污泥直摻與干化工藝在燃煤電廠(chǎng)的應(yīng)用

文_陳曉雷 福建龍凈環(huán)保股份有限公司

1 項(xiàng)目概述

1.1 電廠(chǎng)系統(tǒng)概述

廣州某電廠(chǎng)現(xiàn)有2×330MW 亞臨界熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，配套上海鍋爐廠(chǎng)生產(chǎn)的1025t/h，亞臨界、自然循環(huán)、單爐膛平衡通風(fēng)、一次中間再熱，固態(tài)排渣煤粉鍋爐，鍋爐采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)，單臺(tái)機(jī)組配置5 臺(tái)中速磨煤機(jī)，采用四角切圓燃燒方式。單臺(tái)機(jī)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(jī)采用ZGM95N 型中速輥式磨煤機(jī)。原煤從磨中央的落煤管落到磨環(huán)上，旋轉(zhuǎn)磨環(huán)借助離心力將原煤運(yùn)動(dòng)至碾磨滾道上通過(guò)磨輥進(jìn)行碾磨。原煤的碾磨和干燥同時(shí)進(jìn)行，一次風(fēng)通過(guò)噴嘴環(huán)均勻進(jìn)入磨環(huán)周?chē)瑢⒔?jīng)過(guò)碾磨從磨環(huán)上切向甩出的煤粉混合物烘干并輸送至磨煤機(jī)上部的分離器，在分離器中進(jìn)行分離，粗粉被分離出來(lái)返回磨環(huán)重新磨制，合格的細(xì)粉被一次風(fēng)帶出分離器進(jìn)入鍋爐燃燒。

1.2 污泥處理處置工藝概述

污泥處置項(xiàng)目建于廣州某電廠(chǎng)預(yù)留場(chǎng)地內(nèi)，規(guī)模為100t/d含水率為80%的濕污泥（以下簡(jiǎn)稱(chēng)濕污泥）干化至含水率40%的干污泥（以下簡(jiǎn)稱(chēng)干污泥）的干化處置系統(tǒng)和100t/d 濕污泥直摻系統(tǒng)。

1.2.1 濕污泥直摻工藝

濕污泥直摻處置系統(tǒng)主要包括濕污泥接收存儲(chǔ)系統(tǒng)、濕污泥輸送系統(tǒng)、電氣與熱控系統(tǒng)組成。其中濕污泥接收與存儲(chǔ)系統(tǒng)、電氣與熱控系統(tǒng)與污泥干化摻燒處置系統(tǒng)共用，僅建設(shè)濕污泥從濕污泥料倉(cāng)到磨煤機(jī)的污泥管道輸送系統(tǒng)（圖1）。由污泥罐車(chē)運(yùn)送來(lái)的污泥經(jīng)濕污泥倉(cāng)、螺旋輸送機(jī)、螺桿泵輸送至磨煤機(jī)頂部進(jìn)料管并進(jìn)入磨煤機(jī)均布在磨輥上，同時(shí)熱風(fēng)從風(fēng)口進(jìn)入磨煤機(jī)內(nèi)從磨輥底部向上吹，濕污泥在與熱風(fēng)接觸中被烘干，同時(shí)熱風(fēng)帶走水分、惡臭氣體和少量粉塵進(jìn)入鍋爐燃燒。干化后的污泥經(jīng)磨輥粉碎成粉末，在磨盤(pán)邊緣被風(fēng)環(huán)高速氣流帶起經(jīng)熱風(fēng)吹入鍋爐燃燒。為了均勻摻混，在污泥管道出口處設(shè)置均布器（已提交專(zhuān)利申請(qǐng)），效果良好。為保證正常燃燒，主要選擇中上層磨（D、E 磨）進(jìn)行污泥摻混。本項(xiàng)目2 臺(tái)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(tǒng)工藝流程

1.2.2 污泥干化摻燒工藝

污泥干化工藝系統(tǒng)主要包括濕污泥卸料、接收存儲(chǔ)系統(tǒng)、污泥干化系統(tǒng)、干污泥輸送存儲(chǔ)系統(tǒng)、不凝性尾氣出力系統(tǒng)、污水收集系統(tǒng)、電氣及熱控系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等（圖2）。濕污泥倉(cāng)中濕污泥經(jīng)螺旋輸送器和螺桿泵進(jìn)入圓盤(pán)干燥機(jī)干燥，含水率從80%降至40%以下。干燥熱源取自熱電廠(chǎng)的1.1MPa、300℃的低品蒸汽，該蒸汽經(jīng)過(guò)減溫減壓器調(diào)至0.5MPa，160℃后分別進(jìn)入干化機(jī)主軸和筒體夾套。干燥污泥從干燥機(jī)出料口排出，經(jīng)刮板輸送機(jī)送入干污泥料倉(cāng)，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(guò)程產(chǎn)生的尾氣通過(guò)引風(fēng)機(jī)排出干燥機(jī)，引風(fēng)機(jī)維持干燥機(jī)內(nèi)微負(fù)壓運(yùn)行，防止干燥過(guò)程中惡臭氣體外逸。被抽出的廢蒸汽經(jīng)過(guò)旋風(fēng)除塵后進(jìn)入冷凝器中進(jìn)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(guò)管道送入燃煤鍋爐送風(fēng)機(jī)入口處，進(jìn)入鍋爐進(jìn)行高溫分解，達(dá)標(biāo)排放，其中冷凝廢水收集后通過(guò)污水管排入廠(chǎng)區(qū)污水池統(tǒng)一處理。

