒。

該項(xiàng)目已于2019年上半年建成．具備接收含水率30％干化污泥連續(xù)摻燒的條件。按上海市政府進(jìn)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(fā)電廠將摻燒竹園片區(qū)以外的干化污泥(如白龍港、虹橋等)，以解決污泥的處置問(wèn)題。目前，上海竹園片區(qū)的污泥干化工程仍未建成投產(chǎn)，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(kāi)展相關(guān)摻燒試驗(yàn)的研究。

外高橋二廠、三廠都曾在2017年上半年進(jìn)行了干化污泥摻燒試驗(yàn)。最大摻燒比例10％。結(jié)合最近的摻燒試驗(yàn)來(lái)看，試燒效果較好。各項(xiàng)排放指標(biāo)都滿足排放要求。需要注意的是，兩個(gè)電廠摻燒期間．吸收塔內(nèi)脫硫漿液都發(fā)生過(guò)明顯的起泡現(xiàn)象。投加消泡劑后泡沫逐漸減少，石膏品質(zhì)未見(jiàn)明顯下降。脫硫漿液中毒起泡可能與污泥燃燒產(chǎn)物有關(guān)．需要進(jìn)一步研究分析。

4污泥摻燒工程設(shè)計(jì)關(guān)鍵問(wèn)題探討

通過(guò)前文的介紹，普遍認(rèn)為污泥摻燒技術(shù)上是可行的，對(duì)鍋爐和污染物排放的影響比較有限。在污泥摻燒技改過(guò)程中，還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下問(wèn)題。

4．1污泥摻燒量的確定

污泥的摻燒量應(yīng)根據(jù)推薦的污泥摻燒比例和鍋爐運(yùn)行情況來(lái)確定。污泥每天都會(huì)產(chǎn)生，產(chǎn)量根據(jù)季節(jié)稍有波動(dòng)。而目前國(guó)內(nèi)燃煤電廠負(fù)荷變動(dòng)比較大．常不能滿負(fù)荷運(yùn)行，需考慮50％以下負(fù)荷的運(yùn)行情況。因此，污泥最大摻燒量應(yīng)先根據(jù)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的燃煤量計(jì)算出干化污泥的摻燒量．再根據(jù)污泥含水率折算到濕污泥的量。另外，還需考慮機(jī)組檢修時(shí)的污泥摻燒的運(yùn)行方式。污泥實(shí)際摻燒量應(yīng)低于最大摻燒量，以保證發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

隨著煤耗指標(biāo)和排放要求的不斷提高。300 MW以下的燃煤機(jī)組正逐步遭到淘汰．600 MW和1000 MW等級(jí)機(jī)組的占比越來(lái)越高。以2臺(tái)600 MW燃煤機(jī)組為例，1臺(tái)爐滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)鍋爐的耗煤量約為4000―5000 t／d。考慮僅有1臺(tái)機(jī)組處于50％低負(fù)荷運(yùn)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(jìn)入煤粉爐燃燒。一般需將污泥干化后與原煤混合進(jìn)入原煤倉(cāng)，污泥的干化程度需考慮污泥的輸送、儲(chǔ)存、制粉系統(tǒng)、鍋爐燃燒條件和經(jīng)濟(jì)性、安全性等來(lái)確定。

選擇合適的污泥干化程度對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。若干化程度過(guò)高。則在系統(tǒng)中易產(chǎn)生粉塵，存在自燃的可能性，增加危險(xiǎn)性．且能耗也增加，降低經(jīng)濟(jì)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(chǎn)生量較少．此時(shí)污泥已經(jīng)成形．儲(chǔ)存輸送較方便．具有工藝安全性和經(jīng)濟(jì)性。

污泥干化采用加熱干化．干化車(chē)間應(yīng)結(jié)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(guò)干熱氣體與濕物料的接觸、對(duì)流進(jìn)行換熱。這種做法的特點(diǎn)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(zhì)，也將帶來(lái)污染物排放問(wèn)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(zhì)通過(guò)熱交換器與濕污泥進(jìn)行換熱。這些介質(zhì)可能是導(dǎo)熱油、蒸汽或者熱空氣。介質(zhì)在一個(gè)封閉的回路中循環(huán)。與被干化的物料沒(méi)有接觸。浙能嘉興、國(guó)電北侖、南京華潤(rùn)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(jié)合熱媒來(lái)源、污泥成分、干化程度、對(duì)機(jī)組的影響、投資運(yùn)行費(fèi)用等多個(gè)方面進(jìn)行比選確定，選擇安全高效、穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)的干化系統(tǒng)。

4．3污泥的儲(chǔ)運(yùn)

污泥一般采用密閉汽車(chē)運(yùn)至電廠．經(jīng)稱重計(jì)量后至污泥卸料間卸料，卸料間內(nèi)設(shè)污泥接收裝置。污泥接收裝置一般地下布置，上部設(shè)電動(dòng)或液壓蓋板。卸料時(shí)開(kāi)啟，卸料完成關(guān)閉，以減少污泥臭味的外溢?？紤]到污泥具有一定腐蝕性，接收裝置一般內(nèi)襯高分子板或不銹鋼。若來(lái)泥為含水率80％的濕污泥．一般采用方形接收倉(cāng)。底部設(shè)滑架和螺旋輸送機(jī)出料。然后經(jīng)螺桿泵或柱塞泵送至污泥干化機(jī)進(jìn)行干化。若來(lái)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(jī)進(jìn)行輸送。

