污泥直摻與干化工藝在燃煤電廠的應用

文_陳曉雷 福建龍凈環保股份有限公司

1 項目概述

1.1 電廠系統概述

廣州某電廠現有2×330MW 亞臨界熱電聯產機組，配套上海鍋爐廠生產的1025t/h，亞臨界、自然循環、單爐膛平衡通風、一次中間再熱，固態排渣煤粉鍋爐，鍋爐采用正壓直吹式制粉系統，單臺機組配置5 臺中速磨煤機，采用四角切圓燃燒方式。單臺機組BMCR 工況下耗煤量131.9t/h，最大蒸汽量1100t/h，鍋爐低位熱效率93.15%。

中速磨煤機采用ZGM95N 型中速輥式磨煤機。原煤從磨中央的落煤管落到磨環上，旋轉磨環借助離心力將原煤運動至碾磨滾道上通過磨輥進行碾磨。原煤的碾磨和干燥同時進行，一次風通過噴嘴環均勻進入磨環周圍，將經過碾磨從磨環上切向甩出的煤粉混合物烘干并輸送至磨煤機上部的分離器，在分離器中進行分離，粗粉被分離出來返回磨環重新磨制，合格的細粉被一次風帶出分離器進入鍋爐燃燒。

1.2 污泥處理處置工藝概述

污泥處置項目建于廣州某電廠預留場地內，規模為100t/d含水率為80%的濕污泥（以下簡稱濕污泥）干化至含水率40%的干污泥（以下簡稱干污泥）的干化處置系統和100t/d 濕污泥直摻系統。

1.2.1 濕污泥直摻工藝

濕污泥直摻處置系統主要包括濕污泥接收存儲系統、濕污泥輸送系統、電氣與熱控系統組成。其中濕污泥接收與存儲系統、電氣與熱控系統與污泥干化摻燒處置系統共用，僅建設濕污泥從濕污泥料倉到磨煤機的污泥管道輸送系統（圖1）。由污泥罐車運送來的污泥經濕污泥倉、螺旋輸送機、螺桿泵輸送至磨煤機頂部進料管并進入磨煤機均布在磨輥上，同時熱風從風口進入磨煤機內從磨輥底部向上吹，濕污泥在與熱風接觸中被烘干，同時熱風帶走水分、惡臭氣體和少量粉塵進入鍋爐燃燒。干化后的污泥經磨輥粉碎成粉末，在磨盤邊緣被風環高速氣流帶起經熱風吹入鍋爐燃燒。為了均勻摻混，在污泥管道出口處設置均布器（已提交專利申請），效果良好。為保證正常燃燒，主要選擇中上層磨（D、E 磨）進行污泥摻混。本項目2 臺鍋爐耗煤量為6331.2t/d，濕污泥與燃煤摻燒比例約為1.58%。

圖1 濕污泥直摻系統工藝流程

1.2.2 污泥干化摻燒工藝

污泥干化工藝系統主要包括濕污泥卸料、接收存儲系統、污泥干化系統、干污泥輸送存儲系統、不凝性尾氣出力系統、污水收集系統、電氣及熱控系統、消防系統等（圖2）。濕污泥倉中濕污泥經螺旋輸送器和螺桿泵進入圓盤干燥機干燥，含水率從80%降至40%以下。干燥熱源取自熱電廠的1.1MPa、300℃的低品蒸汽，該蒸汽經過減溫減壓器調至0.5MPa，160℃后分別進入干化機主軸和筒體夾套。干燥污泥從干燥機出料口排出，經刮板輸送機送入干污泥料倉，后與煤混合燃燒，干污泥與煤的摻燒比例為0.53%。污泥干燥過程產生的尾氣通過引風機排出干燥機，引風機維持干燥機內微負壓運行，防止干燥過程中惡臭氣體外逸。被抽出的廢蒸汽經過旋風除塵后進入冷凝器中進行冷凝與除霧后，剩下的不凝性氣體（主要是一些惡臭氣體）通過管道送入燃煤鍋爐送風機入口處，進入鍋爐進行高溫分解，達標排放，其中冷凝廢水收集后通過污水管排入廠區污水池統一處理。

圖2 污泥干化工藝流程

2 運行結果分析

2.1 污泥與煤的特性對比分析

為充分分析摻燒污泥對電廠部分系統的影響，將污泥與煤的特性進行分析對比(表1)。從表1 可知，污泥的熱值遠小于煤的熱值，N 和S 元素及灰分含量遠大于煤中的含量。

表1 污泥與煤的特性對比分析

2.2 能量與物料平衡分析

污泥干化系統的運行的主要參數見表2。其中，污泥干化系統的能量平衡，其平衡關系為公式（1）：

式中：Qst為進入干燥機飽和蒸汽凝結釋放出的熱量，MJ/h；Qmst為濕污泥中水分蒸發所消耗的能量MJ/h；Qad為污泥干燥升溫所需熱量，MJ/h；Qs為載氣升溫所需要的熱量MJ/h；Qf為系統輻射熱損失MJ/h。

