污泥焚烧发电技术的应用探讨

杨键

【摘 要】本文分析了污水处理处置的副产物——污泥的特性，介绍了污泥焚烧发电的工艺系统，并分析了高低差速循环流化床在污泥焚烧发电技术方面的优势。

【关键词】污泥；焚烧发电；高低差速循环流化床]

0 前言

随着我国城市化规模的发展，污水处理量逐步增加，污水处理处置的副产物——污泥也逐步增加，污泥处置已经成为重大难题。污泥处理处置的最终目标是实现污泥的减量化、稳定化、无害化和资源化[1]。污泥中含有近40%的有机生物质，具有可燃性，污泥既被视为废弃物，又可以被视为一种生物质资源，因此，污泥焚烧发电是进行污泥合理开发利用的一个新的发展方向。合理利用污泥进行发电不但可以实现污泥安全处理，同时从污泥中抽取能源，替代部分化石燃料，既节约资源和能源，又保护环境，有利于促进建设循环经济型社会的良性发展。

1 污泥的特性

污泥一般来自于生活污水或工业污水处理的副产物，生物污泥产泥量中等，一般占到污水总体积的0.1%左右，但是总量大，成份复杂，灰份含量大；污泥中有机物含量近40%；污泥含水率高，一般达到95%～99%，即使脱水后含水率仍处于60%以上。如果混有部分工业废水，污泥中重金属含量会偏高。

因此，污泥是高水分、低热值的燃料，即使干基也是灰分大，热值低，难以燃烧。污泥焚烧技术的关键是降低污泥入炉的水份、提高污泥燃烧效率、减少物料对锅炉本体的磨损、控制主要污染物的排放指标。

2 污泥焚烧发电工艺系统

污泥焚烧发电工艺系统由干化单元和发电单元组成，干化单元包括了污泥运输贮存系统、污泥干化系统；发电单元包括了污泥燃烧系统、烟气处理系统和汽轮发电系统等。

2.1 运输贮存系统

污水处理厂产生的污泥由运输车运至电厂后，经过称重计量卸入污泥接收仓内，然后由接收仓底部的螺旋输送机输至污泥储仓。各厂区污泥在污泥储仓进行混合，以供后续干化系统使用。

2.2 干化系统

污泥的干化，就是把污泥的含水量从80%干化到40%左右，适应焚烧炉的焚烧。干化是污泥深度脱水的一种形式，主要的推动力是热能，即用热能将污泥中的水汽化。污泥焚烧电厂不需要外部热源，直接将污泥焚烧过程中产生的高温蒸汽对污泥进行加热，既减少了焚烧过程中辅助燃料的添加，又降低了污泥的含水率，提高了污泥的热值，保证了焚烧炉燃烧效率。

2.3 燃烧系统

干化的污泥通过给料系统送入锅炉进行燃烧，燃烧温度基本控制在850℃～900℃之间。为了能够确保污泥稳定的燃烧，适量可补充部分辅助燃料如煤或天然气。

污泥燃烧产生的高温烟气依次与锅炉水冷壁、过热器、省煤器与空预器进行换热，并通过炉后烟气净化设施净化达标后经烟囱排入大气。

2.4 烟气净化系统

烟气净化系统包括脱硫、脱硝、除尘等设备和相应系统，对污泥焚烧过程中产生的主要污染排放物如NOX、SOX、重金属以及烟尘，甚至二恶英等进行处理，烟气排放指标可满足国家环保法规要求。

2.5 汽轮发电系统

由于有热负荷的需求，污泥发电一般采用抽汽凝汽式汽轮发电机组。污泥燃烧产生的高参数蒸汽推动汽轮发电机组做功发电，根据需要抽取部分低参数蒸汽用于污泥干化，做功之后的排汽经凝汽器凝结成凝结水循环使用。

3 污泥焚烧发电核心设备

污泥焚烧发电的核心设备是焚烧炉和汽轮发电机组，而焚烧炉又是本工艺系统的重中之重。国内目前适用于污泥焚烧的焚烧炉型式较多，有立式多层炉、回转窑炉、喷射焚烧炉、高倍率循环流化床锅炉等。但各种炉型均存在着一定的局限性，如立式多层炉、回转窑炉需要添加较多比例的辅助燃料，喷射焚烧炉的气体排放污染物浓度较高，高倍率循环流化床锅炉的磨损又较大，因此，本文拟向读者推荐一种新型污泥焚烧工艺，即高低差速循环流化床污泥焚烧工艺（以下简称差速床）：

