污泥掺烧对生活垃圾焚烧锅炉性能的影响.docx

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1、污泥掺烧对生活垃圾焚烧锅炉性能的影响目录摘要11 .垃圾焚烧与污泥协同处置12 .污泥掺烧工艺22 .1.工艺技术方案23 .2.污泥热值分析24 .污泥掺烧试验35 .污泥掺烧结果与讨论34.1.市政污泥的特性34.2.对烟气中酸性气体和烟尘排放的影响44.3.对烟气中重金属污染物排放的影响44. 4.烟气中的二嗯英类污染物55.污泥掺烧对焚烧系统影响55. 1.对焚烧炉出口烟气温度及烟气量的影响55. 2.对锅炉焚烧量和锅炉整体效率的影响55. 3.对炉渣和飞灰的影响56 .经济性分析67 .结语7摘要利用现有的生活垃圾焚烧厂协同焚烧污泥，实现对污泥的减量化、无害化和资源化处理，已成为污泥

2、处置的主流技术之一。重点比较了不同掺烧比的干化污泥与生活垃圾混合焚烧时的锅炉燃烧特性，结果发现：当干化污泥掺烧比例从O增加至15%,焚烧炉出口烟气量减少5.4%,锅炉蒸发量减少7.6%,锅炉整体效率下降0.5%,炉渣与飞灰量分别增加了12.6%、12.5%,SO?与HQ分别增加了68.4%、4.9%0同时对垃圾焚烧厂掺烧污泥的经济性进行分析，经测算污泥协同焚烧成本为241元t（含水率80%）o1垃圾焚烧与污泥协同处置目前污泥主要处理方式有卫生填埋、土地利用、焚烧等。卫生填埋投资费用低，但可能出现有害物质渗漏，极易造成地下水的污染，并且占用大量土地资源，而土地利用可能产生重金属污染、散发臭气等环

3、境问题。焚烧被认为是最高效、最彻底的污泥处理方式同。机械式炉排焚烧炉由于焚烧效果好、技术经济性佳、市场占有率高等特点成为污泥掺烧的最佳选择。本文结合某采用机械往复式炉排的垃圾焚烧发电项目，通过计算分析，考察了掺烧不同比例的干化污泥对焚烧炉出口烟气量和烟温、锅炉蒸发量和锅炉整体效率、炉渣和飞灰、焚烧炉出口污染物浓度的影响，以期为垃圾焚烧厂协同焚烧污泥提供参考。该发电项目为一座2250td的生活垃圾焚烧发电厂，配置3x750td焚烧线，垃圾设计低位热值为7536kJkg(1800kca1kg),锅炉主蒸汽参数为6.4MPa(g)450,卧式布置。2.污泥掺烧工艺2.1.工艺技术方案为垃圾焚烧厂协同

4、焚烧污泥工艺系统。各城市污水处理厂的污泥(80%含水率)用密闭的污泥输送车运输至厂内的污泥接收仓内，污泥通过汽车卸入湿污泥接收储存仓，再送入干化、造粒系统进行干化、造粒处理。处理后的污泥暂时送到干污泥储仓内存储，再通过污泥输送系统运至垃圾坑，通过抓斗与生活垃圾共同入炉焚烧。从垃圾焚烧厂送来的汽轮机抽汽(11MPa、300),经套减温减压装置后，变为饱和蒸汽(0.6MPa、159C),作为干化的热源。本系统利用焚烧生活垃圾产生的能源为污泥干化提供所需的热量，同时将污泥在干化过程中产生的废气送至焚烧厂作为助燃空气使用，可以避免臭气的溢出。这种协同焚烧使得污泥干化过程中的能耗和废气的处理成本大大降低

5、。2.2.污泥热值分析对于不同地区的生活垃圾，污泥掺烧比例也不同，高热值生活垃圾可适当增大污泥掺烧比例，具体需要针对各地实际情况进行综合技术分析。本方案重点比较生活垃圾与干化污泥不同掺烧比例时的焚烧炉燃烧特性，共分析了4个设计工况，均保持焚烧处理量为750td0有国内相关研究表明低位热值高于4187kJkg的燃料才能维持稳定燃烧，保证焚烧厂的稳定发电，鉴于此，设计工况污泥含水率控制在38%o具体设计工况分为四种。设计工况1为750td生活垃圾单独燃烧工况，设计工况2为5%污泥掺烧比的燃烧工况，设计工况3为10%污泥掺烧比的燃烧工况，设计工况4为15%污泥掺烧比的燃烧工况。3 .污泥掺烧试验该电

