300MW等级燃煤电站锅炉污泥掺烧的试验研究

李 锷

（上海电力股份有限公司，上海 200010）

随着城市化进程的加快，城市污水处理量不断加大，污水厂污泥的产生量也有较大的增长；城市污水厂的污泥含有大量的有机物、重金属以及致病菌和病原菌等，不加处理任意排放，会对环境造成严重的污染。如何合理处置污泥，已成为日益关注的问题。国内外污泥处置的方法很多［1］，一般采用干化、填埋及焚烧等处置方法。污泥直接填埋、焚烧后污泥灰填埋将占用城市周边宝贵的土地资源，污泥的处置方法需要实现污泥处置、环境保护、资源的最佳平衡。

为实现污泥处置的无害化、可持续，上海市某污水处理厂与某电厂开展了污泥干化协同发电的研究，形成以污水厂污泥处理、干化、电厂协同发电的污泥综合利用处置技术。为推进该技术在电厂的运用，上海某燃煤电厂300MW等级锅炉进行了干化污泥掺烧的试验，试验中重点检测了烟气污染物排放指标和飞灰重金属成分，为污泥在电站锅炉的掺烧积累经验。

1 污泥掺烧研究综述

污泥和煤掺烧是一种新型的污泥处置方式，国内外学者已经开展了大量的研究。文献［2］利用热重分析及滴管炉试验研究了煤和不同含水率的污泥在不同掺混比例的混合物的燃烧特性，研究表明燃煤锅炉掺烧少量干化污泥进行燃烧是可行的，控制污泥与燃煤的比例小于1∶4；文献［3］分析计算了220t／h锅炉在不同污泥掺入比例时的燃烧稳定性、受热面磨损、磨煤机出力与电耗、锅炉经济性等，计算结果表明燃煤中掺入少量污泥，对锅炉参数和受热面工作的安全性没有不良影响。文献［4］研究了污泥掺烧过程中利用灰渣中的Ca、Cl、Fe和Si等固硫效果的影响；文献［5］在循环流化床试验台上进行污泥掺烧试验，研究了炉膛温度和掺烧比例对N2O和NO生成浓度的影响。国内外学者主要侧重于污泥掺烧的理论计算与分析，进行大型电站煤粉锅炉实际掺烧的试验研究和分析。

2 污泥干化协同发电技术

污泥干化协同发电是指利用燃煤电厂汽轮机作功后的乏汽（汽机抽汽），干化污水污泥制成干污泥燃料，将干化后的污泥用于电厂掺烧，实现节约燃煤和污泥的无害化处置；工艺流程见图1。

图1 污泥干化协同发电厂工艺流程图

上海某电厂有4台330MW燃煤发电机组，某污水处理厂位于电厂附近，拟建一期工程污泥处理规模为400t／d（80%含水率计），二期工程增加600t／d；工程采用薄层干化设备，干化所用蒸汽来自电厂，蒸汽参数为：压力1.28MPa，温度220℃。一期工程投产后日产干污泥114t，两台机组最低负荷运行，掺烧比例为3.26%即能满足日产日清。二期工程投运后日产干污泥285.7t，电厂正常运行时，干化污泥掺烧比例为3.47%，电厂执行节能调度时按8%掺烧也能做到日产日清，能实现全部污泥的掺烧处置。

3 300MW等级锅炉掺烧污泥的试验

污水处理厂项目拟以污泥干化协同发电进行报批，为研究锅炉掺烧污泥对烟气排放和飞灰重金属含量的影响，电厂分别按污泥5%、10%的比例进行实际掺烧。

3.1 锅炉设备介绍

上海某电厂现有4台SG-1025／18.3-M831亚临界一次再热控制循环汽包炉，锅炉采用固态排渣方式、露天布置，制粉系统采用HP863碗式中速磨直吹式热风送粉，燃烧器采用低NOx燃烧器、四角布置。该锅炉的主要设计参数：额定蒸发量，1 025t／h；过热蒸汽出口压力，18.3MPa；过热蒸汽出口温度，541℃。锅炉安装有布袋除尘、SCR脱硝和石灰石—石膏湿法脱硫。

