330 MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組燃煤耦合污泥發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用

全康環(huán)保:摘 要：隨著環(huán)保要求的提高和城市污水處理規(guī)模的擴(kuò)大，城市污泥量迅速增加，而現(xiàn)有的污泥處置方式已不符合污泥處置的基本要求，還存在二次污染，污泥處置困局日益擴(kuò)大。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外的污泥處置的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，污泥在大型燃煤火力發(fā)電機(jī)組中進(jìn)行燃煤耦合發(fā)電的實(shí)際運(yùn)用，提出了城市污泥減量化、無(wú)害化、綜合利用的新途徑，實(shí)現(xiàn)了社會(huì)效益和企業(yè)效益的共贏。

關(guān)鍵詞：污泥處置;熱電聯(lián)產(chǎn);燃煤機(jī)組;耦合發(fā)電;環(huán)保;經(jīng)濟(jì);

當(dāng)前城市污泥生成現(xiàn)狀(以廣州為例):在《廣東省環(huán)境保護(hù)“十三五”規(guī)劃》(粵環(huán)[2016]51號(hào))、《廣東省城鎮(zhèn)生活污水處理廠污泥處理處置管理辦法(暫行)》的推動(dòng)下，廣東省城鎮(zhèn)污水和污泥處理設(shè)施加速建設(shè)，污水處理規(guī)模大幅提升;到2020年全省縣級(jí)以上城市新增配套污水管網(wǎng)10776.92 km，建制鎮(zhèn)新增配套污水管網(wǎng)4556.81 km，改造各類老舊污水管網(wǎng)2342 km。2018年廣州市設(shè)計(jì)污水處理規(guī)模在1000 t/d以上的污水處理廠總規(guī)模為597萬(wàn)t/d;2020年廣州市新建成6座污水處理廠，新增污水處理規(guī)模101萬(wàn)t/d;按照處理1萬(wàn)t生活污水(含水率80%)產(chǎn)生污泥5～8 t，廣州市污水處理廠按60%設(shè)計(jì)規(guī)模運(yùn)行計(jì)算，所產(chǎn)的污泥量為2100～3360 t/d,76～122萬(wàn)t/a。

1 當(dāng)前污泥處置方式

污水處理廠在污水處理過(guò)程中必定會(huì)產(chǎn)生一定量的半固態(tài)或固態(tài)物質(zhì)，即慣稱的“污泥”。污泥的處理、處置應(yīng)遵循減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化、資源化的原則，鼓勵(lì)回收和利用污泥中的能源和資源，以達(dá)到節(jié)能減排和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目的。目前污泥處置消納方式主要有3種:土地利用、填埋、建筑材料綜合利用等。

1.1 土地利用消納方式

污泥的土地利用消納方式主要包括土地改良、園林綠化和農(nóng)用。該方式充分利用污泥中的氮、磷、鉀等有機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分促進(jìn)植物生長(zhǎng)，并利用植物吸收特性改善土壤性狀。這樣既達(dá)到了處置污泥的目的，又產(chǎn)生了一定環(huán)境效益。但污泥農(nóng)用對(duì)污泥質(zhì)量尤其A級(jí)污泥利用方面的要求比較高，并對(duì)重金屬及有毒有機(jī)物的含量做了嚴(yán)格限制。

1.2 作為建筑材料綜合利用

污泥作為建筑材料的綜合利用是指污泥的無(wú)機(jī)化處理，即用于制作水泥添加料、制磚、制輕質(zhì)骨料和路基材料等。污泥建筑材料利用需符合國(guó)家和地方的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求，并嚴(yán)格防范在生產(chǎn)和使用中造成二次污染。

1.3 污泥填埋處置

污泥填埋一般是指混合填埋，即將污泥運(yùn)入生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)與生活垃圾進(jìn)行共同處置的過(guò)程。污泥的特性使污泥容易堵塞垃圾填埋場(chǎng)的滲濾液收集管道，加上污泥堆積發(fā)酵產(chǎn)生的甲烷等氣體，不僅有惡臭，還極易引發(fā)安全隱患。目前國(guó)家已嚴(yán)格限制未經(jīng)無(wú)機(jī)化處理的污泥的直接填埋，填埋也不再作為污泥處置的主要處置方式，僅僅作為污泥處置的應(yīng)急方式使用。

