摻燒污泥對直流鍋爐運行的影響和建議

潘 浩 顧海棟 郭正飆 錢筱武

上海外高橋第二發(fā)電有限責(zé)任公司

0 引言

污泥作為污水處理廠污水處理后的附屬物，對環(huán)境影響極大，未經(jīng)恰當處理的污泥對生態(tài)環(huán)境和人類活動構(gòu)成了嚴重威脅。為解決區(qū)域污泥治理難題，建設(shè)美麗上海，申能集團積極響應(yīng)上海市政府號召，與上海城投集團聯(lián)合研發(fā)燃煤污泥耦合發(fā)電項目。從2020年初開始，上海外高橋第二發(fā)電有限責(zé)任公司兩臺鍋爐正式進行污泥摻燒，摻燒比例不大于10%。

燃煤電廠小比例摻燒污泥是城市污泥無害化處置的有效途徑之一，但對鍋爐安全運行和經(jīng)濟性有一定程度的影響。

1 設(shè)備簡介

上海外高橋第二發(fā)電有限責(zé)任公司擁有2臺900 MW機組，鍋爐為ALSTOM公司生產(chǎn)的2 788 t/h超臨界壓力、一次中間再熱、塔式布置直流鍋爐，過熱蒸汽壓力25.76 MPa、溫度542℃，再熱蒸汽壓力5.92/5.74 MPa、溫度319.3/568℃。該鍋爐采用擴容式啟動系統(tǒng)、單爐膛切向燃燒、露天懸吊布置、固態(tài)排渣。鍋爐燃燒設(shè)計煤種為神府東勝煙煤，校核煤種為山西大同煤。

2 污泥摻燒對鍋爐的影響

1)對鍋爐安全的影響

(1)由于污泥水分含量高，使混合燃料黏度增加,流動性降低，原煤倉易發(fā)生搭橋堵煤現(xiàn)象。此外，需更多的熱一次風(fēng)進行干燥，影響了磨煤機制粉出力，高負荷時易發(fā)生堵磨。

(2)水冷壁出口溫度下降。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，#5鍋爐正常運行時，水冷壁中間點溫度恒定為385～412℃，在摻燒比例為9%時下降到359℃【1】。實際運行中，燃燒區(qū)域水冷壁輻射吸熱明顯不足，給水流量自動控制邏輯不能適應(yīng)由于燃煤熱值下降而產(chǎn)生的鍋爐吸熱新特性，不能及時降低給水指令，導(dǎo)致低負荷時水冷壁出口溫度低于對應(yīng)壓力下的飽和溫度，鍋爐進入非直流工況。

(3)主再汽溫度下降。汽溫變化的原因與水冷壁出口溫度變化相似，污泥摻燒的不均導(dǎo)致熱值、實際煤水比、主汽溫度下降。

(4)鍋爐煙氣低溫區(qū)（預(yù)熱器）生成硫酸氫銨的風(fēng)險上升。上海外高橋第二發(fā)電有限責(zé)任公司鍋爐裝有SCR尿素?zé)峤饷撓跸到y(tǒng)，但由于污泥來料不同，成分也不一致。當硫分含量高時，容易生成硫酸氫銨，同時煙氣中大量的灰分加劇了預(yù)熱器蓄熱元件煙塵黏結(jié)，使預(yù)熱器阻力增加。

2)對鍋爐經(jīng)濟指標的影響

對#5鍋爐進行了污泥摻燒對比試驗，摻燒量約7%，污泥摻燒分析資料如表1所示：

表1 污泥摻燒分析資料

(1)廠用電率的影響：

廠用電率的影響見圖1。

圖1 720 MW廠用電率對比

從圖1可看出，負荷720 MW時，廠用電率合計上升了0.285。

從圖2可看出，負荷450 MW工況，廠用電率合計上升了0.157。

圖2 450 MW廠用電率對比

(2)鍋爐效率和能耗的變化

鍋爐效率對比見表2。

表2 鍋爐效率對比

從試驗結(jié)果看出，720 MW（80%負荷）工況下，摻燒污泥使修正后鍋爐效率降低0.34%；450 MW（50%負荷）工況下，鍋爐效率降低0.35%。由于摻燒污泥揮發(fā)分增加，飛灰含碳量減小了。

