污泥掺烧在320MW燃煤发电厂中可行性研究

污泥掺烧在 320MW 燃煤 发电厂中 可行性研究

崔鹏

大唐国际张家口发电厂，河北 张家口 075000

摘要：随着XX市污泥产量的不断增加，污泥处置问题成为市政府的着重解决问题。xx发电厂积极开发了污泥耦合发电项目，成立了城市污泥耦合发电项目组织机构，与污水处理厂签订了《污泥处置项目合作框架协议》。本文针对燃煤发电厂污泥掺烧技术调研结果，制定试验方案进行了掺烧试验，根据试验数据分别对燃烧系统、受热面、制粉系统及脱硝系统的影响、粉煤灰及烟气排放的影响进行分析，综合运行成本与收益计算掺烧效益，分析出污泥掺烧的数量及企业收益，对污泥掺烧过程存在的问题提出了建议。

关键词：污泥掺烧，试验，发电厂，可行性

1.试验目的

为积极响应国家政策，帮助政府稳定、妥善处理XX市主城区污水处理厂污泥，推进绿色奥运做出应有贡献。为实现电厂平稳、安全掺烧污泥的目标，需了解掺烧污泥后燃烧的稳定性、燃烧效率、排放特性以及污泥掺混燃烧对锅炉受热面的影响情况，保证机组的经济、安全运行，在XX发电厂8号机组进行本次掺烧试验。

2.试验方案

采用“煤场初混、炉内混烧”的方案，污泥入厂后在二期北煤场进行接卸和晾晒后用推土机推平，再用汽车煤与污泥进行初混，当日斗轮机取煤进行再混，随后上至筒仓。然后将筒仓内的污泥混煤送入8号炉的4、5、6号原煤仓进行掺烧。试验期间污泥掺烧量50吨/天，水分小于60%。

3.试验数据整理

表1 经济性分析数据

表2 安全性分析数据

表3 污泥成分化验数据

4.试验数据分析

从《经济性分析数据（表1）》中可以看出：由于配煤方式无法满足相同发热量煤种入炉，在负荷（285MW）相同时造成了掺烧污泥过程中总煤量减少8.4吨，虽然掺烧污泥过程中的入炉煤发热量增加1.009kj/kg,但是总的入炉煤量折标煤量增加了0.085吨；全水分增加0.8%，吸、送、一次风机、磨煤机综合电率增加0.053%，4、5、6号磨平均出口温度降低4.46℃，排烟温差升高0.3℃。掺烧的比例3.2%左右，热值、水分、灰分、硫份变化不大。

4.1对燃烧系统的影响

根据物料平衡，每天掺烧污泥数量50吨，含水量约60%,科研院原化验数据收到基水分84.41%。按照60%全水计算其中水分30吨，绝干污泥20吨，这部分污泥热值很低，含水量大，每吨污泥折标煤量为0.037吨，掺入锅炉燃烧对锅炉燃烧系统会产生影响，主要表现在以下几个方面：

1. 对燃烧稳定性的影响

根据相关试验研究结果，当掺烧比例较小时，锅炉燃烧火焰明亮，燃烧稳定；测量飞灰含碳量无明显变化，燃料燃尽特性较好；当锅炉负荷不变时，炉膛温度分布的曲线随着污泥掺烧的比例逐渐升高。因此掺烧比例尽量控制在一定范围内。

因掺烧的比例仅为3.2%左右，掺烧比例较小，无论是热值、水分、灰分或者是硫份都在实际燃烧的燃料变化范围以内，不会对锅炉燃烧温度产生太大的影响。

2. 对锅炉受热面壁温的影响

根据试验前和试验中的壁温监视，壁温未明显变化，均未超过机组正常运行的报警值。

3. 对锅炉效率的影响

考虑目前发电用煤质量普遍较低，原煤的灰分大大增加，应该说污泥的灰分不会高于原煤太多，且掺烧比例较小，可以认为掺烧后对燃煤的灰分影响不大。

污泥掺烧后主要是水分对锅炉效率的影响，但由于我厂煤质变化较大，试验前后的入炉煤发热量波动较大，因此采用试验前后数据定性分析。按照经验数据水分每增加1%影响锅炉效率降低0.1%，具体计算方法如下：

水分增加值等于污泥掺烧后水分的加权平均值减去试验前水分。每小时水分增加=（5*84.41%+（157.3-5）*10.8%/157.3-10.8%=2.24%。影响锅炉效率降低=2.24%/10=0.224%。按照每降低1%效率煤耗增加3.3g/kwh计算影响煤耗。煤耗增加=3.3*0.224=0.7721g/kwh。

4. 吸、送、一次风机、磨煤机综合厂用电率的影响

由于水分增加，污泥的发热量较低，影响锅炉综合厂用电率的增加。

锅炉综合厂用电率=吸风机厂用电率+送风机厂用电率+一次风机厂用电率+磨煤机厂用电率。试验前后综合厂用电率增加=试验前综合厂用电率-试验过程综合厂用电率。试验前后综合厂用电率增加=0.349%-0.296%=0.053%。按照每降低1%厂用电率煤耗增加3.3g/kwh计算影响煤耗。煤耗增加=3.3*0.053=0.1755g/kwh。

4.2对锅炉受热面、制粉系统及脱硝系统的影响

目前掺烧量较小，给煤机未发生因掺烧污泥断煤情况，对锅炉受热面及制粉系统的影响尚未显现，需要长期的观察确定，但由于污泥的水分大、热量低将增加制粉系统的使用寿命，增加检修费用。污泥掺烧过程造成了尿素用量的增加，每50吨污泥约增加尿素用量0.136吨。