2 污泥處置趨勢(shì)

2.1 污泥處置的政策導(dǎo)向

根據(jù)《廣東省打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃(2018―2020年)》(粵辦發(fā)[2018]29號(hào))中的落實(shí)固體廢物綜合管理具體措施，到2020年全省新增污泥處理處置設(shè)施17座，要加快廣州、佛山、江門、肇慶、清遠(yuǎn)等市危險(xiǎn)廢物焚燒設(shè)施建設(shè)，力爭(zhēng)2020年全省焚燒處置能力增加20萬(wàn)t/a以上。2021年廣州市《政府工作報(bào)告》推進(jìn)污泥焚燒設(shè)施建設(shè)，加快5座資源熱力電廠二期建設(shè)，焚燒處理率從15%提升到70%。政府對(duì)污泥等固廢處置的重點(diǎn)導(dǎo)向?yàn)榉贌?，政策也正積極鼓勵(lì)城市污泥的焚燒設(shè)施建設(shè)。

2.2 污泥耦合發(fā)電可行性

污泥焚燒處置法在日本應(yīng)用最為廣泛，1992年日本共有1892座焚燒爐燃燒處置了75%的市政污泥，污泥焚燒早期只為處理污泥而生。隨著科技發(fā)展和對(duì)污泥的認(rèn)識(shí)的提高，人們發(fā)現(xiàn)污泥中含有一定的熱值，可以加以利用。污泥焚燒多段豎爐在德國(guó)開(kāi)始應(yīng)用，后來(lái)流化床爐污泥焚燒技術(shù)逐漸占領(lǐng)市場(chǎng)，至今大約占90%以上份額。隨著污泥量的增加，此種方式的弊端也日益顯現(xiàn)。最主要的弊端包括投資大，爐溫低，處置過(guò)程中需專門添注燃料，且產(chǎn)生的二?f英會(huì)形成二次污染。隨著技術(shù)發(fā)展，燃煤耦合污泥發(fā)電技術(shù)在大型燃煤發(fā)電廠中開(kāi)始被運(yùn)用，將污泥干化處理后，再由電廠燃煤鍋爐耦合焚燒，不但有效處置了污泥，還能利用產(chǎn)生的熱量實(shí)現(xiàn)發(fā)電，同時(shí)借助燃煤電廠現(xiàn)有環(huán)保處理設(shè)備實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，實(shí)現(xiàn)污泥的減量化、無(wú)害化、資源化處置。因此，燃煤耦合污泥發(fā)電是一種高效、環(huán)保的污泥處置方式。

3 燃煤耦合污泥發(fā)電技術(shù)實(shí)施方案

3.1 熱電聯(lián)產(chǎn)燃煤機(jī)組概況

某電廠2×330 MW機(jī)組為熱電聯(lián)產(chǎn)燃煤發(fā)電機(jī)組，鍋爐為東方鍋爐廠的DG1080/17.4-II6型、亞臨界參數(shù)、汽包自然循環(huán)、四角切圓燃燒、直吹式制粉系統(tǒng)、一次中間再熱、擺動(dòng)燃燒器調(diào)溫、平衡通風(fēng)、單爐膛“π”型布置、全鋼架全懸吊結(jié)構(gòu)、緊身封閉、爐頂帶金屬防雨罩、固態(tài)排渣煤粉爐。汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠的CC330-16.67/3.5/1.0/538/538型亞臨界、中間再熱、單軸、兩缸兩排汽凝汽式供熱汽輪機(jī)。發(fā)電機(jī)為東方電機(jī)廠的QFSN-330-2-20B型三相、兩極、隱極式同步交流發(fā)電機(jī)。該廠一直貫徹“環(huán)保先行”的理念，于2015年6月率先在廣州市實(shí)施了燃煤電廠“超潔凈”排放改造:SCR脫硝系統(tǒng)增效改造、電袋復(fù)合除塵器改造、濕法脫硫增效改造、濕式電除塵器改造、MGGH煙氣蒸汽換熱改造、增壓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的“增、引合一”改造。改造后環(huán)保排放指標(biāo)均低于“50355”的排放標(biāo)準(zhǔn)。2016年實(shí)施脫硫廢水排放改造，基本實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)廢水零排放。

