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300MW燃煤电厂污泥掺烧技术研究及应用

时间:2019-10-18 13:20

来源:《浙江电力》

作者:李德波 孙超凡等

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摘要:针对300MW燃煤电厂进行污泥掺烧过程中出现的关键问题进行了研究,提出了相应的解决措施,同时针对目前燃煤电厂掺烧生活污泥需要注意的问题进行了分析。研究结果表明:掺烧比例控制在10%以内,污泥掺烧对于煤的元素成分影响不大,对飞灰浓度影响不大,不会造成省煤器等受热面磨损加剧;掺烧比例控制在10%以内,烟囱出口处粉尘浓度NOx和SO2都能满足超低排放要求,脱硫石膏、脱硫废水、脱硫浆液、飞灰和炉渣中重金属满足相关环保标准排放要求。建议定期开展来厂污泥成分化验,定期监控飞灰、炉渣和脱硫石膏中重金属成分。

引言

燃煤电厂耦合生物质发电是实现煤电低碳转型,更大幅度降低二氧化碳排放的重要发展方向,而化石燃料燃烧产生碳排放导致气候变化,造成极端天气和灾害日益严重,《巴黎协定》提出对全球气温升高需控制在2℃以内的要求,使得燃煤火电二氧化碳成为其发展最主要的制约因素。国家能源局和生态环境部于2018年6月28日批准全国84个燃煤火电厂生物质耦合发电的试点项目,包括300 MW亚临界至1000 MW超超临界燃煤电厂,预示着我国煤电企业开始在较大范围内进行生物质耦合发电改造工作。

国内一些研究者开展了燃煤电厂污泥掺烧研究工作。张成等运用数值模拟技术开展了污泥掺烧技术研究,研究了不同掺烧比例、不同含水率下燃烧特性。朱天宇等开展了掺烧不同种类污泥锅炉的燃烧特性的研究,以420 t/h四角切圆燃煤锅炉进行了单煤燃烧和2种污泥在不同含水率的质量配比下的掺烧数值模拟研究,研究结果表明,采用EDM(涡耗散模型)能够较好地模拟污泥配比和含水率对锅炉燃烧及污染物排放特性的影响。

张一帆等进行了城市污泥焚烧过程中Pb和Cd迁移特性的研究。蒋志坚等进行了城市污泥流化床焚烧炉飞灰中重金属迁移特性的研究,研究结果表明:Cd和As为易挥发性重金属,在炉膛内挥发的Cd和As及其化合物蒸汽在503℃和475℃时几乎全部富集于飞灰颗粒,Cr,Mn,Cu,Zn主要通过夹带富集于飞灰颗粒,为难挥发性重金属。闻哲等进行了城镇污泥干化焚烧处置技术与工艺简介研究,对直接热干化、间接热干化、直接-间接联合热干化技术的工作原理和优缺点进行了比较分析,研究结果表明,污泥干化焚烧技术类型是多样,采用烟气或者蒸汽对污泥进行干化都是可行的,将污泥干化后利用流化床焚烧炉进行单独焚烧或者在电站锅炉进行掺烧是最具有发展前景的技术路线,而污泥输送、高效干化技术与设备开发及厂区臭气治理等是有待进一步研究的问题。

曹通等开展了煤粉炉协同处置工业污泥现场试验研究,利用热电厂煤粉炉小比例掺烧工业污泥现场试验,对掺烧后炉膛温度、飞灰含碳量、锅炉效率等参数的变化,对二噁英、SO2和NOx等主要污染物进行了现场监测,研究表明,随着污泥掺烧比例的增加,炉膛温度降低,飞灰含碳梁增加,飞灰和炉渣中重金属含量增加。

