330 MW循環(huán)流化床鍋爐污泥焚燒應(yīng)用探究

劉永利，蔣春雷，劉志超

（遼寧沈煤紅陽熱電有限公司，遼寧 遼陽 111000）

0 引言

目前污泥的處理方式主要采用污泥填埋。污泥填埋占用土地，污染空氣，污泥滲漏的滲濾液會污染地下水，含有病原體等有毒物質(zhì)的污泥會造成土壤長期污染并可能傳播疾病，嚴重污染環(huán)境。污泥焚燒既可以發(fā)電又可以減少對環(huán)境的污染，是目前理想且成熟的污泥處理方法。一些發(fā)達國家和地區(qū)污泥焚燒較為普遍，例如日本超過61%的污泥采用焚燒處理的方法，歐盟超過38%的污泥采用焚燒處理［1］。國內(nèi)青島、上海、常州、紹興等地在污泥焚燒處理方面也積累了成功的經(jīng)驗。為了徹底解決污泥填埋所帶來的不利影響，可采用循環(huán)流化床鍋爐污泥焚燒技術(shù)［2］。本文所述的330 MW循環(huán)流化床鍋爐污泥焚燒技術(shù)可以動態(tài)完成污泥減量化和無害化處置，即使惡劣氣候條件下也不需存儲設(shè)備，降低了污泥處理成本，同時解決了環(huán)境污染的問題，是對污泥經(jīng)濟有效的處置方式。

1 循環(huán)流化床鍋爐污泥焚燒系統(tǒng)

某330 MW循環(huán)流化床鍋爐燃燒主要采用煤矸石、劣質(zhì)煤、煤泥等低發(fā)熱量的燃料，燃用設(shè)計煤種時的給煤量為256.95 t／h，校核煤種1的給煤量為288.29 t／h，校核煤種 2 的給煤量為 249.06 t／h。

1.1 項目簡介

某熱電公司利用原有煤泥系統(tǒng)設(shè)備及管道建設(shè)了新的污泥焚燒系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用循環(huán)流化床鍋爐焚燒的方式處理污水廠產(chǎn)生的污泥，污泥投入量設(shè)計值最大可達20 t／h。一套設(shè)備供兩臺循環(huán)流化床鍋爐使用，對該市某水務(wù)公司所屬的污水處理廠產(chǎn)生的污泥進行焚燒處理。

1.2 污泥輸送系統(tǒng)流程

污泥輸送系統(tǒng)流程如圖1所示，其流程為污水廠→污泥運輸車→保水緩沖倉→正壓螺旋輸送機→污泥柱塞泵→液動變位器 （煤泥泵房內(nèi)）→污泥管道→板式換向閥→對應(yīng)管道→旋轉(zhuǎn)給料閥→污泥槍→330 MW循環(huán)流化床鍋爐爐膛。

圖1 污泥輸送系統(tǒng)流程圖

1.3 污泥焚燒系統(tǒng)主要設(shè)備及作用

污泥焚燒系統(tǒng)由全封閉雙軸螺旋輸送機、雙缸S擺閥柱塞泵、液動變位器、板式換向閥和污泥槍等設(shè)備組成。

1）全封閉雙軸螺旋輸送機。該輸送機采用雙螺旋變螺距結(jié)構(gòu)，變頻可調(diào)，可自動調(diào)整輸送量，輸送量要與污泥輸送泵的輸送量相匹配，以擠壓的方式向污泥輸送泵輸送污泥，給料能力范圍為 0～20 m3／h。

2）雙缸S擺閥柱塞泵。柱塞泵采用液壓驅(qū)動，電機防護等級為IP55，電機絕緣等級為F，該泵輸送量為 0～20 m3／h， 且能在輸送量 20 m3／h 工況下長期正常穩(wěn)定運行。

