300MW等級(jí)燃煤電站鍋爐污泥摻燒的試驗(yàn)研究

李 鍔

（上海電力股份有限公司，上海 200010）

隨著城市化進(jìn)程的加快，城市污水處理量不斷加大，污水廠污泥的產(chǎn)生量也有較大的增長(zhǎng)；城市污水廠的污泥含有大量的有機(jī)物、重金屬以及致病菌和病原菌等，不加處理任意排放，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。如何合理處置污泥，已成為日益關(guān)注的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外污泥處置的方法很多［1］，一般采用干化、填埋及焚燒等處置方法。污泥直接填埋、焚燒后污泥灰填埋將占用城市周邊寶貴的土地資源，污泥的處置方法需要實(shí)現(xiàn)污泥處置、環(huán)境保護(hù)、資源的最佳平衡。

為實(shí)現(xiàn)污泥處置的無(wú)害化、可持續(xù)，上海市某污水處理廠與某電廠開(kāi)展了污泥干化協(xié)同發(fā)電的研究，形成以污水廠污泥處理、干化、電廠協(xié)同發(fā)電的污泥綜合利用處置技術(shù)。為推進(jìn)該技術(shù)在電廠的運(yùn)用，上海某燃煤電廠300MW等級(jí)鍋爐進(jìn)行了干化污泥摻燒的試驗(yàn)，試驗(yàn)中重點(diǎn)檢測(cè)了煙氣污染物排放指標(biāo)和飛灰重金屬成分，為污泥在電站鍋爐的摻燒積累經(jīng)驗(yàn)。

1 污泥摻燒研究綜述

污泥和煤摻燒是一種新型的污泥處置方式，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開(kāi)展了大量的研究。文獻(xiàn)［2］利用熱重分析及滴管爐試驗(yàn)研究了煤和不同含水率的污泥在不同摻混比例的混合物的燃燒特性，研究表明燃煤鍋爐摻燒少量干化污泥進(jìn)行燃燒是可行的，控制污泥與燃煤的比例小于1∶4；文獻(xiàn)［3］分析計(jì)算了220t／h鍋爐在不同污泥摻入比例時(shí)的燃燒穩(wěn)定性、受熱面磨損、磨煤機(jī)出力與電耗、鍋爐經(jīng)濟(jì)性等，計(jì)算結(jié)果表明燃煤中摻入少量污泥，對(duì)鍋爐參數(shù)和受熱面工作的安全性沒(méi)有不良影響。文獻(xiàn)［4］研究了污泥摻燒過(guò)程中利用灰渣中的Ca、Cl、Fe和Si等固硫效果的影響；文獻(xiàn)［5］在循環(huán)流化床試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行污泥摻燒試驗(yàn)，研究了爐膛溫度和摻燒比例對(duì)N2O和NO生成濃度的影響。國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要側(cè)重于污泥摻燒的理論計(jì)算與分析，進(jìn)行大型電站煤粉鍋爐實(shí)際摻燒的試驗(yàn)研究和分析。

2 污泥干化協(xié)同發(fā)電技術(shù)

污泥干化協(xié)同發(fā)電是指利用燃煤電廠汽輪機(jī)作功后的乏汽（汽機(jī)抽汽），干化污水污泥制成干污泥燃料，將干化后的污泥用于電廠摻燒，實(shí)現(xiàn)節(jié)約燃煤和污泥的無(wú)害化處置；工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 污泥干化協(xié)同發(fā)電廠工藝流程圖

上海某電廠有4臺(tái)330MW燃煤發(fā)電機(jī)組，某污水處理廠位于電廠附近，擬建一期工程污泥處理規(guī)模為400t／d（80%含水率計(jì)），二期工程增加600t／d；工程采用薄層干化設(shè)備，干化所用蒸汽來(lái)自電廠，蒸汽參數(shù)為：壓力1.28MPa，溫度220℃。一期工程投產(chǎn)后日產(chǎn)干污泥114t，兩臺(tái)機(jī)組最低負(fù)荷運(yùn)行，摻燒比例為3.26%即能滿足日產(chǎn)日清。二期工程投運(yùn)后日產(chǎn)干污泥285.7t，電廠正常運(yùn)行時(shí)，干化污泥摻燒比例為3.47%，電廠執(zhí)行節(jié)能調(diào)度時(shí)按8%摻燒也能做到日產(chǎn)日清，能實(shí)現(xiàn)全部污泥的摻燒處置。

3 300MW等級(jí)鍋爐摻燒污泥的試驗(yàn)

污水處理廠項(xiàng)目擬以污泥干化協(xié)同發(fā)電進(jìn)行報(bào)批，為研究鍋爐摻燒污泥對(duì)煙氣排放和飛灰重金屬含量的影響，電廠分別按污泥5%、10%的比例進(jìn)行實(shí)際摻燒。

