火電廠摻燒污泥可行性研究

張趙青　王雪　王智

摘 要：市政污泥是污水處理廠產(chǎn)生的固體廢物，處理不當(dāng)將會(huì)造成嚴(yán)重的二次污染。本文探討利用火電廠鍋爐處理污泥的可行性。通過(guò)對(duì)干化熱源、廢煙氣的處理、摻燒方式及鍋爐燃燒適應(yīng)性等方面進(jìn)行分析，論證摻燒污泥的可行性，為今后污泥綜合利用項(xiàng)目提供依據(jù)及參考。

關(guān)鍵詞：火電廠;污泥;摻燒;可行性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.22.113

1 前言

目前，市政污泥的處理主要有填埋、堆肥和焚燒三種途徑。填埋處理不僅占地，而且容易造成環(huán)境污染[1]。堆肥處理因?yàn)槲勰喑煞秩遮厪?fù)雜，且存在重金屬污染的威脅，受到諸多限制。焚燒處理可實(shí)現(xiàn)污泥綜合利用，且可將環(huán)境污染的影響降至最低，因此適用范圍最廣泛。

在現(xiàn)有的污泥焚燒處理工藝中，干化摻燒技術(shù)因其工藝先進(jìn)，無(wú)二次污染[2]，同時(shí)污泥處理企業(yè)能得到政府的補(bǔ)助。既解決了污泥污染的難題，企業(yè)也能從中受益。因此，利用電廠燃煤鍋爐進(jìn)行污泥焚燒，具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益[3]。下面以某火電廠為例，研究燃煤鍋爐摻燒干化污泥的可行性。

2 項(xiàng)目概況

2.1 電廠概況

某電廠位于湖北省武漢市，現(xiàn)有兩臺(tái)200MW機(jī)組，鍋爐采用東方鍋爐廠制造的亞臨界壓力、一次中間再熱、自然循環(huán)的汽包鍋爐。鍋爐設(shè)計(jì)煤種為煙煤，制粉系統(tǒng)采用中儲(chǔ)式鋼球磨。

鍋爐原采用四角切圓燃燒方式，百葉窗式水平濃淡燃燒器。一、二次風(fēng)噴嘴間隔布置，每只燃燒器風(fēng)箱分成十五層。每個(gè)角燃燒器噴口分成上、下兩組。為了滿足國(guó)家日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，電廠對(duì)鍋爐進(jìn)行了低氮燃燒器改造，將燃燒器改為煙臺(tái)龍?jiān)措娏夹g(shù)股份有限公司的上下濃淡低氮燃燒器，并在主燃燒器區(qū)上方布置四層分離燃盡風(fēng)，改后鍋爐的NOx生成濃度由600mg/Nm3以上下降至400mg/Nm3左右。

制粉系統(tǒng)為中儲(chǔ)式、乏氣送粉，配4臺(tái)鋼球磨煤機(jī)、4臺(tái)排粉機(jī)，每臺(tái)排粉機(jī)出口接6根一次粉管。制粉系統(tǒng)設(shè)置4個(gè)原煤倉(cāng)和2個(gè)煤粉倉(cāng)用于儲(chǔ)存將進(jìn)入磨煤機(jī)的原煤和供鍋爐燃燒用的煤粉。

2.2 污泥概況

電廠附近已投運(yùn)的4家污水處理廠日產(chǎn)污泥300噸，污泥年產(chǎn)量達(dá)10萬(wàn)噸。目前只能對(duì)污泥采取填埋方式處理，長(zhǎng)時(shí)間掩埋會(huì)對(duì)土壤和地下水源形成污染，影響村民耕作和生活.若遇暴雨易發(fā)生污染物滲漏，將導(dǎo)致農(nóng)田毀損、水源污染、泥石流等環(huán)境污染事故。

根據(jù)檢驗(yàn)部門(mén)出具的污泥的化驗(yàn)結(jié)果，污泥初始含水率為80%，重金屬含量未超標(biāo)，滿足進(jìn)行綜合利用的標(biāo)準(zhǔn)。泥初始含水率較高，熱值低，會(huì)影響鍋爐的穩(wěn)定燃燒，因此需要進(jìn)行干化處理。

