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燃煤耦合污泥发电对锅炉的影响及优化措施

发表时间：2021/3/26 来源：《电力设备》2020年第32期作者：嵇国军

[导读] 摘要：燃煤耦合污泥发电是将湿污泥干化后送至燃煤电厂与煤掺混，送入锅炉燃烧发电达到污泥的减量化、无害化、稳定化、资源化利用。

        （江苏国信协联能源有限公司江苏宜兴 214203）
        摘要：燃煤耦合污泥发电是将湿污泥干化后送至燃煤电厂与煤掺混，送入锅炉燃烧发电达到污泥的减量化、无害化、稳定化、资源化利用。通过分析污泥对锅炉的影响，提出了优化措施，调整了运行方式，以保证锅炉安全、经济、环保运行。
        关键词：耦合发电；污泥对锅炉的影响；优化措施
        1燃煤耦合污泥发电
        1.1实施背景
        根据《国家能源局生态环境部关于燃煤耦合生物质发电技改试点项目建设的通知》（国能发电力〔2018〕53号）精神，结合宜兴市污水处理厂及宜兴经济技术开发区印染企业污泥处置难问题，江苏国信协联能源有限公司（以下简称国信协联）申报及实施了燃煤耦合污泥发电技改试点项目，并于2018年6月21日入围国家能源局及生态环境部颁发的燃煤耦合生物质发电技改试点项目。
        1.2 宜兴市污泥现状
        宜兴市11家公用污水处理厂产生污泥300t/d（本文污泥量均按含水率80%计），宜兴市印染企业污泥产生量100t/d，国信协联柠檬酸企业产生污泥量120t/d，全市污泥合计产生量520 t/d。
        目前宜兴金山环保公司采用太阳能低温复合膜技术制作活性炭处置100 t/d污泥；宜兴国清环保科技有限公司处置50 t/d印染企业污泥，国信协联采用燃煤直接掺配污泥150t/d。目前还有220t/d污泥没有得到有效合理处置。
        国信协联采用燃煤直接掺配污泥，因污泥含水率高，导致锅炉出现效率下降、尾部烟道腐蚀加剧、送引风机电耗增加、炉后烟气处理系统压力加大等一系列问题，已影响到锅炉设备的正常运行，急需对污泥进行干化处理后再进行掺烧处理
        2 实施方案
        2.1干化工艺选型比较
        现在国内污泥干化根据热媒是否与污泥直接接触可分为二类：一类是用燃烧烟气直接进行干化；另一类是用蒸汽-热风或导热油-热风等热介质进行间接干化。目前比较典型的污泥热干化工艺有流化床干化工艺、薄层干化工艺、两段式工艺、圆盘式干化工艺、桨叶式干化工艺等。下表是各种不同污泥干化方法的比较。
                                                                      不同污泥干化方法的比较

        通过以对不同干化工艺比较，并结合需要处置的污泥特点和国信协联现有设备的情况，明确了采用圆盘式干化工艺。
        2.2设计原则
        （1）建设4×100t/d污泥干化线，采用圆盘干化机。
        （2）含水率80%湿污泥干化至含水率35%干污泥。
        （3）湿污泥采用柱塞泵输送，采用1仓1泵1机的对应原则。
        （4）干化蒸汽利用国信协联现有低压蒸汽，凝结水送至就近接国信协联除氧器。
        （5）干污泥采用刮板机送至输煤系统，掺配后进公司高温超高压煤粉锅炉。
        （6）污泥干化后的不凝气送至公司高温超高压煤粉锅炉焚烧。
        2.3工艺流程介绍
        污泥干化：湿污泥运至湿污泥储仓→通过柱塞泵→至园盘干化机→干污泥→括板输送→干污泥储仓（冷却）→变频括板输送→电厂输煤皮带→电厂煤仓（见图1）；不凝气体：干化过程中产生的不凝气体（及厂房臭气）→风机→至电厂送风机入口→电厂锅炉→超低排放处理→烟囱。