3.2 具體實(shí)施方案

某電廠結(jié)合污泥的處置現(xiàn)狀，充分利用2×330MW熱電聯(lián)產(chǎn)燃煤發(fā)電機(jī)組的設(shè)備和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)施建設(shè)燃煤耦合污泥發(fā)電技術(shù)項(xiàng)目工程。該項(xiàng)目工程建設(shè)規(guī)模:日處置污泥量350 t，年處置污泥量12.78萬(wàn)t。項(xiàng)目工程采用“汽車運(yùn)輸干污泥進(jìn)廠+污泥儲(chǔ)存、輸送+與原煤摻混+(鍋爐現(xiàn)有制粉系統(tǒng))研磨干燥+鍋爐焚燒+污物處置”的技術(shù)路線。該項(xiàng)目工程工藝流程:干污泥由汽車運(yùn)至電廠污泥卸儲(chǔ)料一體車間，車間內(nèi)設(shè)1個(gè)30 m3容量的卸料斗;卸料斗下設(shè)卸料滑架給料機(jī)，滑架給料機(jī)下設(shè)螺旋式卸料輸送機(jī)，將干化污泥分別輸送至提升機(jī)，由提升機(jī)螺旋將污泥送至系統(tǒng)頂部?jī)?chǔ)料倉(cāng)。儲(chǔ)料倉(cāng)下設(shè)置撥料式滑架給料機(jī)，干化污泥通過(guò)劃架計(jì)量裝置精準(zhǔn)計(jì)量，將摻燒比例控制在需要摻燒量，再通過(guò)刮板式輸送機(jī)向電廠輸煤皮帶輸送。電廠的輸煤皮帶為A、B兩套，運(yùn)行方式為一套運(yùn)行一套備用，在刮板給料機(jī)下部設(shè)置一電動(dòng)三通，以滿足對(duì)A、B兩套輸煤皮帶的選擇。經(jīng)過(guò)電動(dòng)三通后，污泥被輸送至電廠上煤系統(tǒng)的#7A、#7B輸煤皮帶尾部，與運(yùn)行皮帶上的原煤均勻摻混后送至相應(yīng)的給煤機(jī)原煤斗，再經(jīng)過(guò)磨煤機(jī)碾磨、干燥后送入鍋爐焚燒。其主要流程如圖1所示。

3.3 項(xiàng)目實(shí)施控制效果

3.3.1 污泥處理過(guò)程中的廢氣控制

污泥處理過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣主要為污泥卸儲(chǔ)量車間、料倉(cāng)、棧橋及干料輸送過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣。借助國(guó)內(nèi)外同類工程設(shè)置的經(jīng)驗(yàn)，干化污泥卸儲(chǔ)量車間、料倉(cāng)、棧橋及干料輸送系統(tǒng)均可采用微負(fù)壓系統(tǒng)，各吸風(fēng)口的廢氣經(jīng)各分管、支管收集后集中送到鍋爐中焚燒處置。整個(gè)過(guò)程采用的是負(fù)壓系統(tǒng)，直接排放對(duì)環(huán)境的影響極小。當(dāng)機(jī)組均停機(jī)時(shí)，干化污泥卸儲(chǔ)量車間、料倉(cāng)、棧橋及干料輸送中產(chǎn)生的廢氣，可以采用設(shè)置活性炭吸附裝置處理后，再經(jīng)風(fēng)機(jī)排出車間。

3.3.2 運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)控制

污泥在運(yùn)輸過(guò)程中，運(yùn)輸車輛采用密封的自卸罐車，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的對(duì)接，中途不轉(zhuǎn)場(chǎng)、不卸車，所以運(yùn)輸環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)低。