根據表2 污泥干化工藝主要參數計算污泥干化系統的熱量平衡，進入干燥機飽和蒸汽凝結釋放出的Qst為7885.2MJ/h，污泥水分蒸發所需熱量Qmst為7244.2MJ/h，污泥干燥升溫所需熱量為Qad129.46MJ/h，載氣升溫所需熱量Qs為241.6MJ/h。其中污泥水分蒸發吸收熱量占比為91.87%，污泥干燥升溫吸收熱量占比為1.64%，載氣升溫吸收熱量占比為3.06%，整個系統輻射消耗的熱量為3.4%，通過分析在整個系統運行過程中，污泥干燥過程高效吸收了飽和蒸汽凝結釋放出來的熱量。

表2 污泥干化工藝主要參數

2.3 污泥摻燒對機組運行的影響

2.3.1 污泥摻燒對機組煤耗的影響

該污泥直摻處置和污泥干化摻燒處置工藝，合計處置含水率為80% 的濕污泥200t/d，其中80% 濕污泥熱值為0.36MJ/kg，40% 半干污泥熱值為6.165MJ/kg，原煤熱值為21.08MJ/kg，則摻燒污泥后，利用污泥中的熱值燃燒發電、供熱，每年可節省原煤4181.1t。

燃煤熱值每降低0.42MJ/kg，對于1000MW 等級機組而言，鍋爐熱效率降低約0.10%，供電煤耗增加約0.33g/kWh；600MW 等級機組鍋爐熱效率降低約0.10%～0.18%，供電煤耗增加0.55 ～0.58 g/kWh；300MW 等級機組鍋爐熱效率降低約0.16%～0.20%，供電煤耗增加約0.6 ～0.79 g/kWh。

本項目電廠摻燒2.1%的污泥后，混煤熱值從21.08MJ/kg降低至20.67MJ/kg，降低了410kJ/kg，以300MW 等級機組燃料熱值每降低0.42MJ/kg 增加供電煤耗0.695g/kWh計算，約影響供電煤耗0.67g/kWh。

2.3.2 污泥摻燒對制粉系統的影響

污泥摻燒對制粉系統可能存在的影響主要包含兩方面。一是污泥干化后的硬度與污泥來源、含水率、粒度等，本項目干化污泥質軟，其硬度遠低于原煤，易研磨。另一方面，干化后的污泥含水率一般在40%以下，摻燒污泥后，混合燃料熱值會下降大約1.9%，則制粉系統燃料質量需求增加1.9%，對制粉系統的出力基本沒有影響，制粉系統出力滿足鍋爐運行要求。

2.4 污泥摻燒對鍋爐尾部污染物排放的影響

雖然干污泥中S 元素、N 元素及灰分分別是煤的5.8、4.7和7 倍，但由于污泥摻燒比例較小，混合后混合物料中的S 元素、N 元素增加比例不足0.1%，灰分實際增加比例僅為0.14%，增加比例極小，遠低于后端脫硫、脫硝和電除塵設備的裕量處理負荷，故摻燒后污泥煙塵排放基本沒有變化，滿足現行國家排放標準。

2.5 污泥摻燒對重金屬排放的影響

重金屬的排放途徑主要有兩種：一是通過廢氣處理系統最終隨煙囪排放至大氣；二是隨著煤粉和污泥的燃燒，保存在灰渣中。表3 中污泥自身含有的重金屬元素種類和燃煤有較大的差異，污泥的部分重金屬含量遠大于煤中重金屬含量，主要體現在Zn 和Cu上。但由于污泥摻燒比例較小，且重金屬主要為難揮發性重金屬，因此，摻燒污泥后灰渣中的重金屬含量相比于單獨燃煤有一定幅度的升高，但由于摻燒比例低，不會改變重金屬的排放特征。

表3 污泥的部分重金屬含量

2.6 污泥摻燒的環境效益

從物耗成本上考慮，電廠濕污泥的日處理量穩定在200t/d，則年節煤4181.1t；從減少化石燃料的碳排放量分析，該電廠每年可減少因燃燒煤產生的碳排放量約9445.2t，在國家推行市場化節能減排和碳排放交易市場的環境下，這無疑對電廠是有利的。無論是從經濟方面還是從碳排放交易方面，都提升了電廠在市場中的競爭力。另一方面，電廠利用自身設備，徹底解決影響市容的污泥處置問題，這也是一項利國利民的工程。

3 結語

本項目電廠日處理80%含水率濕污泥200t，其中100t/d 濕污泥直接摻燒，摻燒比例為1.58%；另100t/d 濕污泥經干化系統干化至40%含水率以下，整個工藝設計合理，其中，耗費蒸汽量為80.8t/d，與煤混合摻燒后，摻燒比例為0.53%。兩條污泥摻燒工藝可節約煤耗4181.1t/a，減少因燃燒煤產生的碳排放量約9445.2t/a。

污泥在摻燒過程中，雖然自身的灰分、S 元素、N 元素相較于煤粉的含量較高，但由于污泥摻燒比例僅為2.11%，混合后物料中相應的物質僅增加0.14%、S ＜0.1%、N ＜0.1%，遠小于后端脫硫、脫硝和除塵設備的運行負荷，氣體污染物可達標排放，另外留存在灰渣中的重金屬含量也極低，滿足國家環保要求。

該電廠在實際生產中，濕污泥直摻與濕污泥干化后污泥經不同途徑同時進入磨煤機進行焚燒，系統同時運行，在國內尚屬首次。對污泥燃煤耦合發電，是一種值得借鑒的技術。