4.3对粉煤灰综合利用的影响

污泥焚烧所产生的焚烧灰具有较好的吸水性、凝固性，与粉煤灰的性质相差不大。国外也有将污泥产物作为水泥原料进行利用的应用实例，同时掺烧比例不大，污泥掺烧后的灰在总灰量中占的比例很小，对粉煤灰特性基本没有影响，因此掺烧城市污泥对粉煤灰的综合利用应该影响不大。

考虑到污泥中含有较多的金属物质，不同性质的污泥，其重金属含量相差很远，污泥中的重金属主要有Cu、Cd、Cr、Mn、Bb、Hg和Zn等。污泥的重金属主要以氧化物、氢氧化物、硅酸盐、有机络合物等形式存在，其次为硫化物。^[1]掺入锅炉燃煤中燃烧后，除Hg外使绝大部分重金属保留在焚烧残渣中，因此对掺烧后的飞灰进行检验，观察重金属含量是否超标很重要。

4.4对烟气排放的影响

烟气排放物会随污泥掺烧量的变化而变化，随着掺入污泥比例的增加，SO2、NOX、HCL和HF的排放浓度均有所增加。一般来说，HCL和HF的排放浓度都较低，不会对烟气的排放指标产生影响。影响为期排放的因素主要是SO2，由于掺混比例很小，不会加重尾部烟气脱硫负荷。

根据我国已经运行的掺烧污泥工程的实际经验，掺烧污泥比可达20%-30%时，焚烧产生的烟气中重金属，二噁英等指标仍能后达到国家排放标准。因此对粉尘中的汞、铬和铅等污染物应实时监测，按照相关要求进行有效处理，以满足相关环保标准的要求。^[2]

5.掺烧经济性评价

5.1收益构成

XX发电厂与XX市污泥厂初步的协商为：掺烧污泥价格300元/吨。每日按照100吨计算，全年收益1095万元。

5.2运行成本构成

5.2.1掺烧污泥影响煤耗为锅炉效率降低影响与吸、送、一次风机、磨煤机综合厂用电率影响之和：0.7721+0.1755=0.9476g/kwh。按照目前平均标煤单价526元/吨计算，掺烧1吨污泥影响煤耗折金额为28.41元/吨。

5.2.2尿素按照2289元/吨，掺烧1吨污泥增加尿素成本为：0.136/50*2289=6.23元/吨。

5.2.3设备维护、检修、环境排污、煤场掺配用车费用等暂按照5元/吨计算。

综上，运行成本为28.41+6.23+5=39.64元/吨。

5.3掺烧利润

掺烧利润=收益构成-运行成本=300-39.64=260.36元/吨。每天按照100吨掺烧量计算，全年利润为266.36*100*365≈950万元。

6.试验结论及建议

6.1试验结论

经分析，每天掺烧污泥50吨，掺烧污泥后入炉煤质各项分析数据变化不大，均处于允许的煤质范围内，对入炉煤的着火、燃烧、燃尽特性影响不大，对锅炉机组的运行工况无明显影响，不会对锅炉机组的稳定运行产生影响，对锅炉效率及综合厂用电率略有影响。掺烧污泥后，对粉煤灰的综合利用影响不大，也不会对锅炉烟气的达标排放产生太大的影响。^[3]

项目实施后可享受XX市污泥处理财政补贴，有较好的经济效益，且具有良好的社会效益。根据经济效益分析结果，掺烧城市污泥后，按照100吨/天计算企业的年收益为950万元。因此该项目从经济效益来讲，是完全可行的。

6.2建议

6.2.1高水分污泥晾晒时应通常会散发较严重的刺鼻气味，应注意其对厂区及周边居民生活的影响（甚至是由此带来的环境舆情问题），必要时可能需要重新制定污泥存放的方式。

6.2.2严格控制入厂污泥的水分，如果不能低于60%，则可能引起严重的设备问题；污水处理厂有时会在污泥原样中加入添加剂（如石灰、木屑等）以控制出厂污泥水分低于60%（通常污水处理厂所采用的简单物理方法不易将污泥水分降低至60%），应考虑此种情况下所含添加剂对掺烧带来的影响。确保实现有煤场防渗措施能否保证晾晒、存放高水分污泥是不发生污水泄漏、渗透问题，以免污染地下水；同时应注意可能出现的煤场地面污水淤积问题。

6.2.3在煤场掺混时应注意掺混比例，尽量将配入原煤筒仓的污泥掺混比例控制在5%以下，以防止出现单台磨煤机出力受限、出口温度过低等问题。污泥掺配比例必须在科学试验基础上确定，掺烧过程中可能出现原煤筒仓堵塞、给煤机堵塞、锅炉燃烧不良甚至发生灭火事故等风险，应在原有事故预案、处理措施等的基础上做更细致的准备工作。先用少量污泥在一台磨煤机上进行掺烧试验，若无问题，则再逐渐提高掺烧量且应采用多台磨煤机掺烧的方式。

6.2.4确保原煤筒仓进行了落煤斗防堵改造。应当注意寒冷天气下污泥黏度升高、污水结冰等问题可能带来的输运、存储、上煤等问题。

6.2.5环报许可证办理需要政府部门支持。

参考文献:

1. 孙峰.污泥理化性质与污泥处置的环境风险[D].浙江大学.2007.

2. 万伟泳.城市污水处理厂脱水污泥的焚烧处置[J].中国给水排水.2006.

3. 李勇.燃煤耦合污泥发电技术介绍[J].区域治理，2018.

4. 何洪浩，李文军，等.热力发电厂污泥掺烧技术应用[J].热力发电，2020.