3.3.3 污泥焚燒后煙氣控制

該電廠“超潔凈”排放改造后，脫硫系統(tǒng)采用單塔單循環(huán)石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)，脫硫效率≥98.7%、脫硫后SO2<35 mg/m3，脫硝系統(tǒng)采用三層催化劑SCR脫硝技術(shù)，脫硝率≥90%，脫硝后NOx<50 mg/m3。對(duì)于在燃煤耦合污泥焚燒發(fā)電過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣，主要考慮污泥燃燒后煙氣中的SO2、NOx排放。由于污泥的含硫量較低，甚至有的污泥含硫量為“0”，所以可以合理配比各污水廠污泥和每批摻混污泥數(shù)量，確保污泥和煤摻燒料的含硫量≤0.6%。

3.3.4 粉塵及爐渣控制

該電廠除塵器采用“2電場(chǎng)+2布袋”的電袋復(fù)合除塵器，在脫硫系統(tǒng)后布置濕式電除塵器，對(duì)于亞微米大小的顆粒，包括微細(xì)顆粒物(PM2.5粉塵)、SO3酸霧、重金屬(汞等)都有較好的收集性能，完全可以將引風(fēng)機(jī)出口粉塵控制在5 mg/m3以內(nèi)。對(duì)于爐渣中重金屬含量增量，經(jīng)分析增加幅度小，可不作考慮，爐渣可以使用電廠現(xiàn)有的爐渣處理系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)其爐渣的二次利用。

3.3.5 二?f英控制

該電廠鍋爐為東方鍋爐廠的DG1080/17.4-II6型四角切圓燃燒、直吹式制粉系統(tǒng)鍋爐。B-MCR工況鍋爐蒸發(fā)量為1080 t/h，鍋爐火焰中心溫度可達(dá)1800℃，爐膛出口溫度約1100℃，遠(yuǎn)大于二?f英生成溫度850℃。鍋爐爐膛出口標(biāo)高為54.5 m，污泥作為燃料與煤粉一同送入爐膛內(nèi)部，在爐內(nèi)停留時(shí)間遠(yuǎn)大于2 s。電廠運(yùn)行中煙氣中氧含量在8%以下，理論上二?f英的增幅可忽略。鍋爐煙囪高210 m，完全可以實(shí)現(xiàn)煙氣處理達(dá)標(biāo)后排放，滿足環(huán)保排放要求。

3.3.6 污泥的熱值再利用

污泥中含有一定的木質(zhì)素和有機(jī)物，所以具有一定的熱值。本項(xiàng)目選定處置污泥來(lái)源為廣州市某幾家污水處理廠，通過(guò)對(duì)這幾家污水廠的污泥隨機(jī)抽樣，并進(jìn)行工業(yè)分析(見(jiàn)表1)，可見(jiàn)其具有較好的可回收價(jià)值，可以再利用于協(xié)同發(fā)電和供熱。

4 燃煤耦合污泥發(fā)電摻燒試驗(yàn)

該燃煤耦合污泥發(fā)電摻燒項(xiàng)目工程2018年5月建設(shè)立項(xiàng)，2019年1月開(kāi)始建設(shè)，2020年9月建成投運(yùn)。項(xiàng)目竣工后為項(xiàng)目組評(píng)估在污泥不同摻燒比例下對(duì)鍋爐燃燒安全、鍋爐效率、環(huán)境的影響，以及檢驗(yàn)污泥除臭設(shè)備運(yùn)行效果，進(jìn)行了不同污泥摻燒比例(5%、7%、10%)及機(jī)組70%負(fù)荷(主蒸汽流量>700 t/h)和100%負(fù)荷(主蒸汽流量>900 t/h)工況下的對(duì)比試驗(yàn)。記錄各個(gè)試驗(yàn)工況下鍋爐運(yùn)行主要參數(shù)及試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。二?f英排放根據(jù)環(huán)保技術(shù)要求設(shè)置2處監(jiān)測(cè)點(diǎn)，根據(jù)監(jiān)測(cè)曲線取最大值分析，二?f英的排放量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于控制標(biāo)準(zhǔn)，二?f英監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