3.1 差速床工艺的特点

高低差速循环流化床是一种低倍率循环流化床锅炉，锅炉结构设计上考虑在炉膛内部水冷壁设置了部分埋管，由于埋管的作用，在炉膛中形成了高低两个区域，当燃料由炉膛两侧给料口进入锅炉主床沸腾燃烧时，床料颗粒中的大颗粒会向下沉，在较低的位置沸腾，因此，主床需要常规沸腾流化床的风速以保证大颗粒的流化燃烧，我们称之为高速床（主床）。而小颗粒物料则浮在主床表面，随气流由表面溢流到埋管上方，在副床上方只需较低的风速即可实现物料的流化，因此此区域叫低速床（副床）。由于高速床与低速床之间不同的流化风速，所以称为高低差速循环流化床。

差速床与常规循环流化床相比，具有独特的锅炉内循环及外循环结合，增加了物料的内循环，即高速床上表面的细小颗粒物料在主床较高风速的带动下，会不断随气流翻腾到副床上，副床上的压力将不断增加，从副床的底部又返回到主床，因此形成了细小颗粒的内循环过程。

3.2 差速床在污泥焚烧应用的优势分析

3.2.1 差速床更适应污泥水分含量高的特性

如前所述，差速床是一种低倍率循环流化床锅炉，相应炉膛尺寸较常规流化床锅炉大，炉膛出口烟气上升流速一般小于3m/s，污泥从给料口进入锅炉后有了充分干燥的滞留时间。高低差速循环流化床炉膛温度一般控制在800℃～850℃，污泥中含量高达40%以上的水分在从给料口落到主床的过程中蒸发成水蒸气，随烟气从烟道排出，从而使进入燃烧区域的污泥得到充分干燥。

3.2.2 差速床更适应污泥热值低的特性

差速床特有的内外双循环，加快了污泥物料大小颗粒在炉内的湍流，进一步增加了污泥在炉膛内的停留时间，内循环又同时稳定了主床温度，使炉膛内部温度分布较均匀。污泥在落到主床之前，由于有较长的停留时间，其中的挥发份也能够充分析出被完全焚烧，促进污泥充分燃烬，尽可能减少辅助燃料的掺烧比例，提高污泥焚烧的经济性。针对污泥燃料热值低、灰分含量高，上述措施使差速床能在相对较低的炉膛温度和较少的过剩空气下高效率焚烧污泥。

3.2.3 差速床充分考虑了埋管防磨措施

差速床的设计充分考虑了污泥物料对埋管的磨损，使之能够增强防磨能力。根据管道磨损公式：M=c·d1.5·ω2.3，从公式中我们可以看出，埋管的磨损量M与材料的耐磨性c、与物料粒径d的1.5次方、与流化风速w的2.3次方成正比[2]。

差速床埋管布置在低速床，因此，分别从材料的耐磨性、物料的粒径以及流化风速三个方面考虑增强埋管防磨能力。首先，采用高温耐磨材料作为防磨筋片；其次，由于差速床烟气流速低，携带污泥的粒径非常小，结合其内循环的特点，小颗粒的物料主要分布在低速床上；第三，低速床的流化风速仅为沸腾床锅炉的一半左右，相比高倍率循环流化床锅炉流化风速则更小，综合几方面的措施，大大降低了物料对埋管的磨损可能性，解决了因埋管经常磨损造成的锅炉频繁停炉问题。

4 结束语

干燥后的污泥也是一种宝贵的低热值燃料，采用污泥焚烧发电是污泥处置无害化、减量化、资源化最有效的途径之一。用高低差速循环流化床处理污泥焚烧，技术成熟稳定，同时高低差速循环流化床锅炉作为一种循环流化床锅炉，具备了循环流化床锅炉特有的环保特性[3]，差速床针对污泥焚烧更有其独特优势。因此，充分利用二次资源，综合利用，实现污泥焚烧发电将有巨大的社会效益和经济效益。

【参考文献】

[1]牛波，吕鸿雁.污水处理厂污泥处理处置方法[J].地下水，2005，27（3）：202-203.

[2]白福平.运用高低差速床燃烧技术处理污泥的优越性探讨[J].江西能源，2009（02）.

[3]罗险峰，朱长青.高低差速床低倍率循环流化床锅炉及系统[J].湖北电力，2011（2）：14-16.

[责任编辑：王楠]