根據(jù)試驗，#5機組摻燒污泥能耗數(shù)據(jù)對比見表3。

表3 能耗數(shù)據(jù)對比

從試驗結(jié)果可看出，摻燒污泥后機組煤耗上升了。80%負荷工況時，供電煤耗率升高1.89 g/kWh，50%負荷工況時，供電煤耗升高2.26 g/kWh。

3 建議與措施

1)防止原煤倉嚴重堵煤。制訂原煤倉輪流清倉辦法，建立定期清理出口污泥制度；盡量提高磨煤機進口一次風(fēng)溫，增加一次風(fēng)熱風(fēng)干燥能力。

2)防止硫酸氫銨的生成，關(guān)注空預(yù)器進出口差壓?？疹A(yù)器5B煙氣倉進口經(jīng)改造后可定時添加氫氧化鈣，以此中和酸性物質(zhì)，降低硫酸氫銨的生成幾率；秋冬季節(jié)氣溫降低，要及時投入暖風(fēng)器，提高空預(yù)器冷端綜合溫度（進口空氣溫度與出口煙氣溫度之和）。當基含硫量低于臨界值（0.5%左右）時，鍋爐實際排煙溫度可達理想空預(yù)器冷端綜合溫度，而當基含硫量高于臨界值（1.0%）且進口空氣溫度為20℃時，推薦的空預(yù)器出口煙氣溫度在170℃以上【2】，顯然，實際排煙溫度無法達到理想值，因此，要求入爐煤加權(quán)平均硫分低于0.8%；定期做好污泥來樣硫分分析，嚴格控制爐膛出口SO2濃度，及時降低高硫倉磨煤機給煤量，同時控制預(yù)熱器出口鍋爐排煙溫度不小于100℃，預(yù)熱器冷端綜合溫度大于130℃。

3)合理安排蒸汽吹灰。及時調(diào)整燃燒器擺角，加強再熱器受熱面區(qū)域吹灰，提高再熱汽溫；優(yōu)化給水流量焓值控制邏輯，及時降低給水量，間接提高煤水比，保證主再蒸汽溫度接近額定值運行。

4)提高鍋爐燃燒區(qū)域水冷壁輻射吸熱量。為避免低負荷階段出現(xiàn)非直流工況①燃燒器擺角下擺，增加爐膛下部給煤機煤量，使火焰中心下移。②加強水冷壁蒸汽吹灰，增加水冷壁換熱效果。③在出口NOx排放允許的條件下，合理配風(fēng)，適當增加燃燒區(qū)域二次風(fēng)量配比，改善燃燒工況。④及時投用暖風(fēng)器，提高二次風(fēng)溫度。

4 結(jié)論

1）燃料成分發(fā)生變化，煙氣量和飛灰增加使廠用電率上升，鍋爐效率降低，發(fā)電煤耗增加。

2）污泥含水量高，流動性較差，使制粉系統(tǒng)頻繁發(fā)生積煤、堵煤現(xiàn)象，需制訂原煤倉清倉措施，建議原煤倉流線型優(yōu)化改造。

3）污泥硫分的增加使裝有SCR脫硝系統(tǒng)的鍋爐在煙氣低溫區(qū)（預(yù)熱器）生成硫酸氫銨的風(fēng)險加大，應(yīng)做好預(yù)防措施。

4）由于燃料整體熱值下降，低負荷時鍋爐易進入非直流工況，給水流量控制邏輯需進一步優(yōu)化以適應(yīng)污泥摻燒帶來的影響。