火电厂掺烧污泥可行性研究
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摘 要：市政污泥是污水处理厂产生的固体废物，处理不当将会造成严重的二次污染。本文探讨利用火电厂锅炉处理污泥的可行性。通过对干化热源、废烟气的处理、掺烧方式及锅炉燃烧适应性等方面进行分析，论证掺烧污泥的可行性，为今后污泥综合利用项目提供依据及参考。
关键词：火电厂;污泥;掺烧;可行性
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.22.113
1 前言
目前，市政污泥的处理主要有填埋、堆肥和焚烧三种途径。填埋处理不仅占地，而且容易造成环境污染[1]。堆肥处理因为污泥成分日趋复杂，且存在重金属污染的威胁，受到诸多限制。焚烧处理可实现污泥综合利用，且可将环境污染的影响降至最低，因此适用范围最广泛。
在现有的污泥焚烧处理工艺中，干化掺烧技术因其工艺先进，无二次污染[2]，同时污泥处理企业能得到政府的补助。既解决了污泥污染的难题，企业也能从中受益。因此，利用电厂燃煤锅炉进行污泥焚烧，具有显著的社会效益和经济效益[3]。下面以某火电厂为例，研究燃煤锅炉掺烧干化污泥的可行性。
2 项目概况
2.1 电厂概况
某电厂位于湖北省武汉市，现有两台200MW机组，锅炉采用东方锅炉厂制造的亚临界压力、一次中间再热、自然循环的汽包锅炉。锅炉设计煤种为烟煤，制粉系统采用中储式钢球磨。
锅炉原采用四角切圆燃烧方式，百叶窗式水平浓淡燃烧器。一、二次风喷嘴间隔布置，每只燃烧器风箱分成十五层。每个角燃烧器喷口分成上、下两组。为了满足国家日益严格的环保要求，电厂对锅炉进行了低氮燃烧器改造，将燃烧器改为烟台龙源电力技术股份有限公司的上下浓淡低氮燃烧器，并在主燃烧器区上方布置四层分离燃尽风，改后锅炉的NOx生成浓度由600mg/Nm3以上下降至400mg/Nm3左右。
制粉系统为中储式、乏气送粉，配4台钢球磨煤机、4台排粉机，每台排粉机出口接6根一次粉管。制粉系统设置4个原煤仓和2个煤粉仓用于储存将进入磨煤机的原煤和供锅炉燃烧用的煤粉。
2.2 污泥概况
电厂附近已投运的4家污水处理厂日产污泥300吨，污泥年产量达10万吨。目前只能对污泥采取填埋方式处理，长时间掩埋会对土壤和地下水源形成污染，影响村民耕作和生活.若遇暴雨易发生污染物渗漏，将导致农田毁损、水源污染、泥石流等环境污染事故。
根据检验部门出具的污泥的化验结果，污泥初始含水率为80%，重金属含量未超标，满足进行综合利用的标准。泥初始含水率较高，热值低，会影响锅炉的稳定燃烧，因此需要进行干化处理。
3 可行性分析
3.1 污泥干化热源
目前，电厂耦合污泥发电大多利用电厂自身热源对污泥进行干化[4]，即烟气直接干化和蒸汽间接干化。
烟气直接干化是利用锅炉烟气作为热源，与污泥直接接触进行烘干后进入锅炉焚烧，利用锅炉燃烧的高温环境杀灭污泥中的微生物和寄生虫卵，并达到防霉、除臭的污泥干化焚烧系统。该工艺污泥干燥机体积较小，烘干效率高，系统相对简单，投资较小，根据目前现有机组的运行经验，处理污泥的成本为80-100元/吨。但其运行过程中风机功率较大，耗电量稍大。
蒸汽间接干化污泥，是利用机组中压缸排汽作为热源，对污泥进行间接烘干。臭气及烘干后的污泥，利用锅炉燃烧的高温环境杀灭污泥中的微生物和寄生虫卵，并达到防霉、除臭的污泥干化焚烧系统。该工艺风机功率较小，耗电量小，但污泥干燥机体积较大，烘干效率低，系统相对复杂。根据目前现有机组运行经验，采用蒸汽间接干化污泥的成本约为180-200元/吨，运行成本及设备投资巨大。
根据电厂实际情况，本项目采用烟气直接干燥污泥方案，该方案投资低，技术先进成熟，设备可以实现全部国产化。干燥设备选择破碎卧式回转干化机，能够满足较大的脱水量，同时热源热效率利用率较高，厂房占地面积小，投资较少。
3.2 烘干后废烟气的处理
污泥蒸发产物除了水蒸气外，还有硫化氢、氨、硫醇、有机硫化物等微量有机组分气体，臭味浓度高。废烟气如果直接接入除尘器前，无法处理恶臭污染物，与锅炉原烟气混合后排放有稀释污染排放的嫌疑。另外，如果将废烟气中的水蒸气冷凝下来，产生的废水污染物含量极高，电厂自身的水处理系统无法处理此部分废水，需要单独建立水处理系统，投资成本大、经济性差而且损失了部分热量，故不建议将干化废烟气中的水冷凝下来处理。