3 可行性分析

3.1 污泥干化熱源

目前，電廠耦合污泥發(fā)電大多利用電廠自身熱源對(duì)污泥進(jìn)行干化[4]，即煙氣直接干化和蒸汽間接干化。

煙氣直接干化是利用鍋爐煙氣作為熱源，與污泥直接接觸進(jìn)行烘干后進(jìn)入鍋爐焚燒，利用鍋爐燃燒的高溫環(huán)境殺滅污泥中的微生物和寄生蟲(chóng)卵，并達(dá)到防霉、除臭的污泥干化焚燒系統(tǒng)。該工藝污泥干燥機(jī)體積較小，烘干效率高，系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，投資較小，根據(jù)目前現(xiàn)有機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，處理污泥的成本為80-100元/噸。但其運(yùn)行過(guò)程中風(fēng)機(jī)功率較大，耗電量稍大。

蒸汽間接干化污泥，是利用機(jī)組中壓缸排汽作為熱源，對(duì)污泥進(jìn)行間接烘干。臭氣及烘干后的污泥，利用鍋爐燃燒的高溫環(huán)境殺滅污泥中的微生物和寄生蟲(chóng)卵，并達(dá)到防霉、除臭的污泥干化焚燒系統(tǒng)。該工藝風(fēng)機(jī)功率較小，耗電量小，但污泥干燥機(jī)體積較大，烘干效率低，系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜。根據(jù)目前現(xiàn)有機(jī)組運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，采用蒸汽間接干化污泥的成本約為180-200元/噸，運(yùn)行成本及設(shè)備投資巨大。

根據(jù)電廠實(shí)際情況，本項(xiàng)目采用煙氣直接干燥污泥方案，該方案投資低，技術(shù)先進(jìn)成熟，設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)全部國(guó)產(chǎn)化。干燥設(shè)備選擇破碎臥式回轉(zhuǎn)干化機(jī)，能夠滿足較大的脫水量，同時(shí)熱源熱效率利用率較高，廠房占地面積小，投資較少。

3.2 烘干后廢煙氣的處理

污泥蒸發(fā)產(chǎn)物除了水蒸氣外，還有硫化氫、氨、硫醇、有機(jī)硫化物等微量有機(jī)組分氣體，臭味濃度高。廢煙氣如果直接接入除塵器前，無(wú)法處理惡臭污染物，與鍋爐原煙氣混合后排放有稀釋污染排放的嫌疑。另外，如果將廢煙氣中的水蒸氣冷凝下來(lái)，產(chǎn)生的廢水污染物含量極高，電廠自身的水處理系統(tǒng)無(wú)法處理此部分廢水，需要單獨(dú)建立水處理系統(tǒng)，投資成本大、經(jīng)濟(jì)性差而且損失了部分熱量，故不建議將干化廢煙氣中的水冷凝下來(lái)處理。

根據(jù)2017年12月國(guó)家能源局和環(huán)保部發(fā)布《關(guān)于開(kāi)展燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技改試點(diǎn)工作的通知（國(guó)能發(fā)電力﹝2017﹞75號(hào)）》的要求，需要采用有效措施防止污泥干化焚燒全過(guò)程惡臭污染物外泄，惡臭污染物送入鍋爐進(jìn)行高溫分解。綜合廢煙氣對(duì)鍋爐燃燒的影響后，建議將干化污泥的廢煙氣送入鍋爐焚燒，完全消除干化煙氣中的惡臭污染物，避免二次污染。

