300MW亞臨界燃煤鍋爐污泥摻燒性能試驗(yàn)研究

文_韓俊剛 山西晉環(huán)科院環(huán)境資源科技有限公司

近幾年，國(guó)內(nèi)關(guān)于燃煤電廠污泥摻燒進(jìn)行了許多研究，但由于目前國(guó)內(nèi)燃煤耦合污泥發(fā)電技術(shù)還處于試點(diǎn)階段，缺乏實(shí)際不同污泥摻燒比例對(duì)鍋爐經(jīng)濟(jì)性、安全性的影響研究，因此本文基于廣州某電廠污泥摻燒鍋爐性能試驗(yàn)，研究2個(gè)機(jī)組高、低負(fù)荷下（70%、100%），不同摻燒比（0%、5%、7%、10%）對(duì)300MW亞臨界燃煤鍋爐實(shí)際運(yùn)行情況和污染物排放情況的影響，為同類(lèi)型燃煤鍋爐摻燒污泥提供了借鑒。

1 污泥摻燒試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)燃料

試驗(yàn)煤種采用山西大同煙煤，摻燒污泥來(lái)自廣州及新塘周邊生活污水處理廠，污泥初始含水率在40%左右。

1.2 試驗(yàn)系統(tǒng)

該電廠330MW機(jī)組鍋爐是東方鍋爐廠設(shè)計(jì)制造的DG1080/17.4-II6型鍋爐。鍋爐型式為亞臨界參數(shù)、汽包自然循環(huán)、四角切圓燃燒、直吹式制粉系統(tǒng)、一次中間再熱、擺動(dòng)燃燒器調(diào)溫、平衡通風(fēng)、單爐膛“π”型布置、全鋼架全懸吊結(jié)構(gòu)、緊身封閉、爐頂帶金屬防雨罩、固態(tài)排渣煤粉爐。該電廠330MW機(jī)組脫硫系統(tǒng)采用“單塔雙循環(huán)石灰石-石膏濕法”脫硫技術(shù)，采用“低氮燃燒+SCR”脫硝工藝，采用“兩層催化劑+一層催化劑”的方式；除塵系統(tǒng)采用“2電+2袋+濕式電除塵器”。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)內(nèi)容

本次試驗(yàn)依據(jù)《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》（GB/T10184-2015）進(jìn)行，分別進(jìn)行了鍋爐70%、100%機(jī)組負(fù)荷下，污泥摻燒比例（總質(zhì)量占比）為0%、5%、7%、10%的多項(xiàng)試驗(yàn)。試驗(yàn)工況見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)工況一覽表

1.3.2 檢測(cè)內(nèi)容

本次試驗(yàn)主要測(cè)試摻燒前污泥和煙煤成分、熱值，摻燒時(shí)環(huán)境參數(shù)、機(jī)組主要運(yùn)行參數(shù)、煙氣溫度和成分，摻燒后爐渣、飛灰、石膏成分。試驗(yàn)前2h在輸煤皮帶上、煤場(chǎng)污泥堆放處（對(duì)應(yīng)即將摻混到煙煤中的污泥位置）進(jìn)行煙煤、污泥取樣，取樣量不小于4kg。試驗(yàn)中，采用干濕球溫度計(jì)和膜盒式大氣壓力計(jì)在送風(fēng)機(jī)入口附近每20min測(cè)量1次環(huán)境參數(shù)；采用表盤(pán)記錄方式每15min測(cè)量1次機(jī)組主要運(yùn)行參數(shù)，主要包括機(jī)組電負(fù)荷、過(guò)熱蒸汽流量、過(guò)熱蒸汽壓力、過(guò)熱蒸汽溫度、再熱蒸汽壓力、再熱蒸汽溫度、給水流量、給水壓力、給水溫度、過(guò)熱器減溫水量、再熱器減溫水量等；在SCR入口及空氣預(yù)熱器進(jìn)、出口煙道上安裝煙氣取樣管和熱電偶，采用Ⅰ級(jí)K型熱電偶每10min測(cè)量1次煙氣溫度；采用橡膠管將每個(gè)取樣槍取得的煙氣樣經(jīng)煙氣混合器混合后，送煙氣分析儀進(jìn)行O2、CO、CO2等成分分析，每10～15min測(cè)量1次，網(wǎng)格法測(cè)量；采用等速取樣裝置在空氣預(yù)熱器出口煙道飛灰取樣測(cè)點(diǎn)按網(wǎng)格法取樣，每點(diǎn)采樣5min；爐渣取樣在爐底出渣口進(jìn)行，試驗(yàn)開(kāi)始后每30min取樣1次。取樣有效時(shí)間與鍋爐試驗(yàn)工況時(shí)間相等。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 鍋爐燃燒特性分析

