陈伟1 李小磊2
（华润电力（海丰）有限公司 汕尾市 516468）
摘要：本文介绍了1000MW火电机组掺烧城市污泥技术，涉及直接掺烧技术和干化掺烧技术以及系统改造情况。同时，还介绍了不同掺烧技术对锅炉等关键设备的影响和湿污泥掺烧存在的问题及解决办法。
关键词：1000MW机组；城市污泥；直接掺烧；干化掺烧
前言
深圳市、汕尾市及周边区域经济情况良好，城市污水处理厂每日产生污泥大约3300吨，每年产生污泥超过100万吨，目前主要通过卫生填埋、焚烧及园林绿化的方式对污泥进行处理，每日约有1000吨以上的污泥无法进行无害化处理。出于节能减排、保护环境的要求，华润电力（海丰）有限公司与某知名环保公司合作建设“深汕合作区污泥处理处置中心项目”，依托海丰电厂对污泥进燃煤掺烧发电，实现城市污泥无害化处理，焚烧后的污泥残渣与粉煤灰一同作为建材综合利用实现资源化。
1.直接掺烧技术
1.1直接掺烧工艺流程
湿污泥通过专用运输车运输至电厂，经计量、记录后将湿污泥储存在密闭的污泥仓内，然后根据电厂上煤情况进行匹配，通过污泥输送泵输送至电厂上煤皮带与燃煤进行掺混后一起进入电厂锅炉焚烧。污泥直接掺烧工艺流程如图1-1所示：
图1-1污泥直接掺烧工艺流程图
1.2湿污泥的接收及储存系统
运送至厂内的湿污泥经过地磅称量后倒入地下污泥钢制储存仓储存。为减少卸料过程中臭气外溢造成的污染，整个运行区域采用全封闭负压设计。
直接掺烧污泥处理单元建有1个污泥储存仓，储存仓有效容积为300m3，并配备钢结构架（含检修平台、走道、栏杆）、电动盖板、格栅板、料位计等安全可靠运行所必需的附件。
1.3湿污泥输送系统
污泥储存仓底部安装三台螺杆泵，采用两用一备设计。湿污泥由螺杆泵通过管道输送至均匀布料器，输送管线配备两套布料系统，分别布置于12A/12B输煤皮带上方，根据原煤仓上煤情况开启相应布料器输送污泥。
1.4尾气收集系统
污泥储存期间由于厌氧发酵反应会产生具有刺激性气味的气体。废气主要成分为H2S、NH3等，为保持车间内及污泥处理单元周边环境整洁无异味，湿污泥储存车间及湿污泥储存仓采用密闭建设，同时安装尾气收集管道，通过风机收集后送入锅炉进行高温分解，后经锅炉烟气系统处理后达标排放。
1.5管理控制系统
管理控制系统主要由配电室、中控室、备件库等组成。采用集中控制方式，湿污泥的输送通过上位机、显示器、监控系统实现就地/远程控制、顺序控制、时序控制，运行人员通过监控画面对整个输送过程进行监控。
2.干化掺烧技术
2.1工艺流程
干化掺烧工艺流程可简单分为以下三个流程：
图2-1工艺流程示意图
（1）污泥干化流程：湿污泥通过污泥运输车倾倒至湿污泥池，含水率80%污泥通过污泥输送泵定量输送至干化机内进行间接换热干化。同时湿污泥车间配设密封门及微负压系统用于防止异味逸出。干化后污泥通过输送设备与燃煤一起进入磨煤机，充分碾磨之后，吹送入炉内焚烧。
（2）干化载气流程：干化产生的废气（汽），大部分来自污泥自身的水分，少量为挥发性气体。废气（汽）经除尘被抽至冷凝器，经冷凝降温除湿后的废液，经水泵加压后送至污水预处理系统，经混凝沉淀处理后就近排入污水管网。不凝性气体经除雾后与仓内臭气一同送入电厂锅炉内高温分解，后经锅炉烟气系统处理后达标排放。
