150 MW鍋爐城市污泥摻燒性能試驗(yàn)研究

全康環(huán)保:摘 要：針對(duì)在污水處理過(guò)程中產(chǎn)生大量污泥的問(wèn)題，以4臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐為例，對(duì)經(jīng)過(guò)濃縮、投加PAM后壓濾形成的預(yù)脫水干化污泥進(jìn)行摻燒試驗(yàn)，分析摻燒時(shí)的鍋爐燃燒穩(wěn)定性、鍋爐效率及污染物排放情況。試驗(yàn)結(jié)果表明，摻燒含水率低于60%的污泥，摻煤比達(dá)到15%時(shí)對(duì)鍋爐燃燒影響非常小，排放出的污染物符合環(huán)保要求。

關(guān)鍵詞：污泥; 污泥摻燒; 含水率; 摻煤比;

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市污水處理率逐漸提高，伴隨而來(lái)的污泥無(wú)害化問(wèn)題日益突出。把污泥無(wú)害化、資源化、能源化為解決污泥處置問(wèn)題提供了一種出路，同時(shí)也有利于循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，是區(qū)域生態(tài)平衡的重要一環(huán)。污泥在生產(chǎn)過(guò)程以及后處理過(guò)程中會(huì)包含很多有機(jī)物，有機(jī)物中含有很多致病菌、微生物以及其他對(duì)人體有害的微生物。若對(duì)城市污泥不加以處理，直接排放，會(huì)對(duì)土壤、水體以及植被等造成非常嚴(yán)重的破壞。目前，處理污泥的方法主要有土地填埋、土地利用、污泥干燥、污泥焚燒、直接排海等。其中，直接排海的方式已經(jīng)逐漸被棄用。以焚燒為核心的處理方法是最為徹底的處理方法之一，這是由于焚燒能夠使污泥中所含有的有機(jī)物全部碳化并完全燃燒，完全處理掉其中的致病微生物，且污泥焚燒的處理速度快，不需要長(zhǎng)期儲(chǔ)存；同時(shí)，污泥的焚燒還具有運(yùn)輸距離短、減容效果明顯等特點(diǎn)。

現(xiàn)階段有很多學(xué)者利用熱重分析對(duì)污泥的各種物化性質(zhì)展開(kāi)了研究。FONT R等人利用熱重分析研究了幾種不同污泥的熱重與熱解特性，得出不同種類(lèi)的污泥由于其產(chǎn)地以及生產(chǎn)方式的不同，物化性質(zhì)以及熱重特性有著非常大的差別，不能單純的采用與煤粉相同的分析方法對(duì)不同種類(lèi)的污泥進(jìn)行分析。OTERO M等人通過(guò)研究干燥污泥與煤粉不同的摻混情況，得到在不同的摻混比下污泥與煤粉混合物的熱解與燃燒特性。NADZIA-KIEWICZ J通過(guò)熱重分析，研究污泥與煤粉混樣混合并進(jìn)行摻燒的情況，得出污泥中所含有的物質(zhì)會(huì)對(duì)摻燒情況造成非常巨大的影響。在實(shí)際摻燒過(guò)程中，火力發(fā)電廠需要對(duì)污泥的摻燒比以及其含有的物質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格的控制。

本文基于上述研究，采用摻燒含水率小于60%的污泥，且摻燒比例分別為0%、5%、10%、15%的方式進(jìn)行試驗(yàn)，研究此方式對(duì)150 MW燃煤鍋爐實(shí)際運(yùn)行情況和污染物排放情況的影響并進(jìn)行分析。

1 概述

1.1 城市污泥特性

某城市的污泥化驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 某城市污泥化驗(yàn)結(jié)果

1.2 引風(fēng)機(jī)及給煤機(jī)技術(shù)規(guī)范

引風(fēng)機(jī)及給煤機(jī)的相關(guān)技術(shù)規(guī)范如表2、表3和表4所示。

表2 引風(fēng)機(jī)設(shè)備規(guī)范

2 試驗(yàn)分析

本次試驗(yàn)由某煤矸石熱電有限責(zé)任公司擬協(xié)同政府環(huán)保部門(mén)，利用現(xiàn)有的4臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐，焚燒來(lái)自于阜新、沈陽(yáng)等污水廠氧化溝排出的經(jīng)過(guò)濃縮、投加PAM后壓濾形成的預(yù)脫水干化污泥，污泥含水率低于60%。利用鍋爐一次熱風(fēng)在磨煤機(jī)中將燃料進(jìn)行加熱烘干后，再磨成煤粉，送入鍋爐燃燒。試驗(yàn)分為無(wú)污泥摻燒、5%污泥摻燒、10%污泥摻燒等3種比例摻燒，對(duì)鍋爐燃燒穩(wěn)定性、飛灰和爐渣含碳量及污染物排放情況等指標(biāo)進(jìn)行分析。