污泥經(jīng)干化后呈細(xì)小顆粒狀．粒徑大小跟污泥來(lái)源和干化型式有關(guān)．在干化機(jī)選型時(shí)應(yīng)優(yōu)先選擇造粒功能好的干化機(jī)．減少儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中的堵料風(fēng)險(xiǎn)和粉塵產(chǎn)生。污泥經(jīng)干化后還具有較高的溫度．不利于后續(xù)設(shè)備的安全運(yùn)行，一般需設(shè)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(shè)備表面。因此，在運(yùn)行時(shí)應(yīng)盡量減少污泥的停留時(shí)間，防止污泥長(zhǎng)時(shí)間堆積板結(jié)。

干污泥倉(cāng)進(jìn)料時(shí)倉(cāng)內(nèi)粉塵濃度較高。干化污泥又具有較高的揮發(fā)分。具有潛在的爆炸風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)采取通風(fēng)防爆的安全措施．安全措施包括對(duì)倉(cāng)內(nèi)粉塵濃度、溫度、可燃?xì)怏w濃度進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)和報(bào)警．通過(guò)倉(cāng)頂除塵風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)降塵除塵．滿足簡(jiǎn)倉(cāng)的安全運(yùn)行要求。倉(cāng)頂還需設(shè)置真空壓力釋放閥．保證倉(cāng)內(nèi)壓力的穩(wěn)定。

干污泥倉(cāng)的防堵對(duì)安全運(yùn)行同樣重要．必須采取合理有效的防堵方案。干污泥倉(cāng)宜采用平底倉(cāng)，盡量少采用錐形斗結(jié)構(gòu)．以減少倉(cāng)內(nèi)物料的掛壁，避免結(jié)拱架橋。出料方式一般為液壓滑架加螺旋輸送機(jī)出料和刮刀或螺旋形式的中心給料機(jī)進(jìn)行出料。

在干污泥輸送過(guò)程中．應(yīng)盡量避免使用帶式輸送機(jī)．一是帶式輸送機(jī)密閉較難，二是皮帶返程容易撒料。影響環(huán)境衛(wèi)生。干污泥輸送宜采用密閉結(jié)構(gòu)的刮板輸送機(jī)或螺旋輸送機(jī)，并減少污泥的垂直提升。在物料分配時(shí)，為減少堵料風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)避免采用傳統(tǒng)輸煤系統(tǒng)中的電動(dòng)三通裝置．改用雙向刮板輸送機(jī)或雙向螺旋輸送機(jī)對(duì)物料進(jìn)行分配。

為有效控制污泥摻燒比例．減少對(duì)鍋爐制粉系統(tǒng)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(yīng)用最多的混合方式就是在電廠輸煤系統(tǒng)工作過(guò)程中．將污泥按比例與原煤混合．利用輸煤皮帶機(jī)輸送至原煤倉(cāng)。摻混點(diǎn)宜設(shè)在碎煤機(jī)室取樣裝置之后．減少對(duì)輸煤棧橋和化學(xué)制樣車(chē)間的影響。若條件允許，也可設(shè)置單獨(dú)的污泥輸送線，將污泥直接輸送至原煤倉(cāng)。

4．4污泥的除臭

在污泥干化和儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中．會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵和臭味。根據(jù)上海竹園污泥處理工程的臭氣檢測(cè)．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(zhì)，將干化和儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中產(chǎn)生的這部分臭氣集中送至鍋爐燃燒處理．可達(dá)到經(jīng)濟(jì)和徹底處置的目標(biāo)。

污泥卸料點(diǎn)、污泥儲(chǔ)存?zhèn)}、上料摻混點(diǎn)是臭氣的主要逸散點(diǎn)?？煽紤]設(shè)置除塵器對(duì)此部分含塵氣體進(jìn)行收集處理。除臭設(shè)計(jì)一般與通風(fēng)設(shè)計(jì)相結(jié)合．在環(huán)保要求較高的地方應(yīng)保持污泥摻燒相關(guān)建筑物內(nèi)微負(fù)壓狀態(tài)。

輸煤棧橋和煤倉(cāng)間產(chǎn)生的臭氣較少．且整體微負(fù)壓設(shè)計(jì)較為困難．因此在調(diào)研的幾個(gè)摻燒電廠中也都未采取有效措施。在原煤倉(cāng)加倉(cāng)過(guò)程中。要保證污泥上方覆蓋一層原煤。減少臭氣的散發(fā)。在室內(nèi)臭氣濃度超標(biāo)時(shí)。應(yīng)加強(qiáng)通風(fēng)，減少建筑物內(nèi)臭氣的堆積。

5結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)污泥性質(zhì)、污泥摻燒對(duì)燃煤電廠的影響及污泥摻燒應(yīng)用案例進(jìn)行了介紹．并對(duì)摻燒工程設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了探討。

研究結(jié)果表明．依托現(xiàn)役煤電機(jī)組的高效發(fā)電系統(tǒng)和環(huán)保集中治理平臺(tái)．可實(shí)現(xiàn)污泥減量化、無(wú)害化、資源化和規(guī)?；幹茫蠂?guó)家產(chǎn)業(yè)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(lái)源具有不確定．污泥摻燒在大型燃煤電廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)較少．建議項(xiàng)目建成后仍需繼續(xù)關(guān)注摻燒對(duì)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(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。