污泥焚燒發電技術的應用探討

楊鍵

【摘 要】本文分析了污水處理處置的副產物——污泥的特性，介紹了污泥焚燒發電的工藝系統，并分析了高低差速循環流化床在污泥焚燒發電技術方面的優勢。

【關鍵詞】污泥；焚燒發電；高低差速循環流化床]

0 前言

隨著我國城市化規模的發展，污水處理量逐步增加，污水處理處置的副產物——污泥也逐步增加，污泥處置已經成為重大難題。污泥處理處置的最終目標是實現污泥的減量化、穩定化、無害化和資源化[1]。污泥中含有近40%的有機生物質，具有可燃性，污泥既被視為廢棄物，又可以被視為一種生物質資源，因此，污泥焚燒發電是進行污泥合理開發利用的一個新的發展方向。合理利用污泥進行發電不但可以實現污泥安全處理，同時從污泥中抽取能源，替代部分化石燃料，既節約資源和能源，又保護環境，有利于促進建設循環經濟型社會的良性發展。

1 污泥的特性

污泥一般來自于生活污水或工業污水處理的副產物，生物污泥產泥量中等，一般占到污水總體積的0.1%左右，但是總量大，成份復雜，灰份含量大；污泥中有機物含量近40%；污泥含水率高，一般達到95%～99%，即使脫水后含水率仍處于60%以上。如果混有部分工業廢水，污泥中重金屬含量會偏高。

因此，污泥是高水分、低熱值的燃料，即使干基也是灰分大，熱值低，難以燃燒。污泥焚燒技術的關鍵是降低污泥入爐的水份、提高污泥燃燒效率、減少物料對鍋爐本體的磨損、控制主要污染物的排放指標。

2 污泥焚燒發電工藝系統

污泥焚燒發電工藝系統由干化單元和發電單元組成，干化單元包括了污泥運輸貯存系統、污泥干化系統；發電單元包括了污泥燃燒系統、煙氣處理系統和汽輪發電系統等。

2.1 運輸貯存系統

污水處理廠產生的污泥由運輸車運至電廠后，經過稱重計量卸入污泥接收倉內，然后由接收倉底部的螺旋輸送機輸至污泥儲倉。各廠區污泥在污泥儲倉進行混合，以供后續干化系統使用。

2.2 干化系統

污泥的干化，就是把污泥的含水量從80%干化到40%左右，適應焚燒爐的焚燒。干化是污泥深度脫水的一種形式，主要的推動力是熱能，即用熱能將污泥中的水汽化。污泥焚燒電廠不需要外部熱源，直接將污泥焚燒過程中產生的高溫蒸汽對污泥進行加熱，既減少了焚燒過程中輔助燃料的添加，又降低了污泥的含水率，提高了污泥的熱值，保證了焚燒爐燃燒效率。

2.3 燃燒系統

干化的污泥通過給料系統送入鍋爐進行燃燒，燃燒溫度基本控制在850℃～900℃之間。為了能夠確保污泥穩定的燃燒，適量可補充部分輔助燃料如煤或天然氣。

污泥燃燒產生的高溫煙氣依次與鍋爐水冷壁、過熱器、省煤器與空預器進行換熱，并通過爐后煙氣凈化設施凈化達標后經煙囪排入大氣。

2.4 煙氣凈化系統

煙氣凈化系統包括脫硫、脫硝、除塵等設備和相應系統，對污泥焚燒過程中產生的主要污染排放物如NOX、SOX、重金屬以及煙塵，甚至二惡英等進行處理，煙氣排放指標可滿足國家環保法規要求。

2.5 汽輪發電系統

由于有熱負荷的需求，污泥發電一般采用抽汽凝汽式汽輪發電機組。污泥燃燒產生的高參數蒸汽推動汽輪發電機組做功發電，根據需要抽取部分低參數蒸汽用于污泥干化，做功之后的排汽經凝汽器凝結成凝結水循環使用。

3 污泥焚燒發電核心設備

污泥焚燒發電的核心設備是焚燒爐和汽輪發電機組，而焚燒爐又是本工藝系統的重中之重。國內目前適用于污泥焚燒的焚燒爐型式較多，有立式多層爐、回轉窯爐、噴射焚燒爐、高倍率循環流化床鍋爐等。但各種爐型均存在著一定的局限性，如立式多層爐、回轉窯爐需要添加較多比例的輔助燃料，噴射焚燒爐的氣體排放污染物濃度較高，高倍率循環流化床鍋爐的磨損又較大，因此，本文擬向讀者推薦一種新型污泥焚燒工藝，即高低差速循環流化床污泥焚燒工藝（以下簡稱差速床）：