6、厂焚烧系统包括炉排炉、余热锅炉、除渣机、喷雾塔、SNCR脱硝系统、布袋除尘器及15MW汽轮发电机组。市政污泥经干化脱水后通过散装运输车运至焚烧厂的干化污泥上料系统，根据生产需要加入焚烧炉料仓进行焚烧，生活垃圾通过吊臂抓取，投入焚烧炉内，与市政污泥协同焚烧。垃圾电厂焚烧处理的生活垃圾一般具有非均质性，对生活垃圾和市政污泥均进行多点采样，充分混合。测试样品均来自烟气监测过程中焚烧的生活垃圾和市政污泥，生活垃圾和市政污泥样品各采集3个。在设施正常焚烧两天后分别采集生活垃圾单独焚烧对照组（以下简称对照组），以及5%、10%、15%市政污泥掺烧组烟气排口的烟气样品。为了解污泥搀烧对烟气处理设施处理效果的

7、影响，采集空白组及10%市政污泥掺烧组烟气进口的烟气样品。所有样品采集均进行3次平行采样，并计算其平均值。对市政污泥和生活垃圾，采用土壤农业化学分析方法及CJ/T2212005城市污水处理厂污泥检验方法中的常规分析方法测定样品中硫化物、氯化物、氟化物、烟尘、二嗯英等污染物的含量，以及样品的重量、水分、灰分、热值、挥发分、元素含量（碳、氢、氧、疏、氮、金属元素等）。4 .污泥掺烧结果与讨论4.1. 市政污泥的特性经过化验市政污泥中的重金属质量比普遍高于生活垃圾。与农用污泥污染控制标准限值（GB42884,土壤PHV6.5）对比，CuPbNi、Cr质量比均超出限值，其中CU和Cd超过标准限值24倍

8、。从样品其他污染物检测结果（表3）可知，市政污泥的氟化物和二嗯英显著高于生活垃圾。市政污泥工业分析结果显示，市政污泥样品的灰分质量分数均值是生活垃圾的3倍以上，平均低位热值较低，为4.08X103kJkg,仅为生活垃圾的60.4%,因此生活垃圾掺烧过高比例的市政污泥会对焚烧发热量产生影响。元素分析结果显示市政污泥中含有较高比例的S和N,而C质量分数显著低于生活垃圾，因此生活垃圾与市政污泥掺烧有可能会提高烟气中二氧化硫及氮氧化物的排放浓度。4.2.对烟气中酸性气体和烟尘排放的影响对经过烟气处理设施的烟气中几种常规污染物进行检测，在空白组中，NoX质量浓度达122mg?,SO2为5mg?,HQ与烟

9、尘排放质量浓度均约为2mgm3,O在掺烧试验中，对比空白组，各掺烧比例下几种常规污染物质量浓度均有不同程度的增加，但均未超出生活垃圾焚烧污染控制标准中的限值。在各掺烧比例下，NoX的排放质量浓度均较高，掺烧比例为5%时，NoX质量浓度达216mg?。HF、HQ和烟尘的排放质量浓度随掺烧比例增加变化幅度较小，NoX与SO2的排放质量浓度明显上升，其中SO?在10%的参烧比例下，排放质量浓度达9mgm3,显著高于其他两个掺烧比例。掺烧试验烟气中SO2与NOX的增加可能是因为生活垃圾掺混市政污泥后，S和N元素含量升高。该焚烧炉的烟气处理设施主要包括喷雾塔和布袋除尘器。空白组中除NOx外，烟气处理设施

10、对HF、So2、HQ和烟尘的去除率均超过96%；掺烧10%的市政污泥后，HF及烟尘的去除效果基本无变化，排口的HQ去除率轻微下降，而SO2及NoX的去除效果受到较大影响，去除率分别下降至71.7%和1.1%,需要在烟气净化系统中增加烟气脱酸、脱氮的物料，以提高设施对酸性气体的排放控制。4.3.对烟气中重金属污染物排放的影响不同掺烧比例焚烧烟气中重金属排放质量与未掺烧市政污泥的空白组对比，在掺烧市政污泥后CU和Hg的排放质量浓度出现明显下降，其中CU下降约60%,Hg至少下降33%。Cr在5%及10%掺烧比例下的排放质量浓度低于空白对照组，在15%的比例下，排放质量浓度为34.9g?,比空白组升

11、高7.4%,Cd在各掺烧比例下的排放质量浓度均远低于控制限值，但二者在不同掺烧比例下的排放质量浓度波动较大。Pb和Ni的排放质量浓度与参烧比例成正比，但在15%的掺烧比例下，重金属的排放质量浓度仍低于生活垃圾焚烧污染控制标准限值。有研究表明，焚烧中，重金属易与Q生成易挥发的氯化物在烟气中排放，而市政污泥的掺入在一定程度上降低了焚烧物整体的C1含量，这可能是掺烧后部分重金属排放质量浓度下降的原因。4. 4.烟气中的二嗯英类污染物与空白组比较，掺烧市政污泥后，二嗯英排放总量有所上升，在掺烧比为15%时最高为5.710-2ngITEQ/n?对比空白组13.9I。-、增加了400倍。在本文试验的掺烧比