3.3 干化污泥與原煤摻配方式

目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)投運(yùn)燃煤電廠耦合污泥發(fā)電項(xiàng)目，都是將干化后的污泥在鍋爐上煤時(shí)送到電廠輸煤皮帶與原煤混合后進(jìn)入磨煤機(jī)。由于污泥干化后臭味極大，根據(jù)在運(yùn)電廠的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在上煤時(shí)或多或少存在整條輸煤皮帶間散發(fā)臭味的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響電廠環(huán)境及工作人員的工作環(huán)境。且目前達(dá)州電廠擬建設(shè)污泥干化場(chǎng)地與電廠輸煤倉(cāng)距離較遠(yuǎn)，直接送入輸煤皮帶運(yùn)距較長(zhǎng)。另外根據(jù)目前已運(yùn)行電廠經(jīng)驗(yàn)，采用氣力管道濃相輸送極易造成管道堵塞，嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行。綜合考慮環(huán)保與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，建議電廠采用單獨(dú)的全封閉輸送皮帶將干污泥通過(guò)給煤機(jī)平臺(tái)加鋼球位置開(kāi)孔處直接送入各臺(tái)機(jī)組的磨煤機(jī)。

3.4 摻燒污泥的適應(yīng)性分析

根據(jù)已經(jīng)進(jìn)行的污泥特性試驗(yàn)，干化污泥的物理性質(zhì)、元素分析、工業(yè)分析和低位發(fā)熱量等方面，與褐煤有相似之處，尤其灰分和低位發(fā)熱量相近，固定碳的含量則低得多，可充當(dāng)?shù)蜋n燃料使用。污泥的燃燒特性與煤又有一定的差異，它有較低的分解溫度、起燃溫度和燃盡溫度，燃燒完全所需的時(shí)間也較少。這主要是由于它們具有不同的組成和結(jié)構(gòu)。污泥主要由低級(jí)的有機(jī)物組成，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，且已經(jīng)過(guò)二級(jí)生物氧化，受到不同程度的分解破壞，易于高溫分解。而煤主要由多環(huán)芳烴網(wǎng)狀物組成，結(jié)構(gòu)致密，含碳量高，受高溫不易分解，分解所需時(shí)間長(zhǎng)。

此外，污泥中SO2、NOx的釋放溫度均低于煤。一般污泥中的硫以有機(jī)硫的形式存在，硫鐵礦硫及硫酸鹽硫含量很少，而煤中的有機(jī)硫含量較低，硫鐵礦硫及硫酸鹽硫占多數(shù)，有機(jī)硫在高溫下易于分解、揮發(fā)，而硫鐵礦硫結(jié)合較牢固，分解需要一個(gè)過(guò)程，因此污泥易于釋放SO2。污泥中的氮主要以有機(jī)氮的形式存在，有機(jī)氮在高溫下容易揮發(fā)。煤中的氮主要以雜環(huán)型氮的形式存在，雜環(huán)形氮的分解需要一個(gè)過(guò)程，這種結(jié)構(gòu)形式的差異決定了氮分解溫度的不同。從以上分析可以看出，干態(tài)污泥比煤容易燃燒。

污泥在煤粉爐1200℃左右的溫度下進(jìn)行燃燒，可以避免產(chǎn)生二惡英、呋喃等有毒物質(zhì)，而且又解決了燃燒后產(chǎn)生煙氣污染、灰渣處理、噪聲、熱和輻射等問(wèn)題。

通過(guò)干燥后的污泥，均具有較高的熱值，接近于褐煤的發(fā)熱量，相當(dāng)于煙煤的三分之一熱值，因此，可以將干化后的污泥看作是一種低熱值高揮發(fā)份燃料。因此，將干化后的污泥作為輔助燃料，是完全可行的。

4 結(jié)語(yǔ)

按照“節(jié)能減排”和“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”的指導(dǎo)思想，通過(guò)不同污泥干化工藝比選，綜合考慮技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)性以及運(yùn)行的安全性，充分利用電廠所具有的熱源和余熱優(yōu)勢(shì)，以及污泥自身的特性，推薦其采用煙氣直接干化方式對(duì)城市污泥進(jìn)行干化摻燒。干燥后污泥摻燒量較少，采用煙氣再循環(huán)干燥污泥方案對(duì)鍋爐燃燒及各受熱面吸熱影響較小，對(duì)機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行基本無(wú)影響。綜上所述，利用電站鍋爐對(duì)污泥進(jìn)行焚燒處理是完全可行的。

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作者簡(jiǎn)介：張趙青（1982-），男，陜西富平人，本科，高級(jí)工程師，從事電力能源設(shè)計(jì)及研究工作。