探討燃煤電廠軟化污泥資源化利用途徑

邱 琛 倪慧剛 姚志宏 韓 毅

（1 國能宿州熱電有限公司 安徽宿州 234000 2 國能朗新明環(huán)保科技有限公司南京分公司 江蘇南京 210019）

引言

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，節(jié)能與環(huán)保日益成為影響企業(yè)生存與發(fā)展的重要因素。原水軟化系統(tǒng)污泥處理系統(tǒng)運行環(huán)境差、污泥脫水機運維難度大、藥劑消耗量大、污泥外運受限、處置費用高等問題以日漸突出[1～4]。目前國內(nèi)燃煤火電機組普遍存在污泥產(chǎn)量大、處置難度大、費用高，尤其對于城市電廠或環(huán)境保護敏感地區(qū)，污泥無法及時外運影響生產(chǎn)環(huán)境、威脅水處理系統(tǒng)的正常運行。軟化污泥既是污染物，又是資源，污泥的處理與資源化相結(jié)合才是其最好的出路[5]。現(xiàn)今國內(nèi)外燃煤電廠主流的脫硫技術(shù)是石灰石/石膏濕法，2010 年6 月17 日，環(huán)境保護部頒發(fā)了“關(guān)于火電企業(yè)脫硫設(shè)施設(shè)置旁路煙道擋板實施鉛封的通知”，至此取消旁路煙道運行后，形成了脫硫和主機組成串聯(lián)的生產(chǎn)系統(tǒng)，即脫硫系統(tǒng)的安全與主機等同，對脫硫系統(tǒng)試驗改造必須保證其穩(wěn)定和效率[6]。

1 污泥資源化利用的重要性

隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們開始注重節(jié)能與環(huán)保，對環(huán)境的保護和重視程度也逐漸提高。燃煤電廠在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的污泥，污泥對生態(tài)環(huán)境造成了不利影響，所以加強污泥的科學(xué)處置具有一定的現(xiàn)實意義，污泥處置的重要性主要表現(xiàn)為兩個層面。

1.1 污泥處置與環(huán)保理念吻合

關(guān)于生態(tài)文明建設(shè)，黨的十八大會議已經(jīng)做出了整體的規(guī)劃和布局，發(fā)展具有中國特色的社會主義國家應(yīng)該將生態(tài)文明建設(shè)放在重要位置，加強生態(tài)環(huán)境的保護已經(jīng)成為經(jīng)濟建設(shè)的主題，社會經(jīng)濟的發(fā)展應(yīng)該創(chuàng)新工作思路，明確環(huán)境保護的重要性。污泥是污水物質(zhì)中的重要污染物集中部分，對生態(tài)環(huán)境、土壤、水容易造成二次污染，成為主要的污染源，因此，加強污泥的科學(xué)處置具有非常重要的現(xiàn)實意義。

1.2 污泥的開發(fā)與利用

垃圾經(jīng)過科學(xué)的處置也能成為有用的資源，污泥經(jīng)過處置變得無害化，使污泥的總量減少，不但解決了污泥污染環(huán)境的問題，同時還能促進污泥資源的循環(huán)利用。科學(xué)合理的污泥處置與生態(tài)文明建設(shè)具有密切的關(guān)聯(lián)，相關(guān)企業(yè)和單位應(yīng)該積極的應(yīng)對污泥處理問題，提高污泥處理效率，促進污泥資源的二次開發(fā)和利用。

為響應(yīng)國家的節(jié)能減排、資源化利用、可持續(xù)發(fā)展的理念，切實聚焦主業(yè)、做精做專，深挖潛能，降本增效，探索解決燃煤電廠的生產(chǎn)和環(huán)保問題，對燃煤電廠石灰軟化污泥（含鈣污泥）綜合利用進行研究，通過研究將軟化污泥（含鈣污泥）利用作為脫硫系統(tǒng)使用的脫硫劑的相關(guān)技術(shù)措施，實現(xiàn)軟化污泥（含鈣污泥）的回收利用。

2 燃煤電廠污泥處置現(xiàn)狀

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，很多發(fā)達國家關(guān)于污泥的處置有相對完善的措施，比如焚燒、農(nóng)用和填埋等等，污泥焚燒處理在國際很多發(fā)達國家成為污泥處置的主流技術(shù)。在很多方面表現(xiàn)出其他技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢，比如節(jié)約土地資源、減少污泥的數(shù)量、沒有有害物質(zhì)的產(chǎn)生。

