燃煤耦合污泥掺烧对电除尘器性能的影响

文_章华熔 福建龙净环保股份有限公司

传统的污泥处理方法有填埋、堆肥、制砖等,但这些处理方式因其种种弊端，在我国越来越多城市中不被接受,更多的城市在寻求新的解决措施。污泥焚烧技术不仅处理速度快而且减量化程度高，资源可再利用，是一种相对可行的污泥处理处置方式。利用燃煤电厂将污泥耦合掺烧，一方面可以无害化、减量化处理污泥，另一方面能够将污泥燃烧发电，实现污泥的资源化利用，减少因燃用化石类能源产生的碳排放，具有较好的环保效应和经济效应，是城市污泥的重要处理渠道。

目前,燃煤电厂耦合污泥发电有两种技术路线，分别是污泥直掺工艺和湿污泥干化掺烧工艺。污泥直掺工艺是指含水率较高的污泥（60%～80%含水率）直接与燃煤进行混合后进入磨煤机磨碎至一定粒径后送入锅炉焚烧。湿污泥干化掺烧工艺是指含水率较高污泥先经过干化工艺，将污泥干化至含水率40%以下后再与燃煤进行混合后进入磨煤机磨碎至一定粒径后送入锅炉焚烧。但现阶段，上述两种工艺对电厂烟气处理系统配套的电除尘器性能的影响研究不足，缺乏基础数据，无法科学地分析掺烧污泥后烟气成份的变化，因此迫切需要开展相关研究。本文以国内常见的600 MW燃煤机组为范本分析200t/d含水率80%污泥直掺工艺与200t/d含水率80%湿污泥干化至含水率35%后掺烧工艺对机组电除尘器性能的影响,旨在为现有燃煤电厂污泥掺烧工艺的设计和使用提供参考依据。

1 项目概况

1.1 设备概况

某600MW燃煤机组，锅炉为超超临界参数、螺旋炉膛、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、全钢结构，Π型布置，采用中速磨直吹系统，设计煤种为烟煤和无烟煤的混煤，其BMCR工况下，燃煤量239t/h，燃煤热值为22.93MJ/kg，空预器出口烟气质量流量为2488t/h，体积流量为1884143m3/h，空预器出口烟气含尘量为26.7g/m3，排烟温度为125℃。空预器出口过量空气系数为1.24，不完全燃烧热损失为1.25%。

1.2 煤种和污泥成分分析

机组设计煤种的工业与化学分析见表1。

表1 设计煤种的工业与化学分析表

污泥是一种高挥发分、高灰分物料，其与燃煤的物性相差较大。当燃煤耦合污泥发电，分析污泥焚烧对机组的影响时，需对污泥的燃料特性进行分析。本文分析的污泥燃烧特性以某城市污泥为例，其污泥工业与化学分析见表2。从中可看出，污泥的收到基全水分（Mt）高于电厂用煤，而收到基低位发热量（Qnet，ar）则更低。

表2 不同含水率下污泥的工业与化学分析表

2 对机组电除尘器的影响

2.1 设计工况下不同掺烧方式对电除尘器的影响

本文分析机组在BMCR工况下耦合焚烧处置200t/d含水率80%的湿污泥，分别采用污泥直掺和污泥干化耦合工艺对电除尘器的影响。结合表1和表2燃煤以及污泥的工业和化学分析，在保证入炉热量一致的情况下计算污泥直掺和污泥干化耦合两种工艺时锅炉尾部烟气量和粉尘量，并以此为依据分析两种污泥处置工艺对电除尘器的影响。具体烟气数据见表3。

表3 污泥直掺与污泥干化耦合工艺机组尾部烟气量与粉尘量对比表

由表3可知，600MW机组协同处置200t/d，含水率为80%的湿污泥时，采用污泥直掺工艺，空预器出口烟气量增加0.58%，粉尘浓度降低0.067%，含水量增加5.4%；采用污泥干化耦合工艺时，空预器出口烟气量增加0.21%，粉尘浓度增加0.3%，含水量增加0.83%。

