燃煤发电机组掺烧污泥对磨煤机的影响

陈 博 张 宇 刘 瑞

上海上电漕泾发电有限公司

1 国内外污泥掺烧研究现状

基于已建成投产的燃煤发电机组，利用其原有配套的环保设备，进行合理的改造以实现城市生活污泥的掺混燃烧，相较于新建的污泥焚烧厂具有节省用地且投资低的优势[1]。浙江大学刘永付[2]等人通过对污泥特性的研究分析，利用燃煤电站已有的燃烧设备和烟气净化系统将污泥与电站锅炉燃煤协同焚烧，证明污泥可在电站燃煤锅炉中掺烧，并且符合中国国情。Peng Tan 等人[3]通过采用三种不同的燃烧模型，包括不同的湍流气相燃烧和焦炭表面燃烧子模型，模拟100 MW切向燃煤电站锅炉中共燃污泥与煤的燃烧和排放特性。通过比较不同燃烧模型的数值结果与一组全尺寸煤泥共燃现场实验，最终建立了精确合适的计算流体动力学（CFD）模型。该模型表明了与煤共同燃烧污泥会导致燃料点火的轻微延迟和碳燃烧的下降。也有很多学者对煤耦合生物质燃料在流化床锅炉内的燃烧进行了大量研究，结果表明流化床锅炉在燃烧生物质燃料时具有燃烧稳定的优点[4-5]。王飞等人[6]的研究表明，生活污泥的掺烧可能使锅炉烟气中的NOx 浓度出现轻微下降，原因在于污泥中的尿素、氨水和灰尘等物质，具有一定的吸收及吸附作用。

2 试验目的

在百万（千瓦）机组掺烧污泥时，选择俄罗斯动力煤作为与污泥混合的煤种，掺配比例约为3:1。利用锅炉一次热风在磨煤机中将燃料进行加热烘干磨成煤粉进入锅炉燃烧。

磨煤机作为入炉燃料的“守门员”，最先受到污泥的考验。磨煤机最大出力、电流、磨辊差压、制粉单耗及煤粉细度作为磨煤机重要运行参数，反映了设备的运行状态。因此，选择上述参数作为掺烧污泥时制粉系统运行情况优劣的衡量指标，对制粉系统运行状态进行比较研究，为今后顺利开展污泥掺烧常态化工作提供支持。

本次试验计划分四个时间段实施，分别试掺烧来自上海5 个区的污泥，累计掺烧不同种类的污泥2 803.33 t，其 中 金 山 污 泥848.51 t，奉 贤 污 泥169.6 t，嘉定污泥82.94 t，青浦污泥147.2 t，松江污泥1 555.08 t，详见表1。

表1 漕泾电厂污泥掺烧试验加仓

3 试验结果分析

3.1 污泥水分对磨煤机运行的影响

选择同样来自青浦的低水分污泥和高水分污泥进行比较，主要参数见2。

表2 青浦不同水分污泥参数

保持机组负荷稳定，分别掺烧青浦两种污泥时，磨煤机最大出力、磨煤机电流、磨辊差压、分离器转速记录见表3。

表3 掺烧青浦不同水分污泥时磨煤机主要参数

当污泥水分高时，污泥混煤的黏度较高，且热值降低，为维持磨煤机出口燃烧稳定，需适当降低分离器转速。同时，出现磨煤机最大出力减小，电流增大，磨辊差压增大的情况。在掺烧青浦高水分污泥时出现了磨煤机堵煤现象，被迫停运。连续吹扫后才能继续运行，磨煤机运行稳定性明显降低。

3.2 污泥干化方式对磨煤机运行的影响

选择水分接近，干化方式不同的污泥进行比较，主要参数见表4。

表4 同水分不同干化方式污泥参数

保持机组负荷稳定，分别掺烧上述四种污泥时，磨煤机最大出力、磨煤机电流、磨辊差压、分离器转速记录见表5。

表5 掺烧不同水分污泥时磨煤机主要参数

比较掺烧水分58%的金山朱泾污泥和水分58.1%的嘉定生石灰干化污泥时的磨煤机主要参数，不难发现，当污泥中混有木屑时为维持磨煤机出口燃烧稳定，分离器转速需减低，同时磨煤机最大出力减小，电流增大，磨辊差压增大。

比较掺烧含水率64.9%的金山排海污泥和含水率64.1%的奉贤木屑干化污泥时磨煤机主要参数，不难发现，当污泥中混有木屑时为维持磨煤机出口燃烧稳定，分离器转速需减低，同时磨煤机最大出力减小，电流增大，磨辊差压增大。在掺烧奉贤木屑干化污泥时出现了磨煤机堵煤现象，被迫停运连续吹扫后才能继续运行。由于木屑的混入，需要每隔30～45 min 清理一次石子煤斗，且斗内有明火，极大地降低了磨煤机运行时的安全性和可靠性。

综上，木屑干化和生石灰干化生产的污泥掺烧均会对制粉系统的运行稳定性和安全性造成影响，板框压滤干化方式的污泥对磨煤机运行稳定性影响不大。

3.3 掺烧污泥对磨煤机制粉单耗及煤粉细度变化的影响

为研究磨煤机制粉单耗及煤粉细度变化，以2018 年10 月29 日开始的污泥掺烧为例，当日掺烧污泥及入炉煤化验结果，如表6，当日到厂的两批污泥来自同一厂家，分别命名为“污泥1”、“污泥2”。

试验时维持机组负荷相对稳定，在污泥1（2）掺烧开始前的工况定义为对照工况1（2），将掺烧污泥1（2）时的工况定义为设计工况1（2），具体工况见表7。

表6 入炉煤化验结果

表7 试验工况

煤粉细度分析采用的标准筛子有3 档，分别为80、180、200 目，相应的粒径为200 μm、90μm、75μm，对应的煤粉细度分别为R200、R90、R75。各工况下磨煤机运行参数见表8。

如表8 所示，相比于对照工况1 和2，试验工况1 和工况2 下的制粉单耗分别提高1.69 kWh/t和0.56 kWh/t；煤粉细度掺烧前后变化不大[7]。原因为：污泥与俄动煤混合的“污泥混煤”含水率略高于褐煤，因此运行时需适当增大磨煤机热风调节门开度，且一次风量与一次风压均有一定程度的提高；掺配煤种俄动煤的哈氏可磨系数较低，液压加载压力升高，磨煤机电流明显升高。

4 结论

燃煤电站大容量锅炉掺烧城市生活污泥将在不久的未来会成为一个重要的污泥处理方式，因此如何确保掺烧过程的安全与稳定，避免发生影响电网安全状况，根据多次试验数据，分析总结得出以下主要结论：

1）污泥水分越高，热值越低，最大可掺配比例越低，具体限额因磨煤机本身性能差异而变化，无法给出具体数值，但是可以确定：磨煤机运行稳定性随掺烧污泥含水量的升高而降低。

表8 磨煤机主要参数及制粉单耗

2）木屑干化和生石灰干化的污泥在掺烧时均会严重影响磨煤机运行稳定性，在今后大规模常态化掺烧污泥时，尽量避免上述两种干化方式生产的污泥。

3）掺烧污泥后制粉单耗明显提高，但考虑到掺烧污泥产生的环保效益和经济效益，制粉单耗的上升可以接受。

4）掺烧污泥前后，煤粉细度特性变化不明显。