2.1.1 污泥摻燒后對(duì)煤質(zhì)成分的影響

隨著污泥摻燒比例的增加，混煤低位發(fā)熱量、分析基碳分含量呈現(xiàn)逐漸降低趨勢(shì)，分析基灰分含量呈現(xiàn)逐漸增加趨勢(shì)。總體上看，將干化污泥摻燒比例控制在10%以?xún)?nèi)，污泥摻燒對(duì)煤的煤質(zhì)成分影響不大。

2.1.2 污泥摻燒后對(duì)爐膛燃燒溫度的影響

結(jié)合圖1和圖2，對(duì)比不同摻燒比例下各層燃燒器區(qū)域溫度，發(fā)現(xiàn)在高負(fù)荷下，污泥摻燒比例為5%時(shí)，比未摻燒污泥高了26～81K，相對(duì)來(lái)說(shuō)溫度變化較小；7%、10%污泥摻燒比例下，主燃燒器區(qū)域溫度整體上比未摻燒污泥時(shí)高。在低負(fù)荷下，當(dāng)污泥摻燒比例為5%、10%時(shí)，各層燃燒器區(qū)域溫度整體上比摻燒比例為0%、7%時(shí)高，分別比未摻燒污泥高了32～145K、50～144K；7%摻燒比例下，各層燃燒器區(qū)域溫度變化最大，在D層燃燒器區(qū)域溫度出現(xiàn)明顯下降。

從測(cè)量結(jié)果上看，高負(fù)荷下，當(dāng)摻燒污泥比例為5%時(shí)，ABC這3臺(tái)磨的給煤量大于未摻燒污泥，一次風(fēng)壓也隨之增加，使得燃燒器區(qū)域的燃燒強(qiáng)度增加，煙氣溫度有所增加。在燃盡風(fēng)區(qū)域DE層處，由于摻燒污泥后燃料揮發(fā)分成分高，較易燃燒，燃料提前燃燒導(dǎo)致后期燃料不足，且隨著摻燒比例的增大燃料熱值逐漸減少，導(dǎo)致煙氣溫度下降，7%、10%摻燒比例溫度下降幅度比5%摻燒比例下降幅度大。

低負(fù)荷下，當(dāng)燃燒比例為7%時(shí)，摻燒污泥的D磨給煤量大，達(dá)到31t/h，大于其余未摻燒磨煤機(jī)的給煤量，下三層燃燒器對(duì)D磨的燃燒支持較少，摻燒污泥的D磨對(duì)應(yīng)的燃燒器著火穩(wěn)定性相對(duì)較差，但是爐膛火檢強(qiáng)度沒(méi)有大的閃動(dòng)，爐膛負(fù)壓波動(dòng)幅度也較小，爐內(nèi)的燃燒仍然是穩(wěn)定的。

綜上所述，當(dāng)摻燒干化污泥比例控制在10%以?xún)?nèi)，污泥燃燒特性引起的煙氣溫度變化較小，對(duì)鍋爐燃燒穩(wěn)定性影響較小。

2.1.3 污泥摻燒后對(duì)飛灰和爐渣含碳量的影響

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在高負(fù)荷下，不摻燒污泥時(shí)飛灰和爐渣含碳量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）分別為2.1%和5.8%，隨著污泥摻燒比例增加至5%、7%、10%時(shí)，飛灰含碳量分別降低至1.2%、0.6%、0.8%，同時(shí)爐渣含碳量分別降低至3.8%、2.1%、1.3%。按照GB/T10184-2015規(guī)定的灰平衡比率（爐渣占比為10%，飛灰占比為90%）折算含碳量（見(jiàn)圖3），可以看出試驗(yàn)期間小比例污泥摻燒后，隨著污泥摻燒比例的增加，有助于促進(jìn)爐膛內(nèi)燃料充分燃燒，提高燃料的燃盡率，從而減少飛灰和爐渣中未燃盡的碳含量。

在低負(fù)荷下，不摻燒污泥時(shí)飛灰和爐渣含碳量分別為1.1%和4.0%，隨著污泥摻燒比例增加至5%、7%、10%時(shí)，飛灰含碳量分別降低至0.4%、0.8%、0.7%，同時(shí)爐渣含碳量先降低至2.9%，隨著升高至6.8%，而后又降低至3.8%（見(jiàn)圖4）。從圖4可以看出摻燒比為7%時(shí)，爐渣中的可燃物含量略高于0%、5%、10%摻燒比例，這是因?yàn)?%污泥摻燒比例下，下層燃燒器對(duì)摻燒污泥對(duì)應(yīng)的燃燒器支持力度小，燃燒器區(qū)域溫度降低，燃燒滯后導(dǎo)致燃盡率略微下降。