2.1 對(duì)引風(fēng)機(jī)及給煤機(jī)出力的影響

引風(fēng)機(jī)額定功率是2500 kW，引風(fēng)機(jī)功率增加6%。若引風(fēng)機(jī)余量可以滿足增加6%的要求，則不需增容改造；反之，需進(jìn)行引風(fēng)機(jī)增容改造。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

含水率60%的污泥是板塊壓濾機(jī)出口產(chǎn)品，平均分配到6臺(tái)給煤機(jī)中，則每臺(tái)給煤機(jī)出力增加6.75 t/h。給煤機(jī)額定功率是3 kW，功率增加16%，若給煤機(jī)余量可以滿足增加16%的要求則不需增容改造；反之，需進(jìn)行給煤機(jī)增容改造。

根據(jù)對(duì)某公司引風(fēng)機(jī)及給煤機(jī)設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)校核及實(shí)際運(yùn)行情況分析，以上設(shè)備的設(shè)計(jì)余量均能滿足污泥摻燒的要求。

2.2 對(duì)燃燒系統(tǒng)的影響

根據(jù)物料平衡，當(dāng)摻燒含水率為60%的污泥且摻燒比例達(dá)到15%以上時(shí)，各項(xiàng)參數(shù)的計(jì)算結(jié)果如表5所示。

表5 物料及熱平衡計(jì)算

與燃煤相比，含水率60%的污泥熱值較低，含水量大，摻入鍋爐燃燒時(shí)會(huì)對(duì)鍋爐的燃燒系統(tǒng)產(chǎn)生影響，主要表現(xiàn)在對(duì)燃燒穩(wěn)定性和鍋爐效率方面的影響。

2.2.1 對(duì)燃燒穩(wěn)定性的影響

根據(jù)已有的同類(lèi)項(xiàng)目試驗(yàn)研究結(jié)果，當(dāng)摻燒比例較小時(shí)，對(duì)爐內(nèi)的燃燒情況進(jìn)行觀察可發(fā)現(xiàn)，火焰均很明亮，燃燒穩(wěn)定，且差別不大；同時(shí)，混煤的燃料燃盡特性較好，其燃盡特性幾乎沒(méi)有改變；當(dāng)鍋爐負(fù)荷不變時(shí)，爐膛溫度分布的曲線變化隨著摻燒污泥的比例逐漸升高。因此，摻燒比例盡量控制在一定范圍內(nèi)。

燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí)，額定負(fù)荷下鍋爐燃煤量為115 t/h，燃煤低位發(fā)熱量為12.16 MJ/kg。根據(jù)工藝設(shè)計(jì)結(jié)果，當(dāng)摻燒含水率60%的濕污泥且摻燒比例達(dá)15%時(shí)，摻燒污泥量為17.25 t/h，每小時(shí)補(bǔ)充熱量折算成標(biāo)煤為337.45 kg/h。因此，摻燒污泥對(duì)密相區(qū)床溫影響不大，主要是爐膛出口的煙氣量增加，繼而攜帶的熱量增加，鍋爐效率降低。從熱值、水分、灰分或者硫份方面分析，摻燒后的物料在實(shí)際燃燒的燃料變化范圍以內(nèi)，不會(huì)對(duì)鍋爐的穩(wěn)定燃燒產(chǎn)生影響。

2.2.2 對(duì)鍋爐效率的影響

根據(jù)設(shè)計(jì)煤質(zhì)數(shù)據(jù)，全水分Mar為10.7%，收到基灰分Aar為45%。污泥的水分高達(dá)60%，所以當(dāng)摻燒的污泥送入爐膛燃燒時(shí)，相當(dāng)于增加了原煤的水分，排煙損失增大。絕干污泥的灰分與燃煤灰分相當(dāng)，根據(jù)污水處理廠的污泥檢驗(yàn)結(jié)果，灰分含量約為17%～33%。當(dāng)摻燒17.25 t/h的濕污泥時(shí)，總灰分含量提高了3.55%～6.89%。初步估算，鍋爐效率會(huì)因此降低0.1%～0.2%。

摻燒污泥后，水分對(duì)鍋爐效率產(chǎn)生主要影響。經(jīng)過(guò)估算，摻燒污泥相當(dāng)于每小時(shí)多摻燒水10.35 t。如果燃用實(shí)際煤種并摻燒污泥，滿負(fù)荷時(shí)相當(dāng)于燃煤水分升高了約9%，增加吸熱量9890443 kJ/h，會(huì)對(duì)鍋爐效率產(chǎn)生一定影響。同時(shí)，污泥本身有一定的發(fā)熱量，摻燒17.25 t/h含水率為60%的污泥，也可以放出熱量。初步估算，鍋爐效率會(huì)因此降低0.2%～0.5%。

2.3 對(duì)粉煤灰綜合利用的影響

污泥焚燒所產(chǎn)生的焚燒灰具有較好的吸水性和凝固性，與粉煤灰的性質(zhì)相差不大，國(guó)外也有將污泥燃燒產(chǎn)物作為水泥原料進(jìn)行利用的應(yīng)用實(shí)例。此外，摻燒污泥的比例不大，污泥燃燒后的灰在總灰量中占的比例很小，對(duì)粉煤灰的特性基本沒(méi)有影響。因此，摻燒城市污泥對(duì)粉煤灰的綜合利用影響不大。

