300MW等級燃煤電站鍋爐污泥摻燒的試驗研究

李 鍔

（上海電力股份有限公司，上海 200010）

隨著城市化進程的加快，城市污水處理量不斷加大，污水廠污泥的產生量也有較大的增長；城市污水廠的污泥含有大量的有機物、重金屬以及致病菌和病原菌等，不加處理任意排放，會對環境造成嚴重的污染。如何合理處置污泥，已成為日益關注的問題。國內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現污泥處置、環境保護、資源的最佳平衡。

為實現污泥處置的無害化、可持續，上海市某污水處理廠與某電廠開展了污泥干化協同發電的研究，形成以污水廠污泥處理、干化、電廠協同發電的污泥綜合利用處置技術。為推進該技術在電廠的運用，上海某燃煤電廠300MW等級鍋爐進行了干化污泥摻燒的試驗，試驗中重點檢測了煙氣污染物排放指標和飛灰重金屬成分，為污泥在電站鍋爐的摻燒積累經驗。

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，國內外學者已經開展了大量的研究。文獻［2］利用熱重分析及滴管爐試驗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行燃燒是可行的，控制污泥與燃煤的比例小于1∶4；文獻［3］分析計算了220t／h鍋爐在不同污泥摻入比例時的燃燒穩定性、受熱面磨損、磨煤機出力與電耗、鍋爐經濟性等，計算結果表明燃煤中摻入少量污泥，對鍋爐參數和受熱面工作的安全性沒有不良影響。文獻［4］研究了污泥摻燒過程中利用灰渣中的Ca、Cl、Fe和Si等固硫效果的影響；文獻［5］在循環流化床試驗臺上進行污泥摻燒試驗，研究了爐膛溫度和摻燒比例對N2O和NO生成濃度的影響。國內外學者主要側重于污泥摻燒的理論計算與分析，進行大型電站煤粉鍋爐實際摻燒的試驗研究和分析。

2 污泥干化協同發電技術

污泥干化協同發電是指利用燃煤電廠汽輪機作功后的乏汽（汽機抽汽），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，實現節約燃煤和污泥的無害化處置；工藝流程見圖1。

圖1 污泥干化協同發電廠工藝流程圖

上海某電廠有4臺330MW燃煤發電機組，某污水處理廠位于電廠附近，擬建一期工程污泥處理規模為400t／d（80%含水率計），二期工程增加600t／d；工程采用薄層干化設備，干化所用蒸汽來自電廠，蒸汽參數為：壓力1.28MPa，溫度220℃。一期工程投產后日產干污泥114t，兩臺機組最低負荷運行，摻燒比例為3.26%即能滿足日產日清。二期工程投運后日產干污泥285.7t，電廠正常運行時，干化污泥摻燒比例為3.47%，電廠執行節能調度時按8%摻燒也能做到日產日清，能實現全部污泥的摻燒處置。

3 300MW等級鍋爐摻燒污泥的試驗

污水處理廠項目擬以污泥干化協同發電進行報批，為研究鍋爐摻燒污泥對煙氣排放和飛灰重金屬含量的影響，電廠分別按污泥5%、10%的比例進行實際摻燒。

3.1 鍋爐設備介紹

上海某電廠現有4臺SG-1025／18.3-M831亞臨界一次再熱控制循環汽包爐，鍋爐采用固態排渣方式、露天布置，制粉系統采用HP863碗式中速磨直吹式熱風送粉，燃燒器采用低NOx燃燒器、四角布置。該鍋爐的主要設計參數：額定蒸發量，1 025t／h；過熱蒸汽出口壓力，18.3MPa；過熱蒸汽出口溫度，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行了元素分析，污泥和煤的元素分析見表1。

表1 污泥、煤的元素分析測試數據 %

污泥分別按5%、10%比例進行摻燒，混煤的元素分析計算如表2。

表2 不同比例下混煤的元素分析計算表 %

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%，對于鍋爐煙氣尾氣的SO2排放的影響可以忽略不計；混合燃料N元素的含量從0.81%上升為0.95%，對于鍋爐煙氣尾氣的NOx排放的影響也非常小。

3.3 試驗過程

干化后的污泥采用密閉卡車運至電廠儲煤場單獨堆放，由輸煤皮帶將污泥單獨輸送加入鍋爐一原煤倉內，其它原煤倉加入鍋爐設計煤種。污泥和燃煤分別經磨煤機研磨后進入爐膛混合燃燒；試驗期間通過控制裝有污泥的給煤機轉速從而精確控制泥煤摻燒比例。

本次試驗在電廠3號鍋爐進行，共分三個階段，第一階段為無污泥摻燒工況，第二階段為摻燒5%污泥工況，第三階段為摻燒10%污泥工況，每個階段鍋爐的出力相近；每階段的試驗時間均不低于4h，對煙氣成分、飛灰成分分別取樣分析。

3.4 測試結果［6］

（1）不同工況下的煙氣成分測試結果見表3。

表3 不同工況下煙氣成分測試結果表

（2）不同工況下飛灰重金屬成分分析結果

表4 不同工況下飛灰重金屬成分測試結果表 mg／L

試驗測試結果表明：①在相近鍋爐負荷，分別摻燒5%和10%污泥后，煙氣排放量與無摻燒時幾乎相近，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因摻燒比例相對較低，鍋爐煙氣中的SO2、NOx未增加，未對機組SCR脫硝、濕法脫硫帶來影響；③電站煤粉鍋爐具有燃燒溫度高等特點，可有效抑制二噁英的產生；④從煙氣排放指標看，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 結語

隨著城市發展和城鎮化程度的提高，城市污泥的產量將會不斷增長，電站鍋爐小比例摻燒污泥后，鍋爐煙氣排放能滿足國家的環保要求，飛灰可繼續綜合利用，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境保護、土地資源等問題。電站鍋爐進行小比例摻燒污泥，無論在可行性、可靠性和環保性上，是城市污泥無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害化、資源處置［J］.中國資源綜合利用，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.

［3］ 芮新紅，周強泰，張寧生，等.煤粉鍋爐摻污泥燃燒的計算和分析［J］.江蘇電機工程，2003，22（6）：24-26.RUI Xin-jiang，ZHOU Qiang-tai，ZHANG Ning-sheng，et al.Calculation and analysis of coal burning with sludge-added in pulverized-fuel boiler［J］.Jiangsu Electrical Engineering，2003，22（6）：24-26.

［4］ FOLGERAS，M.B.et al.Sulphur retention during cocombustion of coal and sewage sludge［J］.Fuel，2004，83（10）：1315-1322.

［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］ 上海市環境監測中心測試報告［R］.項目編號：WT13058.