我國關(guān)于污泥的處置主要以填埋方式為主，隨著技術(shù)的發(fā)展，污泥的處置方式也變得更加規(guī)范和科學(xué)，由傳統(tǒng)的處理方式開始向電廠摻燒污泥發(fā)電處置方式轉(zhuǎn)變。關(guān)于煤粉摻燒干化污泥已有很多成功的案例，但是技術(shù)實施的設(shè)備具有一定的局限性，僅限循環(huán)流化床鍋爐。但以上研究多針對城鎮(zhèn)污水處理廠開展，針對電廠原水軟化污泥的研究鮮有涉及。目前，為對原水預(yù)處理過程中產(chǎn)生的大量污泥進行處理，電廠通常設(shè)置污泥廢水收集及脫水系統(tǒng)，通過加入聚丙烯酰胺，將污泥進行脫水形成干泥餅，進而運輸至廠外處理，但此時必將面臨污泥處理系統(tǒng)運行環(huán)境差、污泥脫水機運維難度大、藥劑消耗量高、污泥外運受限、處置費用高等問題，為高效處理上述污泥，提出將污泥輸送至脫硫的新型處理方式，不僅能夠降低污泥處置費用，同時可有效降低脫硫資源的利用，實現(xiàn)“零”排放，一定程度上可為電廠污泥處置提供有效借鑒。

3 電廠原水軟化污泥資源化回用技術(shù)

以地表水作為電廠水源，使用的機械加速澄清池+變孔隙濾池工藝，主要加藥為石灰漿液，輔助加入絮凝劑和助凝劑以加速絮凝反應(yīng)，添加了殺菌劑控制水中的微生物和藻類等。石灰石/石膏濕法FGD 脫硫工藝中的，使用石灰石漿液吸收SO2反應(yīng)生成CaSO3，通過氧化、結(jié)晶生成CaSO4·2H2O，經(jīng)脫水后產(chǎn)生石膏，其石灰石漿液的主要應(yīng)用成分為CaCO3，原水軟化污泥中含有大量石灰石CaCO3，與堿性石灰石成分一致，因此可將污泥輸送至脫硫系統(tǒng)進行脫硫劑。設(shè)置三個污泥水投放點做以下具體應(yīng)用說明（圖1）。

圖1 燃煤電廠水質(zhì)凈化系統(tǒng)含鈣污泥資源化回用系統(tǒng)的流程圖

3.1 第一投放點-污泥水替代工業(yè)水

污泥水通過污泥輸送泵運輸至石灰石球磨機內(nèi)，經(jīng)過石灰石球磨的研磨后，進入磨機再循環(huán)箱內(nèi)，在通過循環(huán)泵進入石灰石旋流站，之后進入石灰石漿液箱，然后通過石灰石漿液泵進入濕法脫硫吸收塔，進行污泥的資源化利用（圖2）。

圖2 第一投放點-污泥水替代工業(yè)水

采用第一投放點，污泥水一方面能夠提供帶來含鈣污泥，另一方面能夠為石灰石球磨機的運行替代工業(yè)水，減少工業(yè)水使用，污泥也不需要高濃度濃縮污泥，可減少污堵得風(fēng)險，但必須在石磨石球磨機運行時，方可投加。

3.2 第二投放點-污泥至磨機再循環(huán)箱

污泥水通過污泥輸送泵運輸至磨機再循環(huán)箱內(nèi)，之后利于石灰石漿液制備系統(tǒng)循環(huán)，最終進入脫硫系統(tǒng)進行污泥的資源化利用（圖3）。

圖3 第二投放點-污泥至磨機再循環(huán)箱

采用第二投放點的方式方法，有益于污泥研磨，還可以在石磨石球磨機非運行時投加，但其增大了再循環(huán)泵和石灰石旋流站的工作強度，增加其運行磨損。

3.3 第三投放點-污泥至石灰石漿液箱

污泥通過污泥輸送泵直接被運輸?shù)绞沂瘽{液箱內(nèi)，進行混合，然后通過石灰石漿液泵進入濕法脫硫吸收塔，進行污泥的資源化利用（圖4）。

圖4 第三投放點-污泥至石灰石漿液箱

采用第三投放點的方式方法，無污泥研磨，可在石磨石研磨檢修的時候投加，加大了脫硫吸收塔運行風(fēng)險。

4 原水軟化污泥資源化回用技術(shù)的優(yōu)勢

采用第一投加點時，可適當(dāng)降低污泥的濃度，改善污泥濃縮池及污泥輸送泵的運行工況，降低其磨損和故障的可能性，與傳統(tǒng)工藝相比本工藝具體主要優(yōu)勢如下：