（3）干化介质流程：从辅汽联箱引来的蒸汽作为污泥干化系统的热源，蒸汽凝结水接入厂内疏水系统回用。
2.2湿污泥储存及输送系统
运送至厂内的湿污泥经过地磅称量后倒入地下混凝土湿污泥仓（总容积1000m3）储存。80%污泥具有一定的流动性，采用污泥泵输送至干化设备。
湿污泥车间采用密闭式房间，配套有微负压系统与尾气处理系统相连，一并送入电厂锅炉焚烧处置，收集、控制厂房内臭气，防止污泥臭味外溢影响周围环境，同时可将车间内异味气体送入电厂锅炉燃烧，彻底消除臭气对环境的影响。
2.3污泥干化系统
污泥干化的目的是为了除去污泥中的水分，以便于输送和燃烧，水分的去除经历两个主要过程：
（1）蒸发过程：物料表面的水分汽化后，由于物料表面的水蒸汽气压高于介质（空气）中的水蒸汽气压，水分从物料表面移入介质。
（2）扩散过程：是与汽化密切相关的传质过程，当物料表面的水分被蒸发掉，形成物料表面的湿度低于物料内部湿度，此时，需要热量的推动力将水分从内部转移到表面。
上述两个过程的持续、交替进行，基本上反应了干化的机理。一般来说，水分的扩散速度随着污泥的干燥度要不断降低，而表面水分的汽化速度则随着干燥度增加而增加。因此这就造就了后半段高干度污泥干化时速度的降低，因此需要有更大的换热表面才能完成最后一段水分的蒸发。
干化设备进口湿污泥含水率80%，干化后污泥含水率最低可降至30%，出料湿度可通过变频调速进行控制。
2.4干污泥的输送和掺混
（1）干污泥输送流程
通过热干化处理后的污泥，可以做到污泥体积减量和尾气减量，同时因为含水率的降低，很大程度的减少臭气的外泄，达到二类区排放标准，对环境影响很小，对人体健康几乎没有影响。
表2.1 污泥处理前后变化
在污泥干化机的出口，干污泥冷却后落料在密封式输送机，输送机延伸到污泥干化车间的外部，进入干污泥仓。为改善厂房内的空气质量，输送机采用密封设置，以减少灰尘的外溢和气体的无组织排放。
（2）干污泥与燃煤掺混系统
干污泥与燃煤按比例掺混后进入磨煤机，充分碾磨后进入锅炉内焚烧。其中干污泥的输送量、进泥时间与电厂上煤量、上煤时间等进行联锁控制，以确保电厂输煤系统、锅炉等的稳定运行。污泥干化设备如图2-2所示：
1-壳体夹套蒸汽入口；2-壳体夹套冷疑水出口；
3-中空轴蒸汽入口；4-中空轴冷凝水出口；
5-污泥入口；6-污泥出口；7-尾气出口；8-空气入口
图2-2污泥干化工艺图[1]
2.5废气处理系统
废气处理系统主要设备为除尘器、冷凝器、冷却水泵、引风机等，处理后产物分为不凝尾气和冷凝废水两部分，尾气和废水再通过不同的处理系统处理达标。
污泥干化过程中蒸发的水汽由引风机从干化机中抽出，引风机维持设备内部的微负压。为了避免废汽管道中的集尘问题，污泥干化过程中产生的气体首先经过旋风除尘器，将污泥干燥过程中产生的废气（汽）和固体进行分离，大颗粒的粉尘在旋风除尘器中被分离出来，分离后的气体进入冷凝器。
干化系统所用冷却水采用电厂循环冷却水，对污泥干化产生的废气进行间接冷却。除尘后的废气在冷凝器中被冷却到大约50℃，不凝尾气经引风机送至锅炉进行焚烧处理，经换热器降温后的冷凝废水进入废水处理装置处理。
（1）尾气处理方法采用尾气处理系统收集各部位产生的臭气集中送锅炉焚烧处理。