3）液動變位器。該變位器安裝在煤泥泵房內(nèi)，由液壓站驅(qū)動，可以實現(xiàn)單獨給1號爐或2號爐污泥管道輸送污泥（單通功能），也可以實現(xiàn)同時給1號爐和2號爐污泥管道按照任意比例向鍋爐輸送污泥（雙通功能）。

4）板式換向閥。該換向閥可實現(xiàn)1—4號管道介質(zhì)切換，由就地液壓站控制。

5）污泥槍。污泥槍將污泥噴射入鍋爐，槍體上布置有沖洗水管、泄放口管、霧化風(fēng)管（對污泥進行霧化）、密封風(fēng)管（高壓流化風(fēng)）、入爐閘板閥（手動）等。污泥槍配有沖洗水系統(tǒng)，沖洗水取自電廠開式循環(huán)水系統(tǒng)，可在污泥焚燒系統(tǒng)停止后進行管道沖洗，防止污泥管道堵塞。污泥管道設(shè)置有蒸汽伴熱裝置，可在極寒天氣下投入，確保管道不凍結(jié)。污泥槍結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 污泥槍結(jié)構(gòu)

330 MW循環(huán)流化床鍋爐污泥焚燒系統(tǒng)改造后，與原系統(tǒng)相比增加了對污泥的處理能力，保證了污泥焚燒系統(tǒng)長期安全、穩(wěn)定運行。

1.4 污泥成分分析

該市某水務(wù)公司每天產(chǎn)生脫水污泥60 t，所產(chǎn)生的脫水污泥包括80%的水分、10%的無機分、10%的有機分，以及病原微生物、有毒化合物、有毒有機物、柵渣雜物等。污泥含有碳氫化合物，含水率為80%的污泥燃燒值達 287.58 kJ／kg［3］。 污泥成分的元素分析如表1所示，污泥成分的工業(yè)分析如表2所示。

表1 污泥元素分析

表2 污泥工業(yè)分析

2 污泥焚燒對機組性能的影響

2.1 污泥焚燒對鍋爐燃燒工況的影響

由于污泥摻燒量相對較少，對330 MW循環(huán)流化床鍋爐的燃燒工況和產(chǎn)生的煙氣量影響相對較小，該廠引風(fēng)機設(shè)計額定轉(zhuǎn)速為994 r／min，引風(fēng)機設(shè)計余量能夠滿足污泥焚燒的技術(shù)要求。該廠總送風(fēng)量設(shè)計值為1.3×106Nm3／h，原有的送風(fēng)機和引風(fēng)機能夠滿足其燃燒的需求，因此無需增加額外的風(fēng)機。在投入污泥焚燒系統(tǒng)前和停止污泥焚燒系統(tǒng)后需要使用開式循環(huán)水對污泥槍進行沖洗，以防止污泥槍堵塞。大量沖洗水進入爐膛會使爐膛溫度 （床溫）產(chǎn)生一定的波動，床溫下降約10～20℃，此時應(yīng)加強監(jiān)視與調(diào)整，保證機組的安全運行。由于循環(huán)流化床鍋爐有強大的蓄熱能力，在沖洗結(jié)束后短時間內(nèi)床溫能夠恢復(fù)正常運行方式時的值［4］。污泥焚燒對鍋爐燃燒工況的影響如表3所示。