3.1 鍋爐設(shè)備介紹

上海某電廠現(xiàn)有4臺(tái)SG-1025／18.3-M831亞臨界一次再熱控制循環(huán)汽包爐，鍋爐采用固態(tài)排渣方式、露天布置，制粉系統(tǒng)采用HP863碗式中速磨直吹式熱風(fēng)送粉，燃燒器采用低NOx燃燒器、四角布置。該鍋爐的主要設(shè)計(jì)參數(shù)：額定蒸發(fā)量，1 025t／h；過(guò)熱蒸汽出口壓力，18.3MPa；過(guò)熱蒸汽出口溫度，541℃。鍋爐安裝有布袋除塵、SCR脫硝和石灰石—石膏濕法脫硫。

3.2 污泥和煤的元素分析

將污泥與燃煤在摻燒前進(jìn)行了元素分析，污泥和煤的元素分析見(jiàn)表1。

表1 污泥、煤的元素分析測(cè)試數(shù)據(jù) %

污泥分別按5%、10%比例進(jìn)行摻燒，混煤的元素分析計(jì)算如表2。

表2 不同比例下混煤的元素分析計(jì)算表 %

從表1、表2分析，在燃煤中摻入5%和10%污泥后，混合燃料S元素的含量從0.62%上升為0.629%，對(duì)于鍋爐煙氣尾氣的SO2排放的影響可以忽略不計(jì)；混合燃料N元素的含量從0.81%上升為0.95%，對(duì)于鍋爐煙氣尾氣的NOx排放的影響也非常小。

3.3 試驗(yàn)過(guò)程

干化后的污泥采用密閉卡車運(yùn)至電廠儲(chǔ)煤場(chǎng)單獨(dú)堆放，由輸煤皮帶將污泥單獨(dú)輸送加入鍋爐一原煤倉(cāng)內(nèi)，其它原煤倉(cāng)加入鍋爐設(shè)計(jì)煤種。污泥和燃煤分別經(jīng)磨煤機(jī)研磨后進(jìn)入爐膛混合燃燒；試驗(yàn)期間通過(guò)控制裝有污泥的給煤機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)亩_控制泥煤摻燒比例。

本次試驗(yàn)在電廠3號(hào)鍋爐進(jìn)行，共分三個(gè)階段，第一階段為無(wú)污泥摻燒工況，第二階段為摻燒5%污泥工況，第三階段為摻燒10%污泥工況，每個(gè)階段鍋爐的出力相近；每階段的試驗(yàn)時(shí)間均不低于4h，對(duì)煙氣成分、飛灰成分分別取樣分析。

3.4 測(cè)試結(jié)果［6］

（1）不同工況下的煙氣成分測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同工況下煙氣成分測(cè)試結(jié)果表

（2）不同工況下飛灰重金屬成分分析結(jié)果

表4 不同工況下飛灰重金屬成分測(cè)試結(jié)果表 mg／L

試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明：①在相近鍋爐負(fù)荷，分別摻燒5%和10%污泥后，煙氣排放量與無(wú)摻燒時(shí)幾乎相近，煙速基本相同，表明摻燒污泥后不加劇鍋爐尾部受熱面的磨損；②因摻燒比例相對(duì)較低，鍋爐煙氣中的SO2、NOx未增加，未對(duì)機(jī)組SCR脫硝、濕法脫硫帶來(lái)影響；③電站煤粉鍋爐具有燃燒溫度高等特點(diǎn)，可有效抑制二噁英的產(chǎn)生；④從煙氣排放指標(biāo)看，電站鍋爐摻燒污泥后能滿足排放要求；⑤鍋爐摻燒污泥后，未增加飛灰的重金屬含量，可綜合利用。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著城市發(fā)展和城鎮(zhèn)化程度的提高，城市污泥的產(chǎn)量將會(huì)不斷增長(zhǎng)，電站鍋爐小比例摻燒污泥后，鍋爐煙氣排放能滿足國(guó)家的環(huán)保要求，飛灰可繼續(xù)綜合利用，可以大大降低污泥處置的投入，最大限度地降低污泥處置后衍生的環(huán)境保護(hù)、土地資源等問(wèn)題。電站鍋爐進(jìn)行小比例摻燒污泥，無(wú)論在可行性、可靠性和環(huán)保性上，是城市污泥無(wú)害化處置的有效途徑之一。

［1］ 朱澤華.城市污水處理廠污泥的無(wú)害化、資源處置［J］.中國(guó)資源綜合利用，2015，33（2）：27-29.ZHU Ze-hua.Sludge handling and reuse into resources in sewage treatment plant［J］.China Resources Comprehensive Utilization，2015，33（2）：27-29.

［2］ 張 成，王 丹，夏 季，等.煤粉摻燒干化污泥的燃燒特性及能效分析［J］.熱能動(dòng)力工程，2012，27（3）：383-387.ZHANG Cheng，WANG Dan，XIA Ji，et al.Combustion characteristics and analysis of the energy efficiency of a coal-fired boiler burning coal diluted and mixed with dried sludge［J］.Journal of Engineering for Thermal Energy and Power，2012，27（3）：383-387，398.

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［5］ 呂清剛，李志偉，那永潔，等.CFBC混燒城市污泥與煤：N2O和 NO的排放［J］.2004，25（1）：163-166.

［6］ 上海市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心測(cè)試報(bào)告［R］.項(xiàng)目編號(hào)：WT13058.