污泥焚燒發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用探討

楊鍵

【摘 要】本文分析了污水處理處置的副產(chǎn)物——污泥的特性，介紹了污泥焚燒發(fā)電的工藝系統(tǒng)，并分析了高低差速循環(huán)流化床在污泥焚燒發(fā)電技術(shù)方面的優(yōu)勢。

【關(guān)鍵詞】污泥；焚燒發(fā)電；高低差速循環(huán)流化床]

0 前言

隨著我國城市化規(guī)模的發(fā)展，污水處理量逐步增加，污水處理處置的副產(chǎn)物——污泥也逐步增加，污泥處置已經(jīng)成為重大難題。污泥處理處置的最終目標(biāo)是實現(xiàn)污泥的減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化[1]。污泥中含有近40%的有機(jī)生物質(zhì)，具有可燃性，污泥既被視為廢棄物，又可以被視為一種生物質(zhì)資源，因此，污泥焚燒發(fā)電是進(jìn)行污泥合理開發(fā)利用的一個新的發(fā)展方向。合理利用污泥進(jìn)行發(fā)電不但可以實現(xiàn)污泥安全處理，同時從污泥中抽取能源，替代部分化石燃料，既節(jié)約資源和能源，又保護(hù)環(huán)境，有利于促進(jìn)建設(shè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)型社會的良性發(fā)展。

1 污泥的特性

污泥一般來自于生活污水或工業(yè)污水處理的副產(chǎn)物，生物污泥產(chǎn)泥量中等，一般占到污水總體積的0.1%左右，但是總量大，成份復(fù)雜，灰份含量大；污泥中有機(jī)物含量近40%；污泥含水率高，一般達(dá)到95%～99%，即使脫水后含水率仍處于60%以上。如果混有部分工業(yè)廢水，污泥中重金屬含量會偏高。

因此，污泥是高水分、低熱值的燃料，即使干基也是灰分大，熱值低，難以燃燒。污泥焚燒技術(shù)的關(guān)鍵是降低污泥入爐的水份、提高污泥燃燒效率、減少物料對鍋爐本體的磨損、控制主要污染物的排放指標(biāo)。

2 污泥焚燒發(fā)電工藝系統(tǒng)

污泥焚燒發(fā)電工藝系統(tǒng)由干化單元和發(fā)電單元組成，干化單元包括了污泥運(yùn)輸貯存系統(tǒng)、污泥干化系統(tǒng)；發(fā)電單元包括了污泥燃燒系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)和汽輪發(fā)電系統(tǒng)等。

2.1 運(yùn)輸貯存系統(tǒng)

污水處理廠產(chǎn)生的污泥由運(yùn)輸車運(yùn)至電廠后，經(jīng)過稱重計量卸入污泥接收倉內(nèi)，然后由接收倉底部的螺旋輸送機(jī)輸至污泥儲倉。各廠區(qū)污泥在污泥儲倉進(jìn)行混合，以供后續(xù)干化系統(tǒng)使用。

2.2 干化系統(tǒng)

污泥的干化，就是把污泥的含水量從80%干化到40%左右，適應(yīng)焚燒爐的焚燒。干化是污泥深度脫水的一種形式，主要的推動力是熱能，即用熱能將污泥中的水汽化。污泥焚燒電廠不需要外部熱源，直接將污泥焚燒過程中產(chǎn)生的高溫蒸汽對污泥進(jìn)行加熱，既減少了焚燒過程中輔助燃料的添加，又降低了污泥的含水率，提高了污泥的熱值，保證了焚燒爐燃燒效率。

2.3 燃燒系統(tǒng)

干化的污泥通過給料系統(tǒng)送入鍋爐進(jìn)行燃燒，燃燒溫度基本控制在850℃～900℃之間。為了能夠確保污泥穩(wěn)定的燃燒，適量可補(bǔ)充部分輔助燃料如煤或天然氣。

污泥燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庖来闻c鍋爐水冷壁、過熱器、省煤器與空預(yù)器進(jìn)行換熱，并通過爐后煙氣凈化設(shè)施凈化達(dá)標(biāo)后經(jīng)煙囪排入大氣。

2.4 煙氣凈化系統(tǒng)

煙氣凈化系統(tǒng)包括脫硫、脫硝、除塵等設(shè)備和相應(yīng)系統(tǒng)，對污泥焚燒過程中產(chǎn)生的主要污染排放物如NOX、SOX、重金屬以及煙塵，甚至二惡英等進(jìn)行處理，煙氣排放指標(biāo)可滿足國家環(huán)保法規(guī)要求。

2.5 汽輪發(fā)電系統(tǒng)

由于有熱負(fù)荷的需求，污泥發(fā)電一般采用抽汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。污泥燃燒產(chǎn)生的高參數(shù)蒸汽推動汽輪發(fā)電機(jī)組做功發(fā)電，根據(jù)需要抽取部分低參數(shù)蒸汽用于污泥干化，做功之后的排汽經(jīng)凝汽器凝結(jié)成凝結(jié)水循環(huán)使用。

3 污泥焚燒發(fā)電核心設(shè)備

污泥焚燒發(fā)電的核心設(shè)備是焚燒爐和汽輪發(fā)電機(jī)組，而焚燒爐又是本工藝系統(tǒng)的重中之重。國內(nèi)目前適用于污泥焚燒的焚燒爐型式較多，有立式多層爐、回轉(zhuǎn)窯爐、噴射焚燒爐、高倍率循環(huán)流化床鍋爐等。但各種爐型均存在著一定的局限性，如立式多層爐、回轉(zhuǎn)窯爐需要添加較多比例的輔助燃料，噴射焚燒爐的氣體排放污染物濃度較高，高倍率循環(huán)流化床鍋爐的磨損又較大，因此，本文擬向讀者推薦一種新型污泥焚燒工藝，即高低差速循環(huán)流化床污泥焚燒工藝（以下簡稱差速床）：