根据2017年12月国家能源局和环保部发布《关于开展燃煤耦合生物质发电技改试点工作的通知（国能发电力﹝2017﹞75号）》的要求，需要采用有效措施防止污泥干化焚烧全过程恶臭污染物外泄，恶臭污染物送入锅炉进行高温分解。综合废烟气对锅炉燃烧的影响后，建议将干化污泥的废烟气送入锅炉焚烧，完全消除干化烟气中的恶臭污染物，避免二次污染。
3.3 干化污泥与原煤掺配方式
目前国内已经投运燃煤電厂耦合污泥发电项目，都是将干化后的污泥在锅炉上煤时送到电厂输煤皮带与原煤混合后进入磨煤机。由于污泥干化后臭味极大，根据在运电厂的实际经验，在上煤时或多或少存在整条输煤皮带间散发臭味的现象，严重影响电厂环境及工作人员的工作环境。且目前达州电厂拟建设污泥干化场地与电厂输煤仓距离较远，直接送入输煤皮带运距较长。另外根据目前已运行电厂经验，采用气力管道浓相输送极易造成管道堵塞，严重影响机组运行。综合考虑环保与现场实际，建议电厂采用单独的全封闭输送皮带将干污泥通过给煤机平台加钢球位置开孔处直接送入各台机组的磨煤机。
3.4 掺烧污泥的适应性分析
根据已经进行的污泥特性试验，干化污泥的物理性质、元素分析、工业分析和低位发热量等方面，与褐煤有相似之处，尤其灰分和低位发热量相近，固定碳的含量则低得多，可充当低档燃料使用。污泥的燃烧特性与煤又有一定的差异，它有较低的分解温度、起燃温度和燃尽温度，燃烧完全所需的时间也较少。这主要是由于它们具有不同的组成和结构。污泥主要由低级的有机物组成，结构比较简单，且已经过二级生物氧化，受到不同程度的分解破坏，易于高温分解。而煤主要由多环芳烃网状物组成，结构致密，含碳量高，受高温不易分解，分解所需时间长。
此外，污泥中SO2、NOx的释放温度均低于煤。一般污泥中的硫以有机硫的形式存在，硫铁矿硫及硫酸盐硫含量很少，而煤中的有机硫含量较低，硫铁矿硫及硫酸盐硫占多数，有机硫在高温下易于分解、挥发，而硫铁矿硫结合较牢固，分解需要一个过程，因此污泥易于释放SO2。污泥中的氮主要以有机氮的形式存在，有机氮在高温下容易挥发。煤中的氮主要以杂环型氮的形式存在，杂环形氮的分解需要一个过程，这种结构形式的差异决定了氮分解温度的不同。从以上分析可以看出，干态污泥比煤容易燃烧。
污泥在煤粉炉1200℃左右的温度下进行燃烧，可以避免产生二恶英、呋喃等有毒物质，而且又解决了燃烧后产生烟气污染、灰渣处理、噪声、热和辐射等问题。
通过干燥后的污泥，均具有较高的热值，接近于褐煤的发热量，相当于烟煤的三分之一热值，因此，可以将干化后的污泥看作是一种低热值高挥发份燃料。因此，将干化后的污泥作为辅助燃料，是完全可行的。
4 结语
按照“节能减排”和“循环经济”的指导思想，通过不同污泥干化工艺比选，综合考虑技术可行性、经济性以及运行的安全性，充分利用电厂所具有的热源和余热优势，以及污泥自身的特性，推荐其采用烟气直接干化方式对城市污泥进行干化掺烧。干燥后污泥掺烧量较少，采用烟气再循环干燥污泥方案对锅炉燃烧及各受热面吸热影响较小，对机组安全、稳定运行基本无影响。综上所述，利用电站锅炉对污泥进行焚烧处理是完全可行的。
参考文献：
[1]闻哲，王波，冯荣等.城镇污泥干化焚烧处置技术与工艺简介[J].热能动力工程，2016（09）：4-7.
[2]杨宏斌，冼萍，杨龙辉等.广西城镇污泥掺烧利用组分特性的分析[J].环境工程学报，2015（03）：29-32.
[3]邓舟，王伟，夏洲等.市政污泥水热干化系统的开发及工程化应用[J].中国给水排水，2012（19）：47-49.
[4]徐齐胜，殷立宝，马晓茜等.燃煤电站工业污泥掺烧技术的全生命周期费用（LCC）分析[J].环境工程学报，2016（02）：11-14.
作者简介：张赵青（1982-），男，陕西富平人，本科，高级工程师，从事电力能源设计及研究工作。
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