（1）設(shè)置三個污泥水投放點，能夠根據(jù)不同汛期的情況進行最佳投放點的選擇，實用性強，方便運行調(diào)整；

（2）加藥操作簡單、無需，安裝、運行操作和維護工作量小，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，不易故障；

（3）改造方便，現(xiàn)有燃煤電廠設(shè)備均已包含，只需輻射一路管道；

（4）無污泥排放，對環(huán)境無污染，產(chǎn)生了巨大的社會價值，原先的污染物轉(zhuǎn)化成為資源，利于脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生二水石膏，并且進行銷售，產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟價值；

（5）大量減少了脫硫系統(tǒng)石灰石的使用量，較少開采量，對環(huán)境友好。

5 原水軟化污泥資源化回用技術(shù)的穩(wěn)定性

采用槽罐車進行實驗性投加大約4 個月，采用正式管線投加大約10 個月，自2020 年07 月01 日至2021 年03 月12 日，污泥使用量最高為78m3/日，其中污泥中CaCO3含量在81%-84%之間波動。此時，石膏純度波動區(qū)間為88%-90.5%，較投放污泥前下降約2%-3%，但是依然保持在允許范圍之內(nèi)，而脫硫效率基本不變，還在99.2%、99.3%，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。

6 經(jīng)濟效益和環(huán)保效益分析

6.1 經(jīng)濟效益

該工程實施后，國能宿州熱電有限公司一直維持單機運行，其原水預(yù)處理量為500t/天，產(chǎn)生污泥量為30t/天。

由于污泥直接輸送至脫硫裝置，每天減少聚丙烯酰胺使用量為100kg，其中聚丙烯酰胺價格為10元/kg，故減少污泥脫水費用100kg/天×10 元/kg=1000 元/天；干污泥運輸處理費用為300 元/t。

每天節(jié)約污泥運輸處理費為30t/天×300 元/t=9000 元/天；石灰石價格為185 元/t，由于使用軟化污泥，2 月份合計減少石灰石使用量96t，平均每天減少石灰石使用量約為3t/天，節(jié)約脫硫費用為185 元/t×3t/天=555 元/天。

綜上所述，該工程實施后在單機運行時，每天可節(jié)約費用為1000+9000+555=10555 元，折合每小時節(jié)約費用439.8 元。對于公司，近年兩臺機組合計利用小時數(shù)平均為9500h，所以每年將節(jié)約費用為417.80 萬元。本技術(shù)的工程改造需根據(jù)不同電廠布局和設(shè)備情況存在一定差異，一般改造費用不高于一百萬元，投資回報率高。

6.2 環(huán)保效益

水處理系統(tǒng)污泥產(chǎn)量大已是困擾火力發(fā)電企業(yè)一個普遍問題，每年由于污泥處置不當(dāng)收到環(huán)保處罰的情況時有出現(xiàn)，該技術(shù)可以有效減少由于實現(xiàn)了軟化污泥（含鈣污泥）廠內(nèi)資源化利用，消除了污泥外運過程中的環(huán)保風(fēng)險。

以宿州公司雙機運行為例，可少向自然環(huán)境排放固體廢棄物7000t/年，少利用自然環(huán)境中的石灰石2000t/年，節(jié)約脫硫制漿系統(tǒng)用水約10000m3/年，具有良好的社會效益，可以在全國同類火電機組推廣應(yīng)用。

結(jié)語

通過將軟化污泥（含鈣污泥）利用作為石灰石/石膏濕法脫硫系統(tǒng)使用的脫硫劑，實現(xiàn)軟化污泥（含鈣污泥）的回收利用，既解決石灰軟化處理系統(tǒng)副產(chǎn)物，又減少石灰石資源的使用，同時把運行難度大、高藥劑消耗的污泥濃縮系統(tǒng)簡化運行以達到節(jié)能減排、節(jié)約投資的目的，可以為已投運電廠的技改和擬新建電廠的水系統(tǒng)設(shè)計提供有效的借鑒，具有很大的實際推廣意義和顯著的經(jīng)濟效益。