燃煤耦合污泥摻燒對電除塵器性能的影響

文_章華熔 福建龍凈環保股份有限公司

傳統的污泥處理方法有填埋、堆肥、制磚等,但這些處理方式因其種種弊端，在我國越來越多城市中不被接受,更多的城市在尋求新的解決措施。污泥焚燒技術不僅處理速度快而且減量化程度高，資源可再利用，是一種相對可行的污泥處理處置方式。利用燃煤電廠將污泥耦合摻燒，一方面可以無害化、減量化處理污泥，另一方面能夠將污泥燃燒發電，實現污泥的資源化利用，減少因燃用化石類能源產生的碳排放，具有較好的環保效應和經濟效應，是城市污泥的重要處理渠道。

目前,燃煤電廠耦合污泥發電有兩種技術路線，分別是污泥直摻工藝和濕污泥干化摻燒工藝。污泥直摻工藝是指含水率較高的污泥（60%～80%含水率）直接與燃煤進行混合后進入磨煤機磨碎至一定粒徑后送入鍋爐焚燒。濕污泥干化摻燒工藝是指含水率較高污泥先經過干化工藝，將污泥干化至含水率40%以下后再與燃煤進行混合后進入磨煤機磨碎至一定粒徑后送入鍋爐焚燒。但現階段，上述兩種工藝對電廠煙氣處理系統配套的電除塵器性能的影響研究不足，缺乏基礎數據，無法科學地分析摻燒污泥后煙氣成份的變化，因此迫切需要開展相關研究。本文以國內常見的600 MW燃煤機組為范本分析200t/d含水率80%污泥直摻工藝與200t/d含水率80%濕污泥干化至含水率35%后摻燒工藝對機組電除塵器性能的影響,旨在為現有燃煤電廠污泥摻燒工藝的設計和使用提供參考依據。

1 項目概況

1.1 設備概況

某600MW燃煤機組，鍋爐為超超臨界參數、螺旋爐膛、一次中間再熱、平衡通風、固態排渣、全鋼結構，Π型布置，采用中速磨直吹系統，設計煤種為煙煤和無煙煤的混煤，其BMCR工況下，燃煤量239t/h，燃煤熱值為22.93MJ/kg，空預器出口煙氣質量流量為2488t/h，體積流量為1884143m3/h，空預器出口煙氣含塵量為26.7g/m3，排煙溫度為125℃。空預器出口過量空氣系數為1.24，不完全燃燒熱損失為1.25%。

1.2 煤種和污泥成分分析

機組設計煤種的工業與化學分析見表1。

表1 設計煤種的工業與化學分析表

污泥是一種高揮發分、高灰分物料，其與燃煤的物性相差較大。當燃煤耦合污泥發電，分析污泥焚燒對機組的影響時，需對污泥的燃料特性進行分析。本文分析的污泥燃燒特性以某城市污泥為例，其污泥工業與化學分析見表2。從中可看出，污泥的收到基全水分（Mt）高于電廠用煤，而收到基低位發熱量（Qnet，ar）則更低。

表2 不同含水率下污泥的工業與化學分析表

2 對機組電除塵器的影響

2.1 設計工況下不同摻燒方式對電除塵器的影響

本文分析機組在BMCR工況下耦合焚燒處置200t/d含水率80%的濕污泥，分別采用污泥直摻和污泥干化耦合工藝對電除塵器的影響。結合表1和表2燃煤以及污泥的工業和化學分析，在保證入爐熱量一致的情況下計算污泥直摻和污泥干化耦合兩種工藝時鍋爐尾部煙氣量和粉塵量，并以此為依據分析兩種污泥處置工藝對電除塵器的影響。具體煙氣數據見表3。

表3 污泥直摻與污泥干化耦合工藝機組尾部煙氣量與粉塵量對比表

由表3可知，600MW機組協同處置200t/d，含水率為80%的濕污泥時，采用污泥直摻工藝，空預器出口煙氣量增加0.58%，粉塵濃度降低0.067%，含水量增加5.4%；采用污泥干化耦合工藝時，空預器出口煙氣量增加0.21%，粉塵濃度增加0.3%，含水量增加0.83%。