（2）尾气处理系统由构筑物废气风管收集系统、冷却系统等构成，经冷却后的尾气经过风机排入电厂二次风机入风口处的风管内进入锅炉高温焚烧分解，避免二次污染的产生。系统冷却循环水由电厂机组循环冷却水系统接入，循环水量约1800m3/h。
图2-3尾气处理流程图
2.6废水处理系统
营运期间产生的废水主要为废气冷凝水—污泥在干化过程中蒸发的水分，约714t/d。对运行期间产生的冷凝水，设置一套废水收集系统，经预处理达标后就近接入污水管网送至污水处理装置进行后续处理。
2.4蒸汽与凝结水回用系统
干化系统蒸汽参数为压力0.5～0.8MPa，温度160～200℃，蒸汽消耗量为约38.75t/h。干化所需蒸汽取自#1机组辅汽联箱，经减温减阀供至干化设备。经过干化设备冷凝水系统出来的蒸汽凝结水，通过凝结水回收系统回收再利用。[2]
3.污泥掺烧对锅炉的影响
3.1湿污泥直接掺烧对锅炉影响
为了摸清污泥掺烧对锅炉的影响，海丰电厂2018年9月2号～9月21号展开1号锅炉污泥掺烧试验，试验内容包括：效率试验，环保系统（脱硫、除尘）取样分析（包括脱硫废水、石膏、飞灰、炉渣等），烟气中重金属取样，烟气中汞浓度、烟囱排放口二恶英浓度测量。通过污泥掺烧现场试验，积累了大量关键的锅炉及环保系统信息，为开展现场污泥掺烧试验奠定基础，主要得出以下结论：
（1）通过前期污泥掺烧数值模拟分析得出：为保证锅炉安全、经济、环保运行，最大的污泥掺烧比为10%，为现场开展污泥掺烧试验奠定理论基础。
（2）掺烧 60％含水率污泥，在 10％掺烧比率以内，理论燃烧温度变化比较小，最高降低了 7K。
（3）掺烧污泥后，只要掺烧比例控制在 10％以内，污泥掺烧对于煤的元素成分影响不大；对飞灰浓度影响不大，不会造成省煤器等受热面磨损加剧。
（4）污泥掺烧后对锅炉效率影响比较小，固体不完全燃烧损失和灰渣物理热损失都比较小。从表1.1可以看出，掺烧比率为 6％时，相比 3％的掺烧比率，锅炉效率降低 0.11％，3％、6％掺烧比率下，相比不掺烧污泥，锅炉效率分别下降了 0.24％、0.35％。
表1.1 60%湿污泥直接掺烧锅炉效率对照
（5）现场实际掺烧 60％含水率污泥，在不同掺烧比率下（3％、6％）情况下，烟囱出口处 NOx、SO2和粉尘浓度都能满足超低排放要求，污泥掺烧不会造成环保指标超标。
（6）试验期间污泥重金属成分满足相关标准要求。
（7）试验室进行脱硫石膏、脱硫废水、脱硫浆液、飞灰和炉渣化验表明，重金属浓度都满足相关标准要求。
（8）烟囱出口处重金属成分满足相关标准，汞浓度满足环保要求。[3]
3.2污泥干化掺烧对锅炉的影响
（1）干化污泥掺烧对锅炉效率影响：某大型燃煤电厂对不同比例干化污泥掺烧锅炉效率影响进行试验，结果如图2-4所示。未进行污泥掺烧时，修正前的锅炉效率为92.5%，随着污泥掺烧比例逐渐升高至3%、5%和7%时，锅炉效率分别为92.5%、92.7 %和92.7%，锅炉效率没有明显的变化。通过对进风温度进行修正，修正后的锅炉效率在未掺烧污泥时为92.7 %，随着污泥掺烧比例逐渐升高至3 %、5 %和7 % 时，锅炉效率分别为92.8 %、92.9 %和92.9 %。表明在7%掺烧比例以内，污泥掺烧对锅炉效率未产生明显变化，没有影响锅炉经济性。[4]
