大型電站鍋爐污泥摻燒裝置應用與研究

龍冀 朱彤 陳一平 何洪浩 陳文

（1 同濟大學 上海 200092 2 湖南省湘電試驗研究院有限公司 湖南長沙 410004）

0 引言

污泥通常指在處理污水過程中產生的固液混合的絮狀物質。一般每萬噸污水經處理后產生的污泥量約為10 t～20 t（含水率按90%計）。污泥主要由各種微生物以及無機、有機顆粒組成，此外還含有有機污染物、重金屬、寄生蟲蟲卵和病源微生物等有害物質，若不加以妥善處置，將會是一種危害性很大的固體廢棄物［1-2］。根據統計，2020 年我國污水處理廠產生的污泥量為6 000 萬t 以上［3］。伴隨著我國城鎮化的不斷發展，不同類型城市的污泥存量及增量都在顯著增加。

污泥的處置方法主要包括堆肥、填埋以及熱利用（焚燒、熱解、氣化）等。目前我國的污泥處理主要以填埋為主，這種方法不僅需要占用大量的土地資源，而且污泥中的有害物質存在給土壤和地下水造成二次污染的風險。因此人們越來越關注污泥的無害化資源利用技術［4-8］，而通過大型電站鍋爐摻燒污泥的處置方式，既可以利用大型電站鍋爐已有的煙氣處理設備，從而避免二次污染，又能夠實現污泥的資源化利用，是我國提倡的污泥處置方向［9］。

與燃煤相比，污泥含水率高、熱值低，鍋爐的運行穩定性和經濟性以及環保性是電廠鍋爐摻燒污泥時所面對的直接問題。本文介紹污泥摻燒系統，以不同含水率的污泥為研究對象，研究了不同含水率污泥摻燒對于鍋爐經濟性（鍋爐效率）以及鍋爐運行穩定性、環保特性的影響。

1 污泥摻燒裝置系統

試驗裝置的污泥摻燒系統為1 套集干燥、炭化和破碎功能于一體的干化裝置，設計處理60%～80%含水率的污泥，污泥主要來自于某大型紙廠。其中60%含水率的污泥采用絞龍式輸送，80%含水率的污泥采用柱塞泵式輸送。系統的干燥介質為熱煙氣，由低溫過熱器入口來的高溫熱煙氣與省煤器出口來的低溫熱煙氣相混合，通過管道上的閥門，調整混合后的熱煙氣溫度在一定范圍內。混合后的熱煙氣送入干燥炭化一體機，將污泥干燥、炭化、磨碎，并將磨碎后的炭粉及炭化過程中產生的揮發分一同送入爐膛燃燒。設計的污泥處理能力約為2 t/h～4 t/h，視處理污泥含水率而不同，污泥摻燒系統簡單示意見圖1。

圖1 污泥摻燒系統簡單示意圖

2 試驗概況

2.1 試驗電站鍋爐設備介紹

試驗電站鍋爐為哈爾濱鍋爐廠設計的超超臨界參數變壓運行直流鍋爐，采用П 型布置、單爐膛、水平濃淡燃燒器，低NOx 分級送風燃燒系統，墻式切圓燃燒方式，爐膛采用內螺紋管垂直上升膜式水冷壁，帶再循環泵的啟動系統，一次中間再熱，過熱蒸汽調溫方式以煤水比為主，同時設置三級噴水減溫器，鍋爐的主要設計參數如表1 所示。

表1 鍋爐主要設計參數

2.2 試驗設計

為了研究摻燒污泥以及不同含水率污泥對鍋爐運行穩定性、經濟性以及環保特性的影響，本文主要從以下3 個方面進行試驗設計：①設計空白試驗，即未摻燒污泥下的鍋爐性能試驗［11］，以作對比；②在污泥處置系統處理60%含水率的污泥時，出力約為4 t/h 情況下進行鍋爐性能試驗；在污泥處置系統處理80%含水率的污泥時，出力約為2 t/h 情況下進行鍋爐性能試驗；③空白試驗、摻燒60%含水率污泥、摻燒80%含水率污泥均在90%BMCR 為試驗機組負荷，該負荷下入爐煤量約為220 t/h，摻燒污泥比例在1%～2%。

3 結果分析

3.1 燃煤與污泥特性

本次試驗期間燃煤和污泥的基礎分析數據見表2。

表2 試驗煤質與污泥分析數據

整個試驗期間，污泥和煤質比較穩定，摻燒污泥時的入爐煤質數據采用不同含水率下污泥的出力及燃煤量進行加權計算。

3.2 鍋爐主要運行參數對比分析

摻燒不同含水率污泥時鍋爐主要運行參數見表3。

表3 摻燒不同含水率污泥時鍋爐主要運行參數

試驗期間，各主輔機設備及運行參數正常，從表3 中可以看出未摻燒污泥、摻燒60%含水率污泥、摻燒80%含水率污泥3 種情況，鍋爐主要蒸汽參數基本保持一致，未發生明顯變化，均滿足設計要求。

3.3 鍋爐效率對比分析

摻燒不同含水率污泥時鍋爐效率匯總見表4。

表4 摻燒不同含水率污泥時鍋爐效率匯總

由表4 可以看出，從排煙溫度以及飛灰、爐渣含碳量這3個主要因素看，未摻燒及摻燒不同含水率污泥帶來的影響基本不大。從最終的鍋爐效率及修正后鍋爐效率來看，鍋爐效率也未發生明顯變化。

3.4 污染物排放特性

本次試驗中，對試驗設備爐膛出口污染物NOx 質量濃度進行了測試，3 種不同情況下，NOx 質量濃度沒有明顯的變化，具體測試結果如表5 所示。

表5 摻燒不同含水率污泥時機組負荷及爐膛出口NOx 質量濃度

4 結論

（1）污泥處理系統運行穩定，未摻燒及摻燒不同含水率的污泥。鍋爐運行基本穩定，鍋爐主要運行參數符合設計要求，未發生明顯變化。

（2）鍋爐未摻燒及摻燒不同含水率的污泥，鍋爐效率以及相關的經濟性指標未發生明顯變化。

（3）鍋爐未摻燒及摻燒不同含水率的污泥，鍋爐爐膛出口NOx 質量濃度未發生明顯變化。