在设计工况下，由于污泥掺烧量较小，采用污泥直掺和污泥干化耦合工艺两种污泥掺烧方式均对机组电除尘器的性能影响较小，电除尘器的负荷变化均在其设计裕量范围内。

2.2 不同污泥掺烧量对电除尘器性能的影响

为了研究污泥掺烧对电除尘器性能的影响，探究锅炉掺烧污泥的极限比例，本项目对污泥掺烧量进行了相应调节，分别考量在两种不同掺烧工艺下，不同掺烧量对电除尘器入口烟气参数的影响，具体烟气参数见表4和表5。

表4 不同污泥掺烧量时烟气数据（污泥直掺）

表5 不同污泥掺烧量时烟气数据（污泥干化掺烧）

从表4和表5可知，采用污泥直掺工艺时，电除尘器入口烟气量、水蒸气含量随着污泥掺烧量的增加而增加，烟气中粉尘浓度随着污泥掺烧量的增加而减少；采用污泥干化耦合工艺时，烟气量、含尘量和水蒸气含量均随污泥掺烧量的增加而增加。

一般而言，燃煤机组的电除尘器设计会考虑一定的裕量，当电除尘器烟气量、粉尘浓度在设计值5%以内偏差时，电除尘器性能仍能得到保证。通过分析表4和表5可知，采用污泥直掺和干化耦合工艺，烟气成分中的粉尘浓度增加量均不会超过5%。采用污泥直掺时，当掺烧量达到1000t/d时，烟气增加量为2.91%。而采用干化耦合工艺时，当掺烧量达到2000 t/d时，烟气增加量为3.27%。

2.3 掺烧飞灰特性对电除尘器性能的影响

污泥焚烧后的灰分成分对电除尘达到性能指标的难易程度有较大的影响，本文对本项目污泥进行工业分析和元素分析，其灰飞特性数据见表6。

表6 污泥焚烧后灰分分析

由表2和表6综合分析可知，污泥空干基S含量为0.95%，Na2O含量1.57%，Al2O3+SiO2含量为43.85%，同时Al2O3含量为13.23%，属于国标除尘器能效限定值及能效等级 中规定的电除尘器对煤种的除尘难易性评价方法中的除尘难易性中较易除尘范围。由表4和表5可知，随着污泥掺烧量的增加，烟气中水蒸气含量增加，有利于降低烟尘比电阻，提高电除尘器的除尘效率。

3 结语

目前，国内利用燃煤耦合污泥焚烧发电的相关电厂污泥掺烧量一般不超过8%，最高不超过10%（以含水率60%污泥计算）。本文所述燃煤锅炉，燃煤量为239t/h，按8%掺烧量计算，每日污泥掺烧量不高于459t。考虑到其他污染物排放，如二噁英等，我国尚未出台相应的排放标准文件，参考上海市地方标准DB31/1291-2021《燃煤耦合污泥电厂大气污染物排放标准》，其中规定燃煤耦合污泥发电锅炉的污泥掺烧率不应大于5%。以此标准计算，本项目折算80%含水率污泥，最大掺烧量为573.6t/d。

在设计工况下，污泥掺烧量为200t/d（含水率80%）时，污泥直掺工艺和污泥干化耦合工艺均不会对机组电除尘器的性能造成影响。

采用污泥直掺工艺时，锅炉空预器出口烟气量、水蒸气含量随着污泥掺烧量的增加而增加，烟气中粉尘浓度随着污泥掺烧量的增加而减少；采用污泥干化耦合工艺时，烟气量、含尘量和水蒸气含量均随污泥掺烧量的增加而增加。污泥掺烧后产生飞灰的主要成份比电阻低，且掺烧后烟气中水蒸气含量增加，利于电除尘器收尘，提高除尘效率。