上海某燃煤電廠干化污泥摻燒項目的案例分析

符成龍，黃耀輝

上海某燃煤電廠干化污泥摻燒項目的案例分析

符成龍1，黃耀輝2

（1.中國電力工程顧問集團華東電力設(shè)計院有限公司，上海 200063；2.上海外高橋第二發(fā)電有限責(zé)任公司，上海 200137）

上海市竹園片區(qū)的污泥擬采用干化協(xié)同發(fā)電項目技術(shù)方案，竹園片區(qū)的污泥經(jīng)干化后送至上海外高橋第二、第三發(fā)電廠進行摻燒處理，電廠負(fù)責(zé)干化污泥的摻燒和干化蒸汽的供應(yīng)。以外高橋第二發(fā)電廠為例，對干化污泥的特性，摻燒后對鍋爐燃燒、煙氣排放、灰渣綜合利用的影響進行了簡單分析，并對具體改造方案進行了介紹，為同類型工程提供參考。

燃煤電廠；污泥；摻燒；儲運

1 項目背景

隨著污水處理率的提高，污泥產(chǎn)量也不斷增加，污泥的處理處置問題愈加突出。這些數(shù)量巨大的污泥將成為未來城市急需處理的難題。上海市竹園片區(qū)作為市污泥集中處理三大片區(qū)之一，在污泥處理處置擴建工程項建書評審階段，提出污泥干化協(xié)同發(fā)電項目技術(shù)方案，竹園片區(qū)的干化污泥運將送至外高橋電廠進行摻燒處理。干化污泥的摻燒工作由申能股份旗下的外高橋第二、第三發(fā)電廠共同負(fù)責(zé)，污泥干化所需的蒸汽由外二、外三兩座電廠負(fù)責(zé)供應(yīng)。

燃煤電廠污泥摻燒發(fā)電是一種高效的可再生能源利用方式，借助現(xiàn)役煤電機組的高效發(fā)電系統(tǒng)和環(huán)保集中治理平臺，可促進污泥減量化、無害化、資源化和規(guī)?；幹?。下面以上海外高橋第二發(fā)電廠為例，對干化污泥摻燒技術(shù)的應(yīng)用進行介紹。

2 污泥供應(yīng)

本工程污泥采用竹園片區(qū)污水處理廠的干化污泥，采用密閉汽車運至廠內(nèi)，距離約3 km。外高橋二廠、三廠需全年365 d不間斷接收并全量摻燒干化污泥。同時，電廠將全部干化污泥摻燒能力向上海城投公司開放，接收市水務(wù)局或其指定機構(gòu)提供的城市污水處理廠產(chǎn)生的干化污泥。

根據(jù)邊界條件，入廠污泥含水率為20%~33%，溫度40~50 ℃。根據(jù)上海市城市排水監(jiān)測站提供的污泥檢測數(shù)據(jù)，干化污泥（含水率30%）中水分、灰分、揮發(fā)分各占30%左右，固定碳含量很低，熱值約為動力煤的1/3左右，灰成分分析中五氧化二磷的含量明顯偏高。竹園片區(qū)污泥處理處置擴建工程日平均污泥量為223 tds/d（干基），折算至30%水分的污泥量約320 t/d。外高橋二廠和三廠的干化污泥設(shè)計處理都按320 t/d設(shè)計。

3 項目的可行性

根據(jù)污泥摻燒邊界條件，電廠主要負(fù)責(zé)蒸汽供應(yīng)、干化污泥的卸料、儲存、輸送、摻配、燃燒及煙氣處理系統(tǒng)，外二、外三分別建設(shè)相應(yīng)的干化污泥摻燒設(shè)施。

考慮到減輕污泥摻燒對燃煤電廠鍋爐機組的影響，進入鍋爐的污泥量均應(yīng)控制在較低的比例。按照《關(guān)于印發(fā)城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術(shù)指南的通知》說明，在現(xiàn)有熱電廠協(xié)同處置污泥時，入爐污泥的摻入量不宜超過燃煤量的8%。本工程設(shè)計時將干化污泥最大摻燒比例定為6%，留有一定裕量。

3.1 對鍋爐燃燒制粉及煙氣排放的影響

電廠污泥摻燒量為320 t/d，每小時燃燒污泥約11.68 t。單臺機組現(xiàn)有BMCR工況下燃煤小時耗量349.9 t，只考慮單臺爐運行時的摻燒比例為3.33%。

由于摻燒量較小，相關(guān)輔機設(shè)備出力均能滿足要求。摻燒污泥后，對于煙氣凈化系統(tǒng)的影響不大，煙囪出口的粉塵、SO2、NOx均可以滿足現(xiàn)有5 mg/Nm3、35 mg/Nm3、50 mg/Nm3的排放限值要求。

