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污泥干化耦合燃煤发电技术研究

发布时间:2020-07-31 09:37 作者:菠菜广告网站

  北极星水处理网讯:摘要:对污泥干化耦合燃煤发电技术进行介绍,该利用现役燃煤机组高效发电系统和环保治理系统,可以降低污泥焚烧处置成本。对耦合发电技术关键技术进行了研究,为保证燃煤锅炉稳定运行,建议污泥干化率控制在30~35%、掺烧比例在5%以下,选取适当的污泥入炉位置,可以遏制二噁英大量生成,实现污染物达标排放。

  污水处理厂污泥是一种固体废物,主要由初沉池 (沉砂池) 及隔油池底泥、气浮机浮渣、剩余活性污泥以及其他工艺单元的化学污泥组成。随着经济社会的发展,污泥产量日益增加,2015年我国污泥年产量为3359万吨 (含水率为80%) 。

  我国污泥处理方式主要有填埋、堆肥、自然干化、焚烧等方式,所占比分别为65%、15%、6%、3%。污泥处理方式仍以填埋为主,加之我国城镇污水处理企业处置能力不足、处置手段落后,大量污泥没有得到规范化的处理,直接造成了“二次污染”,对生态环境产生严重威胁。

  以焚烧为核心的处理工艺可以使有机物全部碳化,可最大限度地减少污泥体积,同时可以能够将污泥中的能量转换为电能或者热能,使污泥得到充分的利用。污泥干化耦合燃煤发电技术,即“污泥干化+燃煤锅炉焚烧”污泥处理处置方案,利用现役燃煤机组高效发电系统和环保治理系统,将干化后的污泥与燃煤混合燃烧,充分利用燃煤机组燃烧、尾气净化、发电等设备,大大降低污泥焚烧处置成本。

  该处理方案主要由污泥储存及输送系统、污泥干化系统、废气废水系统组成。系统工艺流程详见图1:

  湿污泥储存仓采用地下混凝土或钢制形式。采用污泥输送泵将污泥输送至干化机内进行干化。干化后污泥通过输送设备与燃煤一起进入磨煤机,充分碾磨之后,吹送入炉内焚烧。

  污泥干化系统是为了除去污泥中的水分,以便于输送和燃烧。干化热源采用辅助蒸汽,蒸汽参数为0.5-0.6MPa,160-170℃。污泥进入干化机,通过干化机内动部件的转动使污泥翻转、搅拌,污泥充分与加热后的受热面接触,从而使污泥水分大量蒸发,同时污泥随干化机内动部件的转动向出料口翻动,使干化后的污泥从出料口排出。

  污泥干化处理后产物分为不凝尾气和冷凝废水两部分,尾气和废水再通过不同的处理系统处理达标。污泥干化过程中产生的气体经过除尘器,将污泥干燥过程中产生的蒸汽和固体进行分离,分离后的气体进入冷凝器。除尘后的废气在冷凝器中被冷却到大约50℃,不凝尾气经引风机送至锅炉进行焚烧处理,经换热器降温后的冷凝废水进入污水处理装置。

  污泥的含水率是制约污泥处置和利用的关键问题,根据国内相关研究,污泥含水率与热值的关系表1所示:

  污泥干化至含水率30%-35%时,污泥的热值约为1800-1500kcal/kg。将污泥进一步干化至含水率10%或更低,可以获得更高的热值,但将消耗更多的能源,增加运行成本。根据实际运行情况,在干化温度不变的情况下,污泥的含水率在低于30%时,干化的速率将会减缓,处理周期变长,降低了处置能力。污泥在干化到含水率30%以下时,干污泥出料含尘量大,导致干污泥输送时扬尘现象严重,对干化车间及输煤皮带栈桥都有较大影响,环境污染较重。因此,建议污泥干化后含水率为30%-35%。

  住房和城乡建设部和国家发展和改革委员会二〇一一年三月下发的《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南 (试行) 》指出:“入炉污泥的掺入量不宜超过燃煤量的8%”。某电厂进行掺烧实验证明,以5%的掺混比例进行泥煤混烧,对锅炉运行基本不造成影响。

  日处理量10万吨的污水处理厂每天会产生200吨的湿污泥,干化后含水率30%污泥为57吨。2台350MW燃煤机组耗煤量约7000吨/天,污泥与原煤掺配比例为0.81%,远低于国家推荐的8%掺烧比例,焚烧后剩余的少量灰渣进入电厂粉煤灰系统,合焚烧对电厂锅炉的正常运行几乎不造成影响。

  煤粉着火温度为430℃左右,污泥着火温度为230℃左右。如图2所示,着火温度随掺烧比例增加而降低。按照掺烧比例5%考虑,煤粉和干化污泥混合物的着火温度为430℃左右,锅炉内温度可达1000℃,煤中掺入污泥后,对锅炉着火没有影响。

  污泥掺混后由于其热值低,含水量较高,掺加量过高可能会影响锅炉火焰的温度水平、影响锅炉燃烧的稳定性和燃烧效率。电厂掺烧污泥后尤其注意对锅炉运行参数的影响,这直接关系到电厂发电机组的安全经济运行,表2为掺烧干化至含水率35%的污泥后 (掺烧比为2.1%) ,锅炉部分运行参数的前后变化。

  由上表可以看出,掺烧污泥后各项参数的变化很小。由于掺烧污泥后烟气流量少量增加,使得炉膛理论燃烧温度略有上升,但增加幅度不大,低于2℃,排烟温度相比掺烧前升高1.3℃,使得排烟损失略有上升,锅炉效率下降了0.06%。

  煤的灰熔点温度要高于纯污泥的灰熔点温度,随着污泥掺烧比例的提高,混合燃料的灰熔点温度逐渐降低,掺烧比过大、污泥含水率过高时会使锅炉更容易结焦。

  随着污泥掺烧比例的提高,灰分的特征温度依次降低,煤中掺烧不同比例的污泥灰的熔融特性实验如图3所示。

  从图中可见当掺烧比控制在2%以下时,熔点变化非常微弱,不会对锅炉结焦掺烧影响。

  污泥中存有大量氯基物质,当焚烧温度在550℃~700℃时会迅速 (0.1s~0.2s) 产生大量的二噁英。二噁英控制措施主要为保持污泥等废弃物燃烧在850℃以上,烟气停留时间大于2s。锅炉内燃烧温度随高度变化如图4所示。

  污泥作为燃料在20m~40m区域送入炉膛内部。燃烧温度远大于850℃,以烟气最大流速12m/s计算,污泥停留在850℃以上区域远大于2s,基本可以遏制二噁英大量生成。

  燃煤机组具备完善的烟气净化装置,污泥占耗煤量的10%以内,尾气净化可以正常高效运行。污泥焚烧产生的颗粒物可随同烟气经除尘、脱硫等烟气环保治理设施高效去除。

  (1) “污泥干化+燃煤锅炉焚烧”污泥处理处置方案,充分利用现役燃煤机组高效发电系统和环保治理系统,可以降低污泥焚烧处置成本。

  (2) 为保证燃煤锅炉稳定运行,建议污泥干化率控制在30~35%、掺烧比例在5%以下。选取适当的污泥入炉位置,可以遏制二噁英大量生成。

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