12、例下，二嗯英的排放质量浓度均低于生活垃圾焚烧污染控制标准限值，为标准的11%57%。5.污泥掺烧对焚烧系统影响5.1. 对焚烧炉出口烟气温度及烟气量的影响干化污泥掺烧比例对焚烧炉出口烟气量及烟温的影响，在保持入炉燃料总量不变、过量空气系数为1.6和省煤器出口烟温为190C的条件下，随着干化污泥掺烧量的增加，焚烧炉出口烟气量呈线性减小的趋势，焚烧炉出口烟温变化不明显。当掺烧比例分别为5%、10%和15%时，烟气量分别减少1.8%、3.6%和5.4%。与设计工况1相比，当干化污泥掺烧比例达到15%,焚烧炉出口烟温降低1%。污泥的掺烧降低了入炉燃料的整体热值，维持过量空气系数不变，燃烧所需的一次风量

13、和二次风量均减少，使得焚烧产生的烟气量减少，焚烧炉出口烟温略有下降。5. 2.对锅炉焚烧量和锅炉整体效率的影响随着干化污泥掺烧量的增加，余热锅炉蒸发量和整体效率变化趋势相同，均为近似线性递减。当掺烧比例分别为5%、10%和15%时，锅炉蒸发量分别减少2.6%、5.2%和7.6%,锅炉整体效率分别下降0.1%、0.2%和0.5%。由于干化污泥热值低于垃圾，在入炉燃料总量不变的条件下，焚烧炉总输入热量减少。在焚烧炉热量输出端，尽管排烟损失降低，但焚烧产生的飞灰和炉渣量增加，带走的热量更多，导致锅炉有效吸收热减少，使得锅炉蒸发量减少，锅炉效率下降，一定程度上影响焚烧炉及余热锅炉整体的经济性。5. 3

14、.对炉渣和飞灰的影响虽然焚烧法处理生活垃圾减量化效果显著，但仍有20%30%的质量留在了焚烧灰渣中。焚烧灰渣主要包括炉渣和飞灰。生活垃圾混烧污泥后产生的炉渣和飞灰含量表现为上升的趋势，这是由于污泥中的灰分含量高于生活垃圾，掺烧污泥后产生的灰渣更多。与纯垃圾焚烧相比，当混烧15%污泥后炉渣与飞灰的产生量分别增加了12.6%和12.5%,按照焚烧炉年正常工作时间800Oh计算，每台炉每年多排出5800t炉渣和IIOOt飞灰。在实际运行中，掺烧污泥也会加剧过热器、蒸发器、省煤器等换热管束的积灰程度，降低受热面的传热效率，容易导致各级受热面进出口烟气温度比设计温度高。另外，沾污积灰加快受热面的腐蚀，缩

15、短受热面寿命，严重时会影响锅炉的正常运行，甚至发生爆管。因此在设计阶段需重点考虑优化余热锅炉结构，提高烟气流速，加大受热面横纵节距，增加吹灰点数等，运行阶段提高吹灰频次等。6 .经济性分析单独建设污泥焚烧厂，污泥焚烧厂产生的热量仅能满足干化需要热量的70%,需外购蒸汽作为干化辅助热源，还需消耗大量的辅助燃料。垃圾焚烧厂产生的蒸汽可为干化污泥提供足够的热量，无需助燃即可保证垃圾焚烧炉稳定运行要求，因此掺烧污泥的运行成本会大大降低。掺烧污泥运行成本主要包括污泥干化成本、直接掺烧成本、烟气处理增加成本、飞灰处理增加成本和减少上网电量成本。污泥干化成本：污泥从含水率80%经干化至38%,处理成本约16

16、0元八污泥（含水率80%）。直接掺烧成本：单位时间掺烧一定量的污泥意味着相应垃圾处理量的减少，按照本项目当地生活垃圾补贴政策，垃圾处置费用约为110元八，掺烧含水率38%的污泥折合处理成本约为35元/t污泥（含水率80%）烟气、飞灰处理成本：污泥中S、C1以及灰分含量较生活垃圾高，掺烧污泥后烟气处理过程中的消石灰等脱酸药剂耗量和飞灰产量增加，折合处理成本仅为0.04元/t污泥（含水率80%）,对此烟气、飞灰处理增加成本忽略不计。上网电量成本：随着污泥掺烧量的增加，入炉物料热值降低，平均吨物料上网电量逐渐减少。垃圾单独焚烧与掺烧污泥比例分别为5%、10%、15%时，平均吨物料上网电量分别为465kWh/t、454kWh/t、44