污泥中存有大量氯基物質(zhì)，俗稱二噁英，是超標(biāo)存在的。二噁英控制措施如下：①完全燃燒。保持污泥等廢棄物燃燒在850 ℃以上，煙氣停留時間大于2 s，實現(xiàn)“3T+E”工作原則。其中，3T為燃燒溫度（Temperature）、停留時間（Time）、紊流度（Turbulence），E為過氧控制（Excess）。②氧量控制。在300 ℃的環(huán)境中，二噁英的濃度主要取決于氧含量的多少，缺氧的環(huán)境中二噁英的濃度會下降。

污泥作為燃料在20～40 m區(qū)域送入爐膛內(nèi)部。燃燒溫度遠(yuǎn)大于850 ℃，以煙氣最大流速12 m/s計算，污泥入爐開始燃燒停留在850 ℃以上區(qū)域遠(yuǎn)大于2 s，根據(jù)以上二噁英控制措施，已達到完全燃燒的條件，基本可以遏制二噁英大量生成。

外二、外三電廠曾在2017年進行了干化污泥摻燒試驗，試燒效果較好，排放達標(biāo)。

3.2 對粉煤灰綜合利用的影響

污泥中含有一定的重金屬物質(zhì)，不同性質(zhì)的污泥，其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，主要以氧化物、氫氧化物、硅酸鹽、有機絡(luò)合物等形式存在，其次為硫化物。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渣中。本工程摻燒的干化污泥為城市生活污水污泥，污泥中重金屬含量較低，污泥的灰成分與粉煤灰的成分也比較接近，加上污泥摻燒比例較低，污泥燃燒后的灰在總灰量中占的比例也很小，對粉煤灰的特性基本沒影響，因此摻燒干化污泥對粉煤灰的綜合利用影響不大。

考慮到干化污泥來源的不確定性，建議對入廠污泥的重金屬含量和摻燒后的飛灰進行定期測量，檢測重金屬含量是否超標(biāo)。

4 技術(shù)及工程方案

4.1 主要設(shè)計原則

主要設(shè)計原則如下：①以“經(jīng)濟適用、系統(tǒng)簡單、安全可靠、高效環(huán)保、以人為本”為總設(shè)計原則，在造價合理的前提下，選擇先進的技術(shù)方案，以取得良好的社會效益和環(huán)保效益；②污泥摻燒比例不影響鍋爐及其他設(shè)備的正常安全穩(wěn)定運行；③污泥在上煤皮帶取樣裝置后摻入，減少對輸煤系統(tǒng)的影響；④污泥摻配系統(tǒng)密閉性高，減少粉塵和臭味污染；⑤改造方案將充分考慮現(xiàn)場安裝、施工條件，避免對保留的現(xiàn)有設(shè)施產(chǎn)生影響。

4.2 供熱部分

本次供熱改造僅定向向竹園污泥廠進行供熱，供熱距離約3 km。供熱蒸汽壓力不低于1.0 MPa（表壓），溫度不低于175 ℃，蒸汽供應(yīng)最大量為75 t/h。目前的平均污泥產(chǎn)量（干基）為223 t/d，所需蒸汽量為47 t/h。因此，改造后設(shè)計熱負(fù)荷暫確定為共47 t/h，年總供熱量41.172萬噸，單臺機具備供熱75 t/h供熱能力。考慮管網(wǎng)阻力及散熱損失，減溫減壓后的額定供熱參數(shù)暫定為1.3 MPa（a），約250 ℃。

4.3 污泥摻燒部分

干化污泥平均含水率為30%左右，具有粘性大、易吸潮、不宜長時間儲存等特性，設(shè)計中應(yīng)選擇合適可靠的輸送設(shè)備，污泥倉、落料管、三通等應(yīng)考慮防堵措施。在運行時，應(yīng)盡量減少污泥倉內(nèi)的污泥停留時間，防止污泥長時間堆積板結(jié)。

干化污泥采用污泥專用密閉汽車運至廠內(nèi)，經(jīng)稱重計量后至卸料間卸料，卸料間全天24 h內(nèi)都有污泥運輸車進行卸料，平均每小時一兩輛。污泥的汽車運輸由污泥處理廠負(fù)責(zé)，運輸車車廂容積大于等于15 m3，采用后門開啟方式卸料。卸料系統(tǒng)出力最大出力按100 t/h設(shè)計，保證每輛車的污泥可在10 min內(nèi)完成卸料上倉過程，整個卸料過程都在密閉建筑物內(nèi)進行。

污泥卸料間凈高8 m，滿足污泥運輸車卸料時的高度要求。卸料間內(nèi)設(shè)1座污泥接收倉，有效容積約30 m3，布置在地下﹣5 m。接收倉上部設(shè)液壓蓋板，卸料時蓋板開啟，卸料完成蓋板關(guān)閉，減少污泥臭味的外溢。接收倉上方設(shè)一體式收塵罩，收塵罩設(shè)1扇卷簾門，卸料時開啟。接收倉底部采用雙無軸螺旋輸送機給料，密閉性高，同時保證污泥下料順暢。螺旋輸送機采用變頻調(diào)節(jié)，將污泥均勻輸送至下一級輸送設(shè)備。采用污泥專用刮板輸送機將干化污泥輸送至污泥筒倉儲存。刮板輸送機的刮板采用304不銹鋼+高分子聚乙烯板，側(cè)板和地板襯高分子聚乙烯板，減少污泥的摩擦和腐蝕。刮板輸送機和螺旋輸送機都有較高的密閉性，設(shè)備殼體與除塵器相通，使設(shè)備內(nèi)保持微負(fù)壓，減少臭味和粉塵的外溢。