圖2 污泥干化工藝流程

2 運(yùn)行結(jié)果分析

2.1 污泥與煤的特性對(duì)比分析

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

表1 污泥與煤的特性對(duì)比分析

2.2 能量與物料平衡分析

污泥干化系統(tǒng)的運(yùn)行的主要參數(shù)見(jiàn)表2。其中，污泥干化系統(tǒng)的能量平衡，其平衡關(guān)系為公式（1）：

式中：Qst為進(jìn)入干燥機(jī)飽和蒸汽凝結(jié)釋放出的熱量，MJ/h；Qmst為濕污泥中水分蒸發(fā)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(tǒng)輻射熱損失MJ/h。

根據(jù)表2 污泥干化工藝主要參數(shù)計(jì)算污泥干化系統(tǒng)的熱量平衡，進(jìn)入干燥機(jī)飽和蒸汽凝結(jié)釋放出的Qst為7885.2MJ/h，污泥水分蒸發(fā)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(fā)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(gè)系統(tǒng)輻射消耗的熱量為3.4%，通過(guò)分析在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，污泥干燥過(guò)程高效吸收了飽和蒸汽凝結(jié)釋放出來(lái)的熱量。

表2 污泥干化工藝主要參數(shù)

2.3 污泥摻燒對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響

2.3.1 污泥摻燒對(duì)機(jī)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(jì)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(fā)電、供熱，每年可節(jié)省原煤4181.1t。

燃煤熱值每降低0.42MJ/kg，對(duì)于1000MW 等級(jí)機(jī)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(jí)機(jī)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(jí)機(jī)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(xiàng)目電廠(chǎng)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(jí)機(jī)組燃料熱值每降低0.42MJ/kg 增加供電煤耗0.695g/kWh計(jì)算，約影響供電煤耗0.67g/kWh。

2.3.2 污泥摻燒對(duì)制粉系統(tǒng)的影響

污泥摻燒對(duì)制粉系統(tǒng)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(lái)源、含水率、粒度等，本項(xiàng)目干化污泥質(zhì)軟，其硬度遠(yuǎn)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(huì)下降大約1.9%，則制粉系統(tǒng)燃料質(zhì)量需求增加1.9%，對(duì)制粉系統(tǒng)的出力基本沒(méi)有影響，制粉系統(tǒng)出力滿(mǎn)足鍋爐運(yùn)行要求。

2.4 污泥摻燒對(duì)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(shí)際增加比例僅為0.14%，增加比例極小，遠(yuǎn)低于后端脫硫、脫硝和電除塵設(shè)備的裕量處理負(fù)荷，故摻燒后污泥煙塵排放基本沒(méi)有變化，滿(mǎn)足現(xiàn)行國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 污泥摻燒對(duì)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(guò)廢氣處理系統(tǒng)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(lèi)和燃煤有較大的差異，污泥的部分重金屬含量遠(yuǎn)大于煤中重金屬含量，主要體現(xiàn)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(fā)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(dú)燃煤有一定幅度的升高，但由于摻燒比例低，不會(huì)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(huán)境效益

從物耗成本上考慮，電廠(chǎng)濕污泥的日處理量穩(wěn)定在200t/d，則年節(jié)煤4181.1t；從減少化石燃料的碳排放量分析，該電廠(chǎng)每年可減少因燃燒煤產(chǎn)生的碳排放量約9445.2t，在國(guó)家推行市場(chǎng)化節(jié)能減排和碳排放交易市場(chǎng)的環(huán)境下，這無(wú)疑對(duì)電廠(chǎng)是有利的。無(wú)論是從經(jīng)濟(jì)方面還是從碳排放交易方面，都提升了電廠(chǎng)在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。另一方面，電廠(chǎng)利用自身設(shè)備，徹底解決影響市容的污泥處置問(wèn)題，這也是一項(xiàng)利國(guó)利民的工程。

3 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目電廠(chǎng)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(jīng)干化系統(tǒng)干化至40%含水率以下，整個(gè)工藝設(shè)計(jì)合理，其中，耗費(fèi)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(jié)約煤耗4181.1t/a，減少因燃燒煤產(chǎn)生的碳排放量約9445.2t/a。

污泥在摻燒過(guò)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(yīng)的物質(zhì)僅增加0.14%、S ＜0.1%、N ＜0.1%，遠(yuǎn)小于后端脫硫、脫硝和除塵設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷，氣體污染物可達(dá)標(biāo)排放，另外留存在灰渣中的重金屬含量也極低，滿(mǎn)足國(guó)家環(huán)保要求。

該電廠(chǎng)在實(shí)際生產(chǎn)中，濕污泥直摻與濕污泥干化后污泥經(jīng)不同途徑同時(shí)進(jìn)入磨煤機(jī)進(jìn)行焚燒，系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行，在國(guó)內(nèi)尚屬首次。對(duì)污泥燃煤耦合發(fā)電，是一種值得借鑒的技術(shù)。