燃煤發電機組摻燒污泥對磨煤機的影響

陳 博 張 宇 劉 瑞

上海上電漕涇發電有限公司

1 國內外污泥摻燒研究現狀

基于已建成投產的燃煤發電機組，利用其原有配套的環保設備，進行合理的改造以實現城市生活污泥的摻混燃燒，相較于新建的污泥焚燒廠具有節省用地且投資低的優勢[1]。浙江大學劉永付[2]等人通過對污泥特性的研究分析，利用燃煤電站已有的燃燒設備和煙氣凈化系統將污泥與電站鍋爐燃煤協同焚燒，證明污泥可在電站燃煤鍋爐中摻燒，并且符合中國國情。Peng Tan 等人[3]通過采用三種不同的燃燒模型，包括不同的湍流氣相燃燒和焦炭表面燃燒子模型，模擬100 MW切向燃煤電站鍋爐中共燃污泥與煤的燃燒和排放特性。通過比較不同燃燒模型的數值結果與一組全尺寸煤泥共燃現場實驗，最終建立了精確合適的計算流體動力學（CFD）模型。該模型表明了與煤共同燃燒污泥會導致燃料點火的輕微延遲和碳燃燒的下降。也有很多學者對煤耦合生物質燃料在流化床鍋爐內的燃燒進行了大量研究，結果表明流化床鍋爐在燃燒生物質燃料時具有燃燒穩定的優點[4-5]。王飛等人[6]的研究表明，生活污泥的摻燒可能使鍋爐煙氣中的NOx 濃度出現輕微下降，原因在于污泥中的尿素、氨水和灰塵等物質，具有一定的吸收及吸附作用。

2 試驗目的

在百萬（千瓦）機組摻燒污泥時，選擇俄羅斯動力煤作為與污泥混合的煤種，摻配比例約為3:1。利用鍋爐一次熱風在磨煤機中將燃料進行加熱烘干磨成煤粉進入鍋爐燃燒。

磨煤機作為入爐燃料的“守門員”，最先受到污泥的考驗。磨煤機最大出力、電流、磨輥差壓、制粉單耗及煤粉細度作為磨煤機重要運行參數，反映了設備的運行狀態。因此，選擇上述參數作為摻燒污泥時制粉系統運行情況優劣的衡量指標，對制粉系統運行狀態進行比較研究，為今后順利開展污泥摻燒常態化工作提供支持。

本次試驗計劃分四個時間段實施，分別試摻燒來自上海5 個區的污泥，累計摻燒不同種類的污泥2 803.33 t，其 中 金 山 污 泥848.51 t，奉 賢 污 泥169.6 t，嘉定污泥82.94 t，青浦污泥147.2 t，松江污泥1 555.08 t，詳見表1。

表1 漕涇電廠污泥摻燒試驗加倉

3 試驗結果分析

3.1 污泥水分對磨煤機運行的影響

選擇同樣來自青浦的低水分污泥和高水分污泥進行比較，主要參數見2。

表2 青浦不同水分污泥參數

保持機組負荷穩定，分別摻燒青浦兩種污泥時，磨煤機最大出力、磨煤機電流、磨輥差壓、分離器轉速記錄見表3。

表3 摻燒青浦不同水分污泥時磨煤機主要參數

當污泥水分高時，污泥混煤的黏度較高，且熱值降低，為維持磨煤機出口燃燒穩定，需適當降低分離器轉速。同時，出現磨煤機最大出力減小，電流增大，磨輥差壓增大的情況。在摻燒青浦高水分污泥時出現了磨煤機堵煤現象，被迫停運。連續吹掃后才能繼續運行，磨煤機運行穩定性明顯降低。

3.2 污泥干化方式對磨煤機運行的影響

選擇水分接近，干化方式不同的污泥進行比較，主要參數見表4。

表4 同水分不同干化方式污泥參數

保持機組負荷穩定，分別摻燒上述四種污泥時，磨煤機最大出力、磨煤機電流、磨輥差壓、分離器轉速記錄見表5。

表5 摻燒不同水分污泥時磨煤機主要參數

比較摻燒水分58%的金山朱涇污泥和水分58.1%的嘉定生石灰干化污泥時的磨煤機主要參數，不難發現，當污泥中混有木屑時為維持磨煤機出口燃燒穩定，分離器轉速需減低，同時磨煤機最大出力減小，電流增大，磨輥差壓增大。

比較摻燒含水率64.9%的金山排海污泥和含水率64.1%的奉賢木屑干化污泥時磨煤機主要參數，不難發現，當污泥中混有木屑時為維持磨煤機出口燃燒穩定，分離器轉速需減低，同時磨煤機最大出力減小，電流增大，磨輥差壓增大。在摻燒奉賢木屑干化污泥時出現了磨煤機堵煤現象，被迫停運連續吹掃后才能繼續運行。由于木屑的混入，需要每隔30～45 min 清理一次石子煤斗，且斗內有明火，極大地降低了磨煤機運行時的安全性和可靠性。

綜上，木屑干化和生石灰干化生產的污泥摻燒均會對制粉系統的運行穩定性和安全性造成影響，板框壓濾干化方式的污泥對磨煤機運行穩定性影響不大。

3.3 摻燒污泥對磨煤機制粉單耗及煤粉細度變化的影響

為研究磨煤機制粉單耗及煤粉細度變化，以2018 年10 月29 日開始的污泥摻燒為例，當日摻燒污泥及入爐煤化驗結果，如表6，當日到廠的兩批污泥來自同一廠家，分別命名為“污泥1”、“污泥2”。

試驗時維持機組負荷相對穩定，在污泥1（2）摻燒開始前的工況定義為對照工況1（2），將摻燒污泥1（2）時的工況定義為設計工況1（2），具體工況見表7。

表6 入爐煤化驗結果

表7 試驗工況

煤粉細度分析采用的標準篩子有3 檔，分別為80、180、200 目，相應的粒徑為200 μm、90μm、75μm，對應的煤粉細度分別為R200、R90、R75。各工況下磨煤機運行參數見表8。

如表8 所示，相比于對照工況1 和2，試驗工況1 和工況2 下的制粉單耗分別提高1.69 kWh/t和0.56 kWh/t；煤粉細度摻燒前后變化不大[7]。原因為：污泥與俄動煤混合的“污泥混煤”含水率略高于褐煤，因此運行時需適當增大磨煤機熱風調節門開度，且一次風量與一次風壓均有一定程度的提高；摻配煤種俄動煤的哈氏可磨系數較低，液壓加載壓力升高，磨煤機電流明顯升高。

4 結論

燃煤電站大容量鍋爐摻燒城市生活污泥將在不久的未來會成為一個重要的污泥處理方式，因此如何確保摻燒過程的安全與穩定，避免發生影響電網安全狀況，根據多次試驗數據，分析總結得出以下主要結論：

1）污泥水分越高，熱值越低，最大可摻配比例越低，具體限額因磨煤機本身性能差異而變化，無法給出具體數值，但是可以確定：磨煤機運行穩定性隨摻燒污泥含水量的升高而降低。

表8 磨煤機主要參數及制粉單耗

2）木屑干化和生石灰干化的污泥在摻燒時均會嚴重影響磨煤機運行穩定性，在今后大規模常態化摻燒污泥時，盡量避免上述兩種干化方式生產的污泥。

3）摻燒污泥后制粉單耗明顯提高，但考慮到摻燒污泥產生的環保效益和經濟效益，制粉單耗的上升可以接受。

4）摻燒污泥前后，煤粉細度特性變化不明顯。