330 MW循环流化床锅炉污泥焚烧应用探究

刘永利，蒋春雷，刘志超

（辽宁沈煤红阳热电有限公司，辽宁 辽阳 111000）

0 引言

目前污泥的处理方式主要采用污泥填埋。污泥填埋占用土地，污染空气，污泥渗漏的渗滤液会污染地下水，含有病原体等有毒物质的污泥会造成土壤长期污染并可能传播疾病，严重污染环境。污泥焚烧既可以发电又可以减少对环境的污染，是目前理想且成熟的污泥处理方法。一些发达国家和地区污泥焚烧较为普遍，例如日本超过61%的污泥采用焚烧处理的方法，欧盟超过38%的污泥采用焚烧处理［1］。国内青岛、上海、常州、绍兴等地在污泥焚烧处理方面也积累了成功的经验。为了彻底解决污泥填埋所带来的不利影响，可采用循环流化床锅炉污泥焚烧技术［2］。本文所述的330 MW循环流化床锅炉污泥焚烧技术可以动态完成污泥减量化和无害化处置，即使恶劣气候条件下也不需存储设备，降低了污泥处理成本，同时解决了环境污染的问题，是对污泥经济有效的处置方式。

1 循环流化床锅炉污泥焚烧系统

某330 MW循环流化床锅炉燃烧主要采用煤矸石、劣质煤、煤泥等低发热量的燃料，燃用设计煤种时的给煤量为256.95 t／h，校核煤种1的给煤量为288.29 t／h，校核煤种 2 的给煤量为 249.06 t／h。

1.1 项目简介

某热电公司利用原有煤泥系统设备及管道建设了新的污泥焚烧系统。该系统采用循环流化床锅炉焚烧的方式处理污水厂产生的污泥，污泥投入量设计值最大可达20 t／h。一套设备供两台循环流化床锅炉使用，对该市某水务公司所属的污水处理厂产生的污泥进行焚烧处理。

1.2 污泥输送系统流程

污泥输送系统流程如图1所示，其流程为污水厂→污泥运输车→保水缓冲仓→正压螺旋输送机→污泥柱塞泵→液动变位器 （煤泥泵房内）→污泥管道→板式换向阀→对应管道→旋转给料阀→污泥枪→330 MW循环流化床锅炉炉膛。

图1 污泥输送系统流程图

1.3 污泥焚烧系统主要设备及作用

污泥焚烧系统由全封闭双轴螺旋输送机、双缸S摆阀柱塞泵、液动变位器、板式换向阀和污泥枪等设备组成。

1）全封闭双轴螺旋输送机。该输送机采用双螺旋变螺距结构，变频可调，可自动调整输送量，输送量要与污泥输送泵的输送量相匹配，以挤压的方式向污泥输送泵输送污泥，给料能力范围为 0～20 m3／h。

2）双缸S摆阀柱塞泵。柱塞泵采用液压驱动，电机防护等级为IP55，电机绝缘等级为F，该泵输送量为 0～20 m3／h， 且能在输送量 20 m3／h 工况下长期正常稳定运行。

3）液动变位器。该变位器安装在煤泥泵房内，由液压站驱动，可以实现单独给1号炉或2号炉污泥管道输送污泥（单通功能），也可以实现同时给1号炉和2号炉污泥管道按照任意比例向锅炉输送污泥（双通功能）。

4）板式换向阀。该换向阀可实现1—4号管道介质切换，由就地液压站控制。

5）污泥枪。污泥枪将污泥喷射入锅炉，枪体上布置有冲洗水管、泄放口管、雾化风管（对污泥进行雾化）、密封风管（高压流化风）、入炉闸板阀（手动）等。污泥枪配有冲洗水系统，冲洗水取自电厂开式循环水系统，可在污泥焚烧系统停止后进行管道冲洗，防止污泥管道堵塞。污泥管道设置有蒸汽伴热装置，可在极寒天气下投入，确保管道不冻结。污泥枪结构如图2所示。

图2 污泥枪结构

330 MW循环流化床锅炉污泥焚烧系统改造后，与原系统相比增加了对污泥的处理能力，保证了污泥焚烧系统长期安全、稳定运行。

1.4 污泥成分分析

该市某水务公司每天产生脱水污泥60 t，所产生的脱水污泥包括80%的水分、10%的无机分、10%的有机分，以及病原微生物、有毒化合物、有毒有机物、栅渣杂物等。污泥含有碳氢化合物，含水率为80%的污泥燃烧值达 287.58 kJ／kg［3］。 污泥成分的元素分析如表1所示，污泥成分的工业分析如表2所示。