本工程設(shè)兩座鋼結(jié)構(gòu)污泥筒倉，直徑6 m，每座污泥筒倉有效容積為200 m3。污泥筒倉采用平底筒倉，采用中心給料機出料，可有效解決堵料問題并有效降低污泥倉高度。中心給料機出力80 t/h，并采用變頻電機，可以調(diào)節(jié)污泥的給料量，從而有效控制摻燒比例。筒倉外壁設(shè)置蒸汽伴熱，利用倉頂除塵風(fēng)機將倉內(nèi)的濕氣排出，減少污泥的結(jié)塊、板結(jié)，可根據(jù)實際運行情況進行開啟。筒倉出料后經(jīng)斗式提升機提升至輸煤棧橋上部，摻混點設(shè)在碎煤機室取樣裝置之后，減少污泥對輸煤系統(tǒng)的影響。

筒倉進料時粉倉濃度較高，干化污泥又具有較高的揮發(fā)分，具有潛在的爆炸風(fēng)險，應(yīng)采取通風(fēng)防爆的安全措施。安全措施包括對倉內(nèi)粉倉濃度、溫度、可燃?xì)怏w濃度進行自動監(jiān)測和報警，通過倉頂除塵風(fēng)機強制通風(fēng)降塵除塵，滿足筒倉的安全運行要求。倉頂還設(shè)置真空壓力釋放閥，保證倉內(nèi)壓力的穩(wěn)定。

4.4 臭氣治理

本工程廠內(nèi)不設(shè)污泥干化車間，污泥干化由污泥處理廠負(fù)責(zé)。污泥干化一般采用120 ℃以上蒸汽進行間接干化，污泥經(jīng)加熱后攜帶的病原體大大減少，臭氣的毒害性得到有效降低。經(jīng)調(diào)研，上海竹園污泥處理廠、國電北侖污泥摻燒項目、南京華潤熱電污泥摻燒項目中，污泥的臭味主要產(chǎn)生于污泥的干化，且干化后較干化前污泥惡臭味減少很多。本次摻燒污泥為干化污泥，含水率為20%~33%，散發(fā)的臭味主要成分為氨氣、硫化氫、胺類及有機化合物。

臭氣治理分臭氣防治和臭氣處理兩部分，首先從源頭減少臭氣的產(chǎn)生。在干化污泥的接卸、儲存、轉(zhuǎn)運過程中，污泥輸送設(shè)備、存儲設(shè)備都采用密閉結(jié)構(gòu)，并采用布袋除塵器使設(shè)備內(nèi)保持微負(fù)壓狀態(tài)，有效防止臭氣的外溢。

臭氣處理技術(shù)一般有活性炭吸附法、生物過濾法、燃燒法、離子除臭法和化學(xué)洗滌法等。上述幾種臭氣處理方案各有其適用條件和優(yōu)缺點，對于本工程來講，干污泥摻燒是在已建大機組電廠的基礎(chǔ)上實施的，可以利用現(xiàn)有鍋爐大風(fēng)量的送風(fēng)燃燒的條件，把較高濃度含臭氣體集中引送至鍋爐焚燒處理，以徹底除臭。

在干污泥卸料間、干污泥筒倉和每條干污泥摻混皮帶各設(shè)置一套負(fù)壓除塵通風(fēng)系統(tǒng)，每套負(fù)壓系統(tǒng)收集來自室內(nèi)和系統(tǒng)內(nèi)濃度較高的含臭氣體經(jīng)除塵后送入鍋爐送風(fēng)機入口。除塵系統(tǒng)與干污泥輸運系統(tǒng)連鎖。

5 結(jié)語

通過對上海外高橋第二發(fā)電廠干化污泥摻燒改造項目的實際情況進行方案分析，干化污泥摻燒具備建設(shè)條件。外二干化污泥摻燒項目實施后，不會影響鍋爐的穩(wěn)定運行，對粉煤灰的綜合利用基本沒有影響，也不會對鍋爐煙氣的達標(biāo)排放產(chǎn)生影響。外二干化污泥摻燒技改項目的實施符合國家產(chǎn)業(yè)政策要求，符合上海市的污泥處置要求，能產(chǎn)生良好的社會效益和環(huán)境效益。

［1］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會，建科〔2011〕34號.關(guān)于印發(fā)城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術(shù)指南的通知（試行）［S］.2011-03-14.

X703

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.18.063

2095－6835（2019）18－0147－02

符成龍（1988—），男，江蘇如東人，碩士研究生，工程師，研究方向為火電廠物料輸送和環(huán)保咨詢。黃耀輝（1970—），男，湖南湘陰人，大專，工程師，研究方向為火電廠物料輸送。

〔編輯：王霞〕