在進(jìn)行污泥摻燒比例為5%、7%、10%的3種不同比例，以及機(jī)組70%負(fù)荷(主蒸汽流量>700 t/h)和100%負(fù)荷(主蒸汽流量>900 t/h)工況下的對(duì)比試驗(yàn)過(guò)程中，鍋爐燃燒穩(wěn)定、火焰明亮、爐膛負(fù)壓正常，鍋爐主、再熱蒸汽參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)值，鍋爐排煙溫度正常，鍋爐各輔機(jī)電流在額定范圍內(nèi)，制粉系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)出力穩(wěn)定，污泥輸送系統(tǒng)各項(xiàng)功能投入正常，鍋爐效率并未發(fā)生明顯變化(>93.46%設(shè)計(jì)值)，凈煙氣參數(shù)粉塵<5 mg/m3、SO2<35 mg/m3、NOx<50 mg/m3，廢氣排放均符合環(huán)保要求。

5 污泥耦合發(fā)電技術(shù)的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益

5.1 環(huán)保效益

該燃煤耦合污泥發(fā)電摻燒項(xiàng)目工程正常運(yùn)行后，設(shè)計(jì)日均摻燒干污泥量約350 t，年均摻燒量約12.78萬(wàn)t，可以有效解決污泥處置困境，實(shí)現(xiàn)城市污泥的“0”填埋。利用電廠現(xiàn)有的除塵、脫硫和除渣設(shè)備實(shí)現(xiàn)二次產(chǎn)物的有效回收利用，并減少二?f英生成，具有明顯的環(huán)保效益。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

在原煤中摻入污泥，雖燃料單位平均熱值下降，但摻入后的混泥煤總的熱量增加。污泥摻燒后，在相同發(fā)電量情況下，減少了原煤量。污泥低位熱值取平均值(見(jiàn)表1)為476 kcal/kg,350 t干化污泥對(duì)應(yīng)熱量為476×350=1.67×108kcal，轉(zhuǎn)換為標(biāo)煤量為1.67×108÷7000=23.8 t/d，每年摻燒12.78萬(wàn)t干化污泥可減少標(biāo)煤約為12.78×108×476÷7000=0.87萬(wàn)t/a。不同工況下污泥摻燒后煤量變化結(jié)果見(jiàn)表4。燃煤耦合污泥發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用，充分利用了電廠大型燃煤鍋爐現(xiàn)有先進(jìn)的除塵、脫硫、脫硝和除渣設(shè)備和鍋爐燃燒系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了投資少、見(jiàn)效快，也無(wú)須另外占用土地資源，減小了社會(huì)和企業(yè)負(fù)擔(dān)。耦合污泥摻燒后可以優(yōu)先獲得電量指標(biāo)和相應(yīng)等標(biāo)煤量的發(fā)電量電價(jià)補(bǔ)貼及污泥處置費(fèi)用，為大型發(fā)電企業(yè)也帶來(lái)了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

注:“1”按BRL工況計(jì)算，年可摻燒污泥12.51萬(wàn)t，減標(biāo)煤約8 672 t;“2”按BMCR工況計(jì)算，年可摻燒污泥12.86萬(wàn)t，減少標(biāo)煤8 760 t。

6 結(jié)語(yǔ)

大型火力發(fā)電廠利用燃煤污泥耦合發(fā)電技術(shù)處置城市污泥，可以有效解決城市污泥的處置問(wèn)題，處置效率高、對(duì)環(huán)保更加親善，并實(shí)現(xiàn)污泥熱值再利用，減少了化石燃料的使用量。污泥耦合焚燒產(chǎn)物實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放和全部回收再利用，實(shí)現(xiàn)了污泥處置的無(wú)害化、減量化、資源利用化的技術(shù)要求。燃煤耦合污泥發(fā)電技術(shù)對(duì)于社會(huì)發(fā)展及生態(tài)文明建設(shè)具有積極的意義，值得推廣應(yīng)用。