摻燒污泥對直流鍋爐運行的影響和建議

潘 浩 顧海棟 郭正飆 錢筱武

上海外高橋第二發電有限責任公司

0 引言

污泥作為污水處理廠污水處理后的附屬物，對環境影響極大，未經恰當處理的污泥對生態環境和人類活動構成了嚴重威脅。為解決區域污泥治理難題，建設美麗上海，申能集團積極響應上海市政府號召，與上海城投集團聯合研發燃煤污泥耦合發電項目。從2020年初開始，上海外高橋第二發電有限責任公司兩臺鍋爐正式進行污泥摻燒，摻燒比例不大于10%。

燃煤電廠小比例摻燒污泥是城市污泥無害化處置的有效途徑之一，但對鍋爐安全運行和經濟性有一定程度的影響。

1 設備簡介

上海外高橋第二發電有限責任公司擁有2臺900 MW機組，鍋爐為ALSTOM公司生產的2 788 t/h超臨界壓力、一次中間再熱、塔式布置直流鍋爐，過熱蒸汽壓力25.76 MPa、溫度542℃，再熱蒸汽壓力5.92/5.74 MPa、溫度319.3/568℃。該鍋爐采用擴容式啟動系統、單爐膛切向燃燒、露天懸吊布置、固態排渣。鍋爐燃燒設計煤種為神府東勝煙煤，校核煤種為山西大同煤。

2 污泥摻燒對鍋爐的影響

1)對鍋爐安全的影響

(1)由于污泥水分含量高，使混合燃料黏度增加,流動性降低，原煤倉易發生搭橋堵煤現象。此外，需更多的熱一次風進行干燥，影響了磨煤機制粉出力，高負荷時易發生堵磨。

(2)水冷壁出口溫度下降。根據試驗數據，#5鍋爐正常運行時，水冷壁中間點溫度恒定為385～412℃，在摻燒比例為9%時下降到359℃【1】。實際運行中，燃燒區域水冷壁輻射吸熱明顯不足，給水流量自動控制邏輯不能適應由于燃煤熱值下降而產生的鍋爐吸熱新特性，不能及時降低給水指令，導致低負荷時水冷壁出口溫度低于對應壓力下的飽和溫度，鍋爐進入非直流工況。

(3)主再汽溫度下降。汽溫變化的原因與水冷壁出口溫度變化相似，污泥摻燒的不均導致熱值、實際煤水比、主汽溫度下降。

(4)鍋爐煙氣低溫區（預熱器）生成硫酸氫銨的風險上升。上海外高橋第二發電有限責任公司鍋爐裝有SCR尿素熱解脫硝系統，但由于污泥來料不同，成分也不一致。當硫分含量高時，容易生成硫酸氫銨，同時煙氣中大量的灰分加劇了預熱器蓄熱元件煙塵黏結，使預熱器阻力增加。

2)對鍋爐經濟指標的影響

對#5鍋爐進行了污泥摻燒對比試驗，摻燒量約7%，污泥摻燒分析資料如表1所示：

表1 污泥摻燒分析資料

(1)廠用電率的影響：

廠用電率的影響見圖1。

圖1 720 MW廠用電率對比

從圖1可看出，負荷720 MW時，廠用電率合計上升了0.285。

從圖2可看出，負荷450 MW工況，廠用電率合計上升了0.157。

圖2 450 MW廠用電率對比

(2)鍋爐效率和能耗的變化

鍋爐效率對比見表2。

表2 鍋爐效率對比

從試驗結果看出，720 MW（80%負荷）工況下，摻燒污泥使修正后鍋爐效率降低0.34%；450 MW（50%負荷）工況下，鍋爐效率降低0.35%。由于摻燒污泥揮發分增加，飛灰含碳量減小了。

根據試驗，#5機組摻燒污泥能耗數據對比見表3。

表3 能耗數據對比

從試驗結果可看出，摻燒污泥后機組煤耗上升了。80%負荷工況時，供電煤耗率升高1.89 g/kWh，50%負荷工況時，供電煤耗升高2.26 g/kWh。

3 建議與措施

1)防止原煤倉嚴重堵煤。制訂原煤倉輪流清倉辦法，建立定期清理出口污泥制度；盡量提高磨煤機進口一次風溫，增加一次風熱風干燥能力。

2)防止硫酸氫銨的生成，關注空預器進出口差壓。空預器5B煙氣倉進口經改造后可定時添加氫氧化鈣，以此中和酸性物質，降低硫酸氫銨的生成幾率；秋冬季節氣溫降低，要及時投入暖風器，提高空預器冷端綜合溫度（進口空氣溫度與出口煙氣溫度之和）。當基含硫量低于臨界值（0.5%左右）時，鍋爐實際排煙溫度可達理想空預器冷端綜合溫度，而當基含硫量高于臨界值（1.0%）且進口空氣溫度為20℃時，推薦的空預器出口煙氣溫度在170℃以上【2】，顯然，實際排煙溫度無法達到理想值，因此，要求入爐煤加權平均硫分低于0.8%；定期做好污泥來樣硫分分析，嚴格控制爐膛出口SO2濃度，及時降低高硫倉磨煤機給煤量，同時控制預熱器出口鍋爐排煙溫度不小于100℃，預熱器冷端綜合溫度大于130℃。

3)合理安排蒸汽吹灰。及時調整燃燒器擺角，加強再熱器受熱面區域吹灰，提高再熱汽溫；優化給水流量焓值控制邏輯，及時降低給水量，間接提高煤水比，保證主再蒸汽溫度接近額定值運行。

4)提高鍋爐燃燒區域水冷壁輻射吸熱量。為避免低負荷階段出現非直流工況①燃燒器擺角下擺，增加爐膛下部給煤機煤量，使火焰中心下移。②加強水冷壁蒸汽吹灰，增加水冷壁換熱效果。③在出口NOx排放允許的條件下，合理配風，適當增加燃燒區域二次風量配比，改善燃燒工況。④及時投用暖風器，提高二次風溫度。

4 結論

1）燃料成分發生變化，煙氣量和飛灰增加使廠用電率上升，鍋爐效率降低，發電煤耗增加。

2）污泥含水量高，流動性較差，使制粉系統頻繁發生積煤、堵煤現象，需制訂原煤倉清倉措施，建議原煤倉流線型優化改造。

3）污泥硫分的增加使裝有SCR脫硝系統的鍋爐在煙氣低溫區（預熱器）生成硫酸氫銨的風險加大，應做好預防措施。

4）由于燃料整體熱值下降，低負荷時鍋爐易進入非直流工況，給水流量控制邏輯需進一步優化以適應污泥摻燒帶來的影響。