3.1 差速床工藝的特點

高低差速循環(huán)流化床是一種低倍率循環(huán)流化床鍋爐，鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計上考慮在爐膛內(nèi)部水冷壁設(shè)置了部分埋管，由于埋管的作用，在爐膛中形成了高低兩個區(qū)域，當(dāng)燃料由爐膛兩側(cè)給料口進(jìn)入鍋爐主床沸騰燃燒時，床料顆粒中的大顆粒會向下沉，在較低的位置沸騰，因此，主床需要常規(guī)沸騰流化床的風(fēng)速以保證大顆粒的流化燃燒，我們稱之為高速床（主床）。而小顆粒物料則浮在主床表面，隨氣流由表面溢流到埋管上方，在副床上方只需較低的風(fēng)速即可實現(xiàn)物料的流化，因此此區(qū)域叫低速床（副床）。由于高速床與低速床之間不同的流化風(fēng)速，所以稱為高低差速循環(huán)流化床。

差速床與常規(guī)循環(huán)流化床相比，具有獨特的鍋爐內(nèi)循環(huán)及外循環(huán)結(jié)合，增加了物料的內(nèi)循環(huán)，即高速床上表面的細(xì)小顆粒物料在主床較高風(fēng)速的帶動下，會不斷隨氣流翻騰到副床上，副床上的壓力將不斷增加，從副床的底部又返回到主床，因此形成了細(xì)小顆粒的內(nèi)循環(huán)過程。

3.2 差速床在污泥焚燒應(yīng)用的優(yōu)勢分析

3.2.1 差速床更適應(yīng)污泥水分含量高的特性

如前所述，差速床是一種低倍率循環(huán)流化床鍋爐，相應(yīng)爐膛尺寸較常規(guī)流化床鍋爐大，爐膛出口煙氣上升流速一般小于3m/s，污泥從給料口進(jìn)入鍋爐后有了充分干燥的滯留時間。高低差速循環(huán)流化床爐膛溫度一般控制在800℃～850℃，污泥中含量高達(dá)40%以上的水分在從給料口落到主床的過程中蒸發(fā)成水蒸氣，隨煙氣從煙道排出，從而使進(jìn)入燃燒區(qū)域的污泥得到充分干燥。

3.2.2 差速床更適應(yīng)污泥熱值低的特性

差速床特有的內(nèi)外雙循環(huán)，加快了污泥物料大小顆粒在爐內(nèi)的湍流，進(jìn)一步增加了污泥在爐膛內(nèi)的停留時間，內(nèi)循環(huán)又同時穩(wěn)定了主床溫度，使?fàn)t膛內(nèi)部溫度分布較均勻。污泥在落到主床之前，由于有較長的停留時間，其中的揮發(fā)份也能夠充分析出被完全焚燒，促進(jìn)污泥充分燃燼，盡可能減少輔助燃料的摻燒比例，提高污泥焚燒的經(jīng)濟(jì)性。針對污泥燃料熱值低、灰分含量高，上述措施使差速床能在相對較低的爐膛溫度和較少的過剩空氣下高效率焚燒污泥。

3.2.3 差速床充分考慮了埋管防磨措施

差速床的設(shè)計充分考慮了污泥物料對埋管的磨損，使之能夠增強(qiáng)防磨能力。根據(jù)管道磨損公式：M=c·d1.5·ω2.3，從公式中我們可以看出，埋管的磨損量M與材料的耐磨性c、與物料粒徑d的1.5次方、與流化風(fēng)速w的2.3次方成正比[2]。

差速床埋管布置在低速床，因此，分別從材料的耐磨性、物料的粒徑以及流化風(fēng)速三個方面考慮增強(qiáng)埋管防磨能力。首先，采用高溫耐磨材料作為防磨筋片；其次，由于差速床煙氣流速低，攜帶污泥的粒徑非常小，結(jié)合其內(nèi)循環(huán)的特點，小顆粒的物料主要分布在低速床上；第三，低速床的流化風(fēng)速僅為沸騰床鍋爐的一半左右，相比高倍率循環(huán)流化床鍋爐流化風(fēng)速則更小，綜合幾方面的措施，大大降低了物料對埋管的磨損可能性，解決了因埋管經(jīng)常磨損造成的鍋爐頻繁停爐問題。

4 結(jié)束語

干燥后的污泥也是一種寶貴的低熱值燃料，采用污泥焚燒發(fā)電是污泥處置無害化、減量化、資源化最有效的途徑之一。用高低差速循環(huán)流化床處理污泥焚燒，技術(shù)成熟穩(wěn)定，同時高低差速循環(huán)流化床鍋爐作為一種循環(huán)流化床鍋爐，具備了循環(huán)流化床鍋爐特有的環(huán)保特性[3]，差速床針對污泥焚燒更有其獨特優(yōu)勢。因此，充分利用二次資源，綜合利用，實現(xiàn)污泥焚燒發(fā)電將有巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]白福平.運(yùn)用高低差速床燃燒技術(shù)處理污泥的優(yōu)越性探討[J].江西能源，2009（02）.

[3]羅險峰，朱長青.高低差速床低倍率循環(huán)流化床鍋爐及系統(tǒng)[J].湖北電力，2011（2）：14-16.

[責(zé)任編輯：王楠]