图2-4 干化污泥掺烧锅炉率对照图
（2）对机组重金属排放的影响：污泥中的重金属主要有8种：Cu、Ni、Cd、Cr、Mn、Pb、As、Hg。其中80%以上的Cu、Pb 和 60%以上的Cd、Cr是以有机态和硫化物的形式存在。某电厂计划处理城镇污水处理厂的污泥，电厂以某污水处理厂的干化污泥与原煤按照5%和10%的掺混比例混合后取样进行了重金属检测。结果见表2-2。
表2-2不同掺烧比例下的混煤重金属元素含量
从检测结果可以看出，由于掺混比例较低，掺混后混煤中的重金属元素含量也较低。如掺混比例10%时As（砷）的含量为39.2μg/g，Hg的含量为 0.3μg/g，远低于GB/T20475—2012中规定的动力用煤中As含量不宜超过80μg/g，Hg（汞）不超过0.6μg/g的标准。因此，掺烧10%的干化污泥对机组的重金属达标排放和灰渣利用没有影响。[5]
4.直接掺烧存在问题及解决办法
由于污泥含水率高，湿污泥直接掺烧初期，上煤线和制粉系统出现以下问题：
（1）输煤系统辊轴筛堵塞频繁，原煤仓上煤被迫中断，导致原煤仓多次出现料位低于报警值以下。
（2）原煤仓内部搭桥，挂壁现象严重，原煤仓有效上煤量降至50%以下。
（3）给煤机堵塞断煤，每天断煤次数超过100次，炉内燃烧极不稳定。
经过技术分析与掺配试验得出：产生上述问题的根本原因为污泥流动性较差，与湿原煤掺配降低了原煤的流动性。加强燃煤运输途中和煤场的防水工作，同时，煤仓配煤避免湿粘煤种掺配污泥即可彻底解决上煤线和制粉系统堵塞问题。
5.结束语
燃煤机组掺烧城市污泥技术在国内已日趋成熟，解决了城市市政污泥处理难题，也为电厂增加运营收益，实现企业和社会又赢的局面，在电力行业转型升级的当下具有极大的推广前景。两种掺烧技术相比，湿污泥直接掺烧对锅炉效率有一定的影响，但前期投资较小，适合污泥量较少的中小城市周边电厂采用。同时，湿污泥直接掺烧需要做好掺烧原煤防水工作，防止上煤线与制粉系统堵塞。污泥干化掺烧对锅炉燃经济性无影响，但前期投资成本较高，运营成本相对较高，适合污泥量较大的大型城市周边电厂采用。“绿色城市，你我共建”，节能环保仍是当今企业可持续发展的主题，全社会需继续深入探索，保卫我们碧水蓝天。
参考文献：
[1] 刘永付，王飞，吴奇等，大型燃煤电站锅炉协同处置污泥的试验研究[J].实用节能技术2013
[2] 华润电力（海丰）有限公司，中电环保（深汕特别合作区）生物能源有限公司，深汕特别合作区污泥处理处置中心项目申请报告[R].2017
[3] 李德波，华润电力（海丰）有限公司1号锅炉污泥掺烧试验报告[R].2018
[4] 刘帅，吕当振，杨剑锋等，大型电站锅炉污泥掺烧比例对飞灰特性及锅炉经济性与安全性的影响[J].应用技术2018.NO.05
[5] 曾多，于常春，燃煤耦合污泥发电技术探讨[J]. 重庆电力高等专科学校学报Feb.2019
论文作者:陈伟1,李小磊2
论文发表刊物:《河南电力》2019年2期
论文发表时间:2019/10/12
标签：污泥论文; 锅炉论文; 系统论文; 电厂论文; 尾气论文; 海丰论文; 废气论文; 《河南电力》2019年2期论文;