整體上，試驗(yàn)期間鍋爐在試驗(yàn)工況下進(jìn)行小比例污泥摻燒，灰渣中可燃物含量變化較小，對(duì)鍋爐的整體燃燒效果影響較小。

圖1 100%負(fù)荷下各層燃燒溫度分布圖

圖2 70%負(fù)荷下各層燃燒溫度分布圖

圖3 100%負(fù)荷下飛灰、爐渣含碳量分布圖

圖4 70%負(fù)荷下飛灰、爐渣含碳量分布圖

2.1.4 污泥摻燒后對(duì)鍋爐熱效率的影響

在高負(fù)荷下，當(dāng)污泥摻燒比為0%、5%、7%、10%時(shí)，鍋爐熱效率鍋分別為94.06%，93.96%，94.03%和 94.30%，修正后的鍋爐熱效率分別為 94.32%、94.38%、94.62 和 94.79%（見(jiàn)圖5）?？傮w上，鍋爐熱效率變化幅度很小，在0%～0.47%之間，基本沒(méi)有區(qū)別，說(shuō)明當(dāng)干化污泥摻燒比例控制在10%以?xún)?nèi)，高負(fù)荷下污泥摻燒未造成燃料燃盡率的下降，未影響鍋爐熱效率。

在低負(fù)荷下，當(dāng)污泥摻燒比為0%、5%、7%、10%時(shí)， 鍋爐熱效率鍋分別為94.11%、94.30%、94.21%和 94.15%，修正后的鍋爐效率分別為 94.52%、94.75%、94.74%和 94.60%（見(jiàn)圖5）。綜合而言，污泥摻燒前、后，鍋爐熱效率基本一致。說(shuō)明當(dāng)干化污泥摻燒比例控制在10%以?xún)?nèi)，低負(fù)荷下污泥摻燒未造成燃料燃盡率的下降，未影響鍋爐熱效率。

圖5 各工況下鍋爐熱效率（修正后）變化規(guī)律示意圖

2.2 污染物排放特征

2.2.1 常規(guī)氣體污染物的排放情況

將廢氣處理設(shè)施處理前，煙氣中SO2、NOX的實(shí)測(cè)濃度通過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)化為含氧量為6%時(shí)的數(shù)值。當(dāng)進(jìn)行污泥摻燒時(shí)，SO2排放量會(huì)有增加的趨勢(shì)，但是隨著污泥摻燒比的繼續(xù)增加，由于污泥中的Pb含量較高帶來(lái)的自脫硫效果導(dǎo)致SO2的生成濃度開(kāi)始下降。當(dāng)進(jìn)行污泥摻燒時(shí)，NOX排放量會(huì)有增加的趨勢(shì)，但是隨著污泥摻燒比的繼續(xù)增加時(shí)，燃料比（固態(tài)碳/揮發(fā)分）降低，影響燃料中N的釋放，造成的總體NOX生成濃度下降。從測(cè)量結(jié)果上看，混煤中含氯和氟的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物含量較少，HF、HCl產(chǎn)生濃度較低，污泥摻燒后對(duì)HF、HCl生成濃度影響不大。

2.2.2 二噁英排放情況

從試驗(yàn)期間污泥摻燒后二噁英的產(chǎn)生濃度來(lái)看，遠(yuǎn)低于我國(guó)GB18485-2014《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的0.1ngTEQ·m-3，能夠?qū)崿F(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

2.2.3 重金屬排放情況

重金屬在摻燒后，主要分布于底渣、飛灰、石膏及隨著處理后煙氣進(jìn)入大氣環(huán)境中。對(duì)比底渣、飛灰、石膏及處理后煙氣中重金屬含量發(fā)現(xiàn)，燃料中的重金屬主要富集在底渣及飛灰中，煙氣處理后重金屬排放濃度滿(mǎn)足GB18485-2014《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》中的要求。

3 結(jié)論

①干化污泥具有熱值低、固定碳含量低、灰分含量高的特點(diǎn)，將污泥摻燒比控制在10%以?xún)?nèi)，對(duì)煤質(zhì)成分影響不大。

②試驗(yàn)期間，隨著污泥摻燒比從0%、5%、7%、10%逐漸增加過(guò)程中，未對(duì)鍋爐燃燒穩(wěn)定性產(chǎn)生明顯影響，飛灰和爐渣含碳量有小幅度降低，鍋爐熱效率未發(fā)生明顯變化，說(shuō)明試驗(yàn)期間對(duì)鍋爐燃燒特性影響小。

③4個(gè)不同污泥摻混比下，SO2和NOx生成濃度呈現(xiàn)先略微上升后下降的趨勢(shì)，變化幅度較小，HF、HCl生成濃度未發(fā)生明顯化變化，二噁英生成濃度有所增加，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)。

④污泥摻燒后，燃料中的重金屬主要富集在底渣及飛灰中，煙氣處理后重金屬排放濃度滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。