在設計工況下，由于污泥摻燒量較小，采用污泥直摻和污泥干化耦合工藝兩種污泥摻燒方式均對機組電除塵器的性能影響較小，電除塵器的負荷變化均在其設計裕量范圍內。

2.2 不同污泥摻燒量對電除塵器性能的影響

為了研究污泥摻燒對電除塵器性能的影響，探究鍋爐摻燒污泥的極限比例，本項目對污泥摻燒量進行了相應調節，分別考量在兩種不同摻燒工藝下，不同摻燒量對電除塵器入口煙氣參數的影響，具體煙氣參數見表4和表5。

表4 不同污泥摻燒量時煙氣數據（污泥直摻）

表5 不同污泥摻燒量時煙氣數據（污泥干化摻燒）

從表4和表5可知，采用污泥直摻工藝時，電除塵器入口煙氣量、水蒸氣含量隨著污泥摻燒量的增加而增加，煙氣中粉塵濃度隨著污泥摻燒量的增加而減少；采用污泥干化耦合工藝時，煙氣量、含塵量和水蒸氣含量均隨污泥摻燒量的增加而增加。

一般而言，燃煤機組的電除塵器設計會考慮一定的裕量，當電除塵器煙氣量、粉塵濃度在設計值5%以內偏差時，電除塵器性能仍能得到保證。通過分析表4和表5可知，采用污泥直摻和干化耦合工藝，煙氣成分中的粉塵濃度增加量均不會超過5%。采用污泥直摻時，當摻燒量達到1000t/d時，煙氣增加量為2.91%。而采用干化耦合工藝時，當摻燒量達到2000 t/d時，煙氣增加量為3.27%。

2.3 摻燒飛灰特性對電除塵器性能的影響

污泥焚燒后的灰分成分對電除塵達到性能指標的難易程度有較大的影響，本文對本項目污泥進行工業分析和元素分析，其灰飛特性數據見表6。

表6 污泥焚燒后灰分分析

由表2和表6綜合分析可知，污泥空干基S含量為0.95%，Na2O含量1.57%，Al2O3+SiO2含量為43.85%，同時Al2O3含量為13.23%，屬于國標除塵器能效限定值及能效等級 中規定的電除塵器對煤種的除塵難易性評價方法中的除塵難易性中較易除塵范圍。由表4和表5可知，隨著污泥摻燒量的增加，煙氣中水蒸氣含量增加，有利于降低煙塵比電阻，提高電除塵器的除塵效率。

3 結語

目前，國內利用燃煤耦合污泥焚燒發電的相關電廠污泥摻燒量一般不超過8%，最高不超過10%（以含水率60%污泥計算）。本文所述燃煤鍋爐，燃煤量為239t/h，按8%摻燒量計算，每日污泥摻燒量不高于459t。考慮到其他污染物排放，如二噁英等，我國尚未出臺相應的排放標準文件，參考上海市地方標準DB31/1291-2021《燃煤耦合污泥電廠大氣污染物排放標準》，其中規定燃煤耦合污泥發電鍋爐的污泥摻燒率不應大于5%。以此標準計算，本項目折算80%含水率污泥，最大摻燒量為573.6t/d。

在設計工況下，污泥摻燒量為200t/d（含水率80%）時，污泥直摻工藝和污泥干化耦合工藝均不會對機組電除塵器的性能造成影響。

采用污泥直摻工藝時，鍋爐空預器出口煙氣量、水蒸氣含量隨著污泥摻燒量的增加而增加，煙氣中粉塵濃度隨著污泥摻燒量的增加而減少；采用污泥干化耦合工藝時，煙氣量、含塵量和水蒸氣含量均隨污泥摻燒量的增加而增加。污泥摻燒后產生飛灰的主要成份比電阻低，且摻燒后煙氣中水蒸氣含量增加，利于電除塵器收塵，提高除塵效率。