3.1 差速床工藝的特點

高低差速循環流化床是一種低倍率循環流化床鍋爐，鍋爐結構設計上考慮在爐膛內部水冷壁設置了部分埋管，由于埋管的作用，在爐膛中形成了高低兩個區域，當燃料由爐膛兩側給料口進入鍋爐主床沸騰燃燒時，床料顆粒中的大顆粒會向下沉，在較低的位置沸騰，因此，主床需要常規沸騰流化床的風速以保證大顆粒的流化燃燒，我們稱之為高速床（主床）。而小顆粒物料則浮在主床表面，隨氣流由表面溢流到埋管上方，在副床上方只需較低的風速即可實現物料的流化，因此此區域叫低速床（副床）。由于高速床與低速床之間不同的流化風速，所以稱為高低差速循環流化床。

差速床與常規循環流化床相比，具有獨特的鍋爐內循環及外循環結合，增加了物料的內循環，即高速床上表面的細小顆粒物料在主床較高風速的帶動下，會不斷隨氣流翻騰到副床上，副床上的壓力將不斷增加，從副床的底部又返回到主床，因此形成了細小顆粒的內循環過程。

3.2 差速床在污泥焚燒應用的優勢分析

3.2.1 差速床更適應污泥水分含量高的特性

如前所述，差速床是一種低倍率循環流化床鍋爐，相應爐膛尺寸較常規流化床鍋爐大，爐膛出口煙氣上升流速一般小于3m/s，污泥從給料口進入鍋爐后有了充分干燥的滯留時間。高低差速循環流化床爐膛溫度一般控制在800℃～850℃，污泥中含量高達40%以上的水分在從給料口落到主床的過程中蒸發成水蒸氣，隨煙氣從煙道排出，從而使進入燃燒區域的污泥得到充分干燥。

3.2.2 差速床更適應污泥熱值低的特性

差速床特有的內外雙循環，加快了污泥物料大小顆粒在爐內的湍流，進一步增加了污泥在爐膛內的停留時間，內循環又同時穩定了主床溫度，使爐膛內部溫度分布較均勻。污泥在落到主床之前，由于有較長的停留時間，其中的揮發份也能夠充分析出被完全焚燒，促進污泥充分燃燼，盡可能減少輔助燃料的摻燒比例，提高污泥焚燒的經濟性。針對污泥燃料熱值低、灰分含量高，上述措施使差速床能在相對較低的爐膛溫度和較少的過剩空氣下高效率焚燒污泥。

3.2.3 差速床充分考慮了埋管防磨措施

差速床的設計充分考慮了污泥物料對埋管的磨損，使之能夠增強防磨能力。根據管道磨損公式：M=c·d1.5·ω2.3，從公式中我們可以看出，埋管的磨損量M與材料的耐磨性c、與物料粒徑d的1.5次方、與流化風速w的2.3次方成正比[2]。

差速床埋管布置在低速床，因此，分別從材料的耐磨性、物料的粒徑以及流化風速三個方面考慮增強埋管防磨能力。首先，采用高溫耐磨材料作為防磨筋片；其次，由于差速床煙氣流速低，攜帶污泥的粒徑非常小，結合其內循環的特點，小顆粒的物料主要分布在低速床上；第三，低速床的流化風速僅為沸騰床鍋爐的一半左右，相比高倍率循環流化床鍋爐流化風速則更小，綜合幾方面的措施，大大降低了物料對埋管的磨損可能性，解決了因埋管經常磨損造成的鍋爐頻繁停爐問題。

4 結束語

干燥后的污泥也是一種寶貴的低熱值燃料，采用污泥焚燒發電是污泥處置無害化、減量化、資源化最有效的途徑之一。用高低差速循環流化床處理污泥焚燒，技術成熟穩定，同時高低差速循環流化床鍋爐作為一種循環流化床鍋爐，具備了循環流化床鍋爐特有的環保特性[3]，差速床針對污泥焚燒更有其獨特優勢。因此，充分利用二次資源，綜合利用，實現污泥焚燒發電將有巨大的社會效益和經濟效益。

【參考文獻】

[1]牛波，呂鴻雁.污水處理廠污泥處理處置方法[J].地下水，2005，27（3）：202-203.

[2]白福平.運用高低差速床燃燒技術處理污泥的優越性探討[J].江西能源，2009（02）.

[3]羅險峰，朱長青.高低差速床低倍率循環流化床鍋爐及系統[J].湖北電力，2011（2）：14-16.

[責任編輯：王楠]