                                                                图1工艺方案流程图
        3影响及优化措施
        3.1污泥掺配均匀
        由于干污泥水分在35%左右，水分仍较高，且由于干化后污泥臭味较重，会影响环境。
        针对上述情况，干污泥通过刮板机密闭输送至干污泥仓冷却后，在锅炉系统上煤时，用变频调节刮板机输送至电厂输煤皮带按比例掺混，确保掺入的污泥和燃煤混合均匀，保证对锅炉燃烧影响最小。
        输送干污泥的刮板机上部加装负压、污泥与燃煤混合区域皮带全部进行封闭，并采用负压系统，保证无异味散发。
        3.2提高锅炉制粉系统热风温度
        由于干污泥水分仍较高，对锅炉制粉系统影响较大，现有制粉系统干燥出力不够，国信协联通过技改增加了炉烟风机系统，通过将锅炉尾部省煤器入口烟气送至锅炉制粉系统入口，以提高锅炉制粉系统入口烟温，将制粉系统热风温度由340℃提高到380℃，这样既可以提高制粉出力，也可以降低制粉系统含氧量，有效防止了制粉系统爆炸的风险，提高了制粉系统运行的稳定性。
        3.3污泥与煤粉混合燃烧对锅炉受热面影响及优化措施
        由于污泥成分较为复杂，与煤掺混后会加剧锅炉受热面高温腐蚀，影响到锅炉受热面的安全。目前，四角切圆燃烧锅炉采用垂直分级送风技术具有较好的低NOx燃烧水平，但是这种燃烧方式存在如下问题：由于一次风区域低氧富燃料，煤粉的强烈燃烧往往延迟到水冷壁附近，造成水冷壁高温腐蚀，或者形成水冷壁结焦，严重影响了锅炉的安全运行。
        针对上述四角切圆直流燃烧器存在的问题，国信协联改进了切圆燃烧配风方式，采用了偏置二次风燃烧技术。
        偏置二次风燃烧技术的动力场示意图见图2。该燃烧技术特点是偏置二次风射流方向与主燃烧器射流方向呈12°夹角布置，燃烧效果较好（见图3），大大降低了水冷壁等锅炉受热面高温腐蚀的发生。

图2 偏置二次风示意图

                  图3 偏置二次风燃烧效果图
        偏置二次风燃烧技术的运行原理及优势体现在以下几个方面:
        （1）将主燃烧器一次风区域的部分二次风分离到煤粉气流的下游，推迟了一二次风的混合，形成了沿燃烧器高度和水平两个方向分级送风，进一步加强了分级送风的比例，降低了煤粉气流着火中心的氧浓度，更有利于减少NOx的生成。
        （2）偏置二次风燃烧技术比较合理地改变了水冷壁附近的烟气气氛，可以通过风门调节来使水冷壁附近的氧量与炉膛平均氧量基本相当，在一次风和水冷壁之间形成一层风膜，达到了风包粉的效果，可以有效地防止水冷壁的高温腐蚀和结渣。
        4 实施效果
        （1）彻底解决了宜兴市污泥处置难的问题。
        （2）投运后年干化处理了污泥量13万吨，干污泥低位热值约1500 kcal/kg,折合标煤8700吨/年，燃煤耦合污泥发电给国信协联带来了一定的经济效益。
        （3）结合国信协联集中供蒸汽、集中供压缩空气及售电服务，奠定了综合能源企业的基础。
        （4）国信协联通过相关技术改造措施，降低了对锅炉受热面影响，保证了锅炉的安全稳定经济运行。
        5结论
        项目实施后，宜兴市污泥将得到最彻底、快捷和经济的处置，实现污泥减量化、无害化、稳定化、资源化利用，有效地改善区域环境空气质量，提升了宜兴市环境承载能力，同时增大了国信协联综合能源服务范围，提高了国信协联的盈利能力，提升了国信协联高质量可持续发展能力，为其它电力企业提供借鉴。
        参考文献：
        [1] 陈大元，王志超，等.燃煤机组耦合污泥发电技术[J]. 热力发电, 2019.4
        作者简介：嵇国军（1966-），男，毕业于南京航天航空大学，本科学历，高级工程师，从事电厂管理工作。