袁言言等利用Aspen plus软件开展了污泥焚烧能量利用与污染物排放特性的研究。盛洪产等进行了循环流化床燃煤锅炉掺烧造纸污泥的运行特性分析,对1台130 t/h循环流化床锅炉进行热力平衡计算和烟风阻力计算,研究了不同污泥掺烧质量分数对锅炉运行特性的影响,研究表明,随着污泥掺烧质量分数的增大,炉膛出口烟气温度下降,排烟温度升高,锅炉效率降低,入炉干化污泥量大幅增加,而入炉煤量有减小,烟气量和灰量增加,过热器减温水显著增加,一次风空气侧阻力,二次风空气侧阻力和烟气侧阻力均增大。

葛江等进行了烟煤与污泥混烧过程中重金属As,Zn和Cr的迁移规律和灰渣浸出特性的研究。殷立宝等开展了四角切圆燃煤锅炉掺烧印染污泥燃烧与NOx排放特性的数值模拟研究,采用ANSYS FLUENT软件对四角切圆燃煤锅炉掺烧不同质量分数和不同含水率印染污泥燃烧特性和污染物排放特性进行了数值模拟,研究结果表明,随着印染污泥掺烧质量分数的提高,炉膛整体温度有下降,当含水率升高时,炉膛整体温度水平下降;并结合炉膛燃烧和NOx排放,推荐掺烧质量分数和含水率分别为10%和40%的印染污泥技术是可行的。

刘蕴芳等进行了煤粉炉掺烧干化污泥的污染物排放特性研究。张成等开展了100 MW燃煤锅炉污泥掺烧试验与数值模拟研究,研究结果表明,在相同掺烧比例的情况下,降低污泥含水率,NOx排放有所增加;掺烧比例小于20%时,锅炉燃烧特性与污染物排放NOx与单煤燃烧差异较小;当掺烧比例大于20%时,锅炉燃烧效果变差,NOx排放大幅度上升。

魏砾宏等进行了污泥与煤混烧灰的结渣特性以及矿物质转变规律的研究,研究结果表明,污泥和煤掺烧比例为20%时,炉内温度达到1100℃,会引起轻微结渣;达到1200℃时,会引起严重结渣。

唐子君等进行了城市污水污泥与煤混烧的热重试验研究,获得了城市污水污泥与煤混烧的特性。国内其它研究者利用数值模拟技术开展了燃烧特性及污染物生成规律的研究。

本文针对300 MW燃煤电厂开展污泥掺烧过程中出现的关键问题进行研究,提出了相应的解决措施,同时针对目前燃煤电厂掺烧生活污泥需要注意的问题进行分析,为准确评估污泥掺烧对燃煤电厂影响、现场开展燃煤耦合生物质掺烧技术改造和现场优化运行提供了重要的依据。

1 污泥掺烧相关环保标准

1.1 入厂污泥标准

由于我国并未制定专门的燃煤电厂协同处置污泥的技术规范及泥质标准,燃煤电厂掺烧污泥时,首先必须对进行掺烧的污泥泥质进行研究。污泥成分比较复杂,从污水厂来源划分,一般分为生活污水厂污泥、工业污泥和污泥,生活污泥有害成分较少,而工业污泥成分复杂,一般含有较多的重金属等有害成分,具体有害成分与工厂工艺有关,每个污水厂特性不一样,需要分别对待。进行工业污泥掺烧,要针对污泥进行化验,确保泥质合格且有害成分可接受的前提下进行,避免掺烧量过大影响发电厂灰渣特性。危险废物类污泥(含油污泥、有机溶剂污泥、表面处理废物类污泥等)只能送到专门的危险废物处置部门处理,不能在燃煤锅炉进行掺烧。由于燃煤机组重金属排放量比较少,国内没有针对燃煤电厂制定重金属排放指标,污泥一般含有较多重金属,为了避免对环境造成影响,目前燃煤电厂开展污泥掺烧时参考GB 24188-2009《城镇污水处理厂污泥泥质》、GB/T 24602-2009《城镇污水处理厂污泥处置单独焚烧用泥质》制定入炉掺烧污泥的泥质标准,对于未达到入炉标准的污泥,将拒绝接收。

编辑:赵凡

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