大型电站锅炉污泥掺烧装置应用与研究

2022-03-07龙冀朱彤陈一平何洪浩陈文

能源与环境 2022年1期

龙冀朱彤陈一平何洪浩陈文

（1 同济大学上海 200092 2 湖南省湘电试验研究院有限公司湖南长沙 410004）

0 引言

污泥通常指在处理污水过程中产生的固液混合的絮状物质。一般每万吨污水经处理后产生的污泥量约为10 t～20 t（含水率按90%计）。污泥主要由各种微生物以及无机、有机颗粒组成，此外还含有有机污染物、重金属、寄生虫虫卵和病源微生物等有害物质，若不加以妥善处置，将会是一种危害性很大的固体废弃物［1-2］。根据统计，2020 年我国污水处理厂产生的污泥量为6 000 万t 以上［3］。伴随着我国城镇化的不断发展，不同类型城市的污泥存量及增量都在显著增加。

污泥的处置方法主要包括堆肥、填埋以及热利用（焚烧、热解、气化）等。目前我国的污泥处理主要以填埋为主，这种方法不仅需要占用大量的土地资源，而且污泥中的有害物质存在给土壤和地下水造成二次污染的风险。因此人们越来越关注污泥的无害化资源利用技术［4-8］，而通过大型电站锅炉掺烧污泥的处置方式，既可以利用大型电站锅炉已有的烟气处理设备，从而避免二次污染，又能够实现污泥的资源化利用，是我国提倡的污泥处置方向［9］。

与燃煤相比，污泥含水率高、热值低，锅炉的运行稳定性和经济性以及环保性是电厂锅炉掺烧污泥时所面对的直接问题。本文介绍污泥掺烧系统，以不同含水率的污泥为研究对象，研究了不同含水率污泥掺烧对于锅炉经济性（锅炉效率）以及锅炉运行稳定性、环保特性的影响。

1 污泥掺烧装置系统

试验装置的污泥掺烧系统为1 套集干燥、炭化和破碎功能于一体的干化装置，设计处理60%～80%含水率的污泥，污泥主要来自于某大型纸厂。其中60%含水率的污泥采用绞龙式输送，80%含水率的污泥采用柱塞泵式输送。系统的干燥介质为热烟气，由低温过热器入口来的高温热烟气与省煤器出口来的低温热烟气相混合，通过管道上的阀门，调整混合后的热烟气温度在一定范围内。混合后的热烟气送入干燥炭化一体机，将污泥干燥、炭化、磨碎，并将磨碎后的炭粉及炭化过程中产生的挥发分一同送入炉膛燃烧。设计的污泥处理能力约为2 t/h～4 t/h，视处理污泥含水率而不同，污泥掺烧系统简单示意见图1。

图1 污泥掺烧系统简单示意图

2 试验概况

2.1 试验电站锅炉设备介绍

试验电站锅炉为哈尔滨锅炉厂设计的超超临界参数变压运行直流锅炉，采用П 型布置、单炉膛、水平浓淡燃烧器，低NOx 分级送风燃烧系统，墙式切圆燃烧方式，炉膛采用内螺纹管垂直上升膜式水冷壁，带再循环泵的启动系统，一次中间再热，过热蒸汽调温方式以煤水比为主，同时设置三级喷水减温器，锅炉的主要设计参数如表1 所示。

表1 锅炉主要设计参数

2.2 试验设计

为了研究掺烧污泥以及不同含水率污泥对锅炉运行稳定性、经济性以及环保特性的影响，本文主要从以下3 个方面进行试验设计：①设计空白试验，即未掺烧污泥下的锅炉性能试验［11］，以作对比；②在污泥处置系统处理60%含水率的污泥时，出力约为4 t/h 情况下进行锅炉性能试验；在污泥处置系统处理80%含水率的污泥时，出力约为2 t/h 情况下进行锅炉性能试验；③空白试验、掺烧60%含水率污泥、掺烧80%含水率污泥均在90%BMCR 为试验机组负荷，该负荷下入炉煤量约为220 t/h，掺烧污泥比例在1%～2%。