考慮到污泥中含有較多的金屬物質(zhì)，不同性質(zhì)的污泥中的重金屬含量相差很遠(yuǎn)。污泥中的重金屬主要有Cu、Cd、Cr、Mn、Pb、Hg和Zn等。污泥中的重金屬主要以氧化物、氫氧化物、硅酸鹽和有機(jī)絡(luò)合物等形式存在，其次為硫化物。污泥摻入鍋爐燃煤中燃燒后，除Hg外，絕大部分重金屬保留在焚燒殘?jiān)?。因此，必須?duì)摻燒后的飛灰進(jìn)行檢驗(yàn)，觀察重金屬含量是否超標(biāo)。

表6是中國(guó)華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院有限公司對(duì)錫林浩特褐煤與城市生活污泥按75:25的摻燒比例進(jìn)行試燒試驗(yàn)后，飛灰和底渣中主要重金屬微量元素含量分析的結(jié)果。

由表6可以看出，摻燒污泥后，飛灰和底渣中重金屬微量元素的含量均低于《農(nóng)用粉煤灰中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8173-1987）和《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）中規(guī)定的重金屬元素排放限值。

根據(jù)已投產(chǎn)項(xiàng)目運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，由于摻燒量較大，當(dāng)污泥和燃煤混合較好時(shí)，給煤系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)堵煤現(xiàn)象；若混合不好，則給煤系統(tǒng)可能出現(xiàn)堵煤現(xiàn)象，需在運(yùn)行中避免該現(xiàn)象的發(fā)生。根據(jù)華能萊蕪電廠的介紹，灰渣的正常銷(xiāo)售沒(méi)有因?yàn)閾綗勰嗍艿接绊憽?/p>

2.4 對(duì)煙氣排放的影響

煙氣排放物會(huì)隨污泥摻混量的變化而變化。隨著摻入污泥比例的增加，SO2、NOx、HCl和HF的排放濃度均有所增加。一般來(lái)說(shuō)，HCl和HF的排放濃度都較低，不會(huì)對(duì)煙氣的排放指標(biāo)產(chǎn)生影響。

表7是某清潔能源技術(shù)研究院有限公司對(duì)錫林浩特褐煤與城市生活污泥按75:25摻燒比例進(jìn)行試燒試驗(yàn)后，煙氣中二?f英含量分析的結(jié)果。

由表7可以看出，摻燒污泥后，煙氣中二?f英的含量均低于《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》和《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的重金屬元素排放限值。

根據(jù)已投產(chǎn)項(xiàng)目運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，摻燒污泥后不會(huì)對(duì)電廠脫硫、脫硝和除塵設(shè)備的運(yùn)行產(chǎn)生影響。經(jīng)過(guò)900℃左右的高溫燃燒，二?f英大部分已經(jīng)分解，煙氣中二?f英的含量可以滿足國(guó)家排放要求。

某300 MW燃煤電廠摻燒干化污泥后，上海城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院對(duì)其產(chǎn)生的煙氣和飛灰中的重金屬及二?f英含量進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果如表8和表9所示。

在摻燒10%污泥后的飛灰中，二惡英的濃度略有增加，從12.13 ng/kg增至16.0 ng/kg，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)家控制標(biāo)準(zhǔn)，摻燒后所產(chǎn)生的影響很小。

3 結(jié)論

1）從電廠運(yùn)行角度來(lái)看，通過(guò)試驗(yàn)可以得出150 MW鍋爐摻燒含水率為60%的城市污泥且摻燒比例達(dá)到15%時(shí)，對(duì)鍋爐的經(jīng)濟(jì)性會(huì)有較小的影響。通過(guò)調(diào)整鍋爐和輸煤系統(tǒng)的運(yùn)行方式，不會(huì)對(duì)鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性、設(shè)備的安全性和環(huán)保參數(shù)造成影響。燃燒生成SO2和NOx的濃度呈現(xiàn)先略微上升后下降的趨勢(shì)，變化幅度較小，生成HF和HCl的濃度未發(fā)生明顯變化，生成的二?f英濃度有所增加，經(jīng)過(guò)廢氣處理設(shè)施處理后，其排放均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2）利用好城市污泥摻燒，可以為社會(huì)提供后勤保障服務(wù)，也改善和加強(qiáng)了服務(wù)區(qū)范圍以及處理生活垃圾的水平和能力，改善了城市的整體環(huán)境質(zhì)量，提升了城市形象，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步繁榮。

3）從環(huán)境影響經(jīng)濟(jì)損益角度分析，污泥摻燒工程每小時(shí)節(jié)約煤量為40.41 t，每年節(jié)約原煤量為222261 t，每年節(jié)約燃料費(fèi)用約4511萬(wàn)元。因此，企業(yè)對(duì)污染源的治理有較好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

作者簡(jiǎn)介： 隋尹（1982-），男，遼寧北鎮(zhèn)人，工程師。