表3 污泥焚燒對鍋爐燃燒工況的影響

2.2 污泥焚燒對環(huán)保參數(shù)的影響

當污泥中病原體、有毒物質(zhì)的含量超標時會造成土壤長期污染并可能傳播疾病，嚴重污染環(huán)境。污泥經(jīng)焚燒后產(chǎn)生無菌、無臭的無機殘渣，并大大減少了體積，是一種可靠且有效的污泥處置方法。實踐證明330 MW循環(huán)流化床鍋爐具有較大的蓄熱能力，爐膛的平均溫度在850～950℃之間，在燃燒過程中過剩空氣系數(shù)為1.4，在高溫區(qū)（850～950℃）送入二次風(fēng)以助燃燒，減少了CO和其他不完全燃燒產(chǎn)物的生成量，從而在此溫度區(qū)間限制二噁英的生成。該廠脫硫采用濕法脫硫，脫硝采用SNCR（Selective Non-Catalytic Reduction，簡稱 SNCR）方式，除塵采用布袋除塵方式，經(jīng)過上述處理，污泥燃燒所產(chǎn)生的煙氣排放值能夠達到國家環(huán)保標準的要求，因此煙氣處理系統(tǒng)在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上能夠達到環(huán)保排放標準，無需改造增加設(shè)備。污泥焚燒對環(huán)保參數(shù)的影響如表4所示。

表4 污泥焚燒對環(huán)保參數(shù)的影響

可見330 MW循環(huán)流化床鍋爐污泥焚燒對整個鍋爐燃燒系統(tǒng)產(chǎn)生的影響很小，污泥燃燒所產(chǎn)生的煙氣排放值能夠達到國家環(huán)保標準的要求。因此，采用330 MW循環(huán)流化床鍋爐污泥焚燒系統(tǒng)可實現(xiàn)機組經(jīng)濟、環(huán)保、節(jié)能運行。

3 效益分析

循環(huán)流化床鍋爐采用污泥焚燒方式運行，雖經(jīng)濟效益較小，但社會效益明顯，環(huán)境效益突出。

3.1 節(jié)約燃料收益

工程投運后，年污泥焚燒量為21 900 t，按每年365天計算，每天污泥焚燒量為60 t，成本及經(jīng)濟效益如下：

1）最低發(fā)熱量取 2 940 kJ／kg，假設(shè)摻燒 1 kg污泥，全水分取80%，水的汽化潛熱為2 257.2 kJ／kg。按經(jīng)典熱力計算，回收熱量為-1 217.76 kJ／kg，熱量為負值，需要額外加配燃料。考慮鍋爐的蓄熱量，摻燒污泥引起的欠熱量可忽略不計。

2）采用污泥焚燒工藝每年可減少填埋成本約51萬元，相當于節(jié)約了購買燃料的費用。

3.2 運行成本支出

1）耗電成本。工程設(shè)備總功率為90 kW，每天運行 10 h，廠用電價按 0.37 元／（kW·h）計算，每年耗電成本為12.16萬元。

2）水費。工程年耗水量為182.5 t，按2.7元／t計算，年水費為0.05萬元。

3）設(shè)備折舊。該工程采用平均年限法進行折舊，折舊年限取10年，殘值率取5%，設(shè)備折舊費為17.12萬元。

4）原材料污泥可由污水處理廠免費提供，不需要成本支出。

由此可得，全年支出總費用為 29.33萬元。

3.3 經(jīng)濟效益分析

工程建成后政府將為企業(yè)提供環(huán)保補貼款，按55元／t計算，全年污泥焚燒量為21 900 t，年補貼款為120.45萬元。補貼后企業(yè)年盈利為91.12萬元。

3.4 社會效益分析

污泥焚燒發(fā)電項目多以社會效益為主，經(jīng)濟效益還沒有完全顯現(xiàn)出來。雖然涉足污泥發(fā)電的企業(yè)不是很多，但隨著城市污水處理率的提高，污泥量在大幅度增加，污泥處理壓力越來越大，土地資源日趨緊張，采用焚燒工藝可減少污泥填埋占用的土地。污泥焚燒灰可用在瀝青填料和輕質(zhì)基材等建筑材料中，例如可作為磚的主要原料［5］。

4 結(jié)語

實踐證明330 MW循環(huán)流化床鍋爐污泥焚燒無論從技術(shù)方面還是從經(jīng)濟性方面都是可行的。設(shè)備投運后企業(yè)年盈利可增加91.12萬元，同時污泥焚燒帶來了良好的社會效益，實現(xiàn)了污泥的無害化、減量化、資源化，可為同行業(yè)設(shè)備改造提供借鑒。