表1 污泥元素分析

表2 污泥工业分析

2 污泥焚烧对机组性能的影响

2.1 污泥焚烧对锅炉燃烧工况的影响

由于污泥掺烧量相对较少，对330 MW循环流化床锅炉的燃烧工况和产生的烟气量影响相对较小，该厂引风机设计额定转速为994 r／min，引风机设计余量能够满足污泥焚烧的技术要求。该厂总送风量设计值为1.3×106Nm3／h，原有的送风机和引风机能够满足其燃烧的需求，因此无需增加额外的风机。在投入污泥焚烧系统前和停止污泥焚烧系统后需要使用开式循环水对污泥枪进行冲洗，以防止污泥枪堵塞。大量冲洗水进入炉膛会使炉膛温度 （床温）产生一定的波动，床温下降约10～20℃，此时应加强监视与调整，保证机组的安全运行。由于循环流化床锅炉有强大的蓄热能力，在冲洗结束后短时间内床温能够恢复正常运行方式时的值［4］。污泥焚烧对锅炉燃烧工况的影响如表3所示。

表3 污泥焚烧对锅炉燃烧工况的影响

2.2 污泥焚烧对环保参数的影响

当污泥中病原体、有毒物质的含量超标时会造成土壤长期污染并可能传播疾病，严重污染环境。污泥经焚烧后产生无菌、无臭的无机残渣，并大大减少了体积，是一种可靠且有效的污泥处置方法。实践证明330 MW循环流化床锅炉具有较大的蓄热能力，炉膛的平均温度在850～950℃之间，在燃烧过程中过剩空气系数为1.4，在高温区（850～950℃）送入二次风以助燃烧，减少了CO和其他不完全燃烧产物的生成量，从而在此温度区间限制二噁英的生成。该厂脱硫采用湿法脱硫，脱硝采用SNCR（Selective Non-Catalytic Reduction，简称 SNCR）方式，除尘采用布袋除尘方式，经过上述处理，污泥燃烧所产生的烟气排放值能够达到国家环保标准的要求，因此烟气处理系统在原有设备的基础上能够达到环保排放标准，无需改造增加设备。污泥焚烧对环保参数的影响如表4所示。

表4 污泥焚烧对环保参数的影响

可见330 MW循环流化床锅炉污泥焚烧对整个锅炉燃烧系统产生的影响很小，污泥燃烧所产生的烟气排放值能够达到国家环保标准的要求。因此，采用330 MW循环流化床锅炉污泥焚烧系统可实现机组经济、环保、节能运行。

3 效益分析

循环流化床锅炉采用污泥焚烧方式运行，虽经济效益较小，但社会效益明显，环境效益突出。

3.1 节约燃料收益

工程投运后，年污泥焚烧量为21 900 t，按每年365天计算，每天污泥焚烧量为60 t，成本及经济效益如下：

1）最低发热量取 2 940 kJ／kg，假设掺烧 1 kg污泥，全水分取80%，水的汽化潜热为2 257.2 kJ／kg。按经典热力计算，回收热量为-1 217.76 kJ／kg，热量为负值，需要额外加配燃料。考虑锅炉的蓄热量，掺烧污泥引起的欠热量可忽略不计。

2）采用污泥焚烧工艺每年可减少填埋成本约51万元，相当于节约了购买燃料的费用。

3.2 运行成本支出

1）耗电成本。工程设备总功率为90 kW，每天运行 10 h，厂用电价按 0.37 元／（kW·h）计算，每年耗电成本为12.16万元。

2）水费。工程年耗水量为182.5 t，按2.7元／t计算，年水费为0.05万元。

3）设备折旧。该工程采用平均年限法进行折旧，折旧年限取10年，残值率取5%，设备折旧费为17.12万元。

4）原材料污泥可由污水处理厂免费提供，不需要成本支出。

由此可得，全年支出总费用为 29.33万元。

3.3 经济效益分析

工程建成后政府将为企业提供环保补贴款，按55元／t计算，全年污泥焚烧量为21 900 t，年补贴款为120.45万元。补贴后企业年盈利为91.12万元。

3.4 社会效益分析

污泥焚烧发电项目多以社会效益为主，经济效益还没有完全显现出来。虽然涉足污泥发电的企业不是很多，但随着城市污水处理率的提高，污泥量在大幅度增加，污泥处理压力越来越大，土地资源日趋紧张，采用焚烧工艺可减少污泥填埋占用的土地。污泥焚烧灰可用在沥青填料和轻质基材等建筑材料中，例如可作为砖的主要原料［5］。

4 结语

实践证明330 MW循环流化床锅炉污泥焚烧无论从技术方面还是从经济性方面都是可行的。设备投运后企业年盈利可增加91.12万元，同时污泥焚烧带来了良好的社会效益，实现了污泥的无害化、减量化、资源化，可为同行业设备改造提供借鉴。