3.2 污泥和煤的元素分析

将污泥与燃煤在掺烧前进行了元素分析，污泥和煤的元素分析见表1。

表1 污泥、煤的元素分析测试数据 %

污泥分别按5%、10%比例进行掺烧，混煤的元素分析计算如表2。

表2 不同比例下混煤的元素分析计算表 %

从表1、表2分析，在燃煤中掺入5%和10%污泥后，混合燃料S元素的含量从0.62%上升为0.629%，对于锅炉烟气尾气的SO2排放的影响可以忽略不计；混合燃料N元素的含量从0.81%上升为0.95%，对于锅炉烟气尾气的NOx排放的影响也非常小。

3.3 试验过程

干化后的污泥采用密闭卡车运至电厂储煤场单独堆放，由输煤皮带将污泥单独输送加入锅炉一原煤仓内，其它原煤仓加入锅炉设计煤种。污泥和燃煤分别经磨煤机研磨后进入炉膛混合燃烧；试验期间通过控制装有污泥的给煤机转速从而精确控制泥煤掺烧比例。

本次试验在电厂3号锅炉进行，共分三个阶段，第一阶段为无污泥掺烧工况，第二阶段为掺烧5%污泥工况，第三阶段为掺烧10%污泥工况，每个阶段锅炉的出力相近；每阶段的试验时间均不低于4h，对烟气成分、飞灰成分分别取样分析。

3.4 测试结果［6］

（1）不同工况下的烟气成分测试结果见表3。

表3 不同工况下烟气成分测试结果表

（2）不同工况下飞灰重金属成分分析结果

表4 不同工况下飞灰重金属成分测试结果表 mg／L

试验测试结果表明：①在相近锅炉负荷，分别掺烧5%和10%污泥后，烟气排放量与无掺烧时几乎相近，烟速基本相同，表明掺烧污泥后不加剧锅炉尾部受热面的磨损；②因掺烧比例相对较低，锅炉烟气中的SO2、NOx未增加，未对机组SCR脱硝、湿法脱硫带来影响；③电站煤粉锅炉具有燃烧温度高等特点，可有效抑制二噁英的产生；④从烟气排放指标看，电站锅炉掺烧污泥后能满足排放要求；⑤锅炉掺烧污泥后，未增加飞灰的重金属含量，可综合利用。

4 结语

随着城市发展和城镇化程度的提高，城市污泥的产量将会不断增长，电站锅炉小比例掺烧污泥后，锅炉烟气排放能满足国家的环保要求，飞灰可继续综合利用，可以大大降低污泥处置的投入，最大限度地降低污泥处置后衍生的环境保护、土地资源等问题。电站锅炉进行小比例掺烧污泥，无论在可行性、可靠性和环保性上，是城市污泥无害化处置的有效途径之一。

［1］ 朱泽华.城市污水处理厂污泥的无害化、资源处置［J］.中国资源综合利用，2015，33（2）：27-29.ZHU Ze-hua.Sludge handling and reuse into resources in sewage treatment plant［J］.China Resources Comprehensive Utilization，2015，33（2）：27-29.

［2］ 张 成，王 丹，夏 季，等.煤粉掺烧干化污泥的燃烧特性及能效分析［J］.热能动力工程，2012，27（3）：383-387.ZHANG Cheng，WANG Dan，XIA Ji，et al.Combustion characteristics and analysis of the energy efficiency of a coal-fired boiler burning coal diluted and mixed with dried sludge［J］.Journal of Engineering for Thermal Energy and Power，2012，27（3）：383-387，398.

［3］ 芮新红，周强泰，张宁生，等.煤粉锅炉掺污泥燃烧的计算和分析［J］.江苏电机工程，2003，22（6）：24-26.RUI Xin-jiang，ZHOU Qiang-tai，ZHANG Ning-sheng，et al.Calculation and analysis of coal burning with sludge-added in pulverized-fuel boiler［J］.Jiangsu Electrical Engineering，2003，22（6）：24-26.

［4］ FOLGERAS，M.B.et al.Sulphur retention during cocombustion of coal and sewage sludge［J］.Fuel，2004，83（10）：1315-1322.

［5］ 吕清刚，李志伟，那永洁，等.CFBC混烧城市污泥与煤：N2O和 NO的排放［J］.2004，25（1）：163-166.

［6］ 上海市环境监测中心测试报告［R］.项目编号：WT13058.