楊鍵

【摘 要】本文分析了污水處理處置的副產(chǎn)物——污泥的特性，介紹了污泥焚燒發(fā)電的工藝系統(tǒng)，并分析了高低差速循環(huán)流化床在污泥焚燒發(fā)電技術(shù)方面的優(yōu)勢。

【關(guān)鍵詞】污泥；焚燒發(fā)電；高低差速循環(huán)流化床]

0 前言

隨著我國城市化規(guī)模的發(fā)展，污水處理量逐步增加，污水處理處置的副產(chǎn)物——污泥也逐步增加，污泥處置已經(jīng)成為重大難題。污泥處理處置的最終目標是實現(xiàn)污泥的減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化[1]。污泥中含有近40%的有機生物質(zhì)，具有可燃性，污泥既被視為廢棄物，又可以被視為一種生物質(zhì)資源，因此，污泥焚燒發(fā)電是進行污泥合理開發(fā)利用的一個新的發(fā)展方向。合理利用污泥進行發(fā)電不但可以實現(xiàn)污泥安全處理，同時從污泥中抽取能源，替代部分化石燃料，既節(jié)約資源和能源，又保護環(huán)境，有利于促進建設(shè)循環(huán)經(jīng)濟型社會的良性發(fā)展。

1 污泥的特性

污泥一般來自于生活污水或工業(yè)污水處理的副產(chǎn)物，生物污泥產(chǎn)泥量中等，一般占到污水總體積的0.1%左右，但是總量大，成份復(fù)雜，灰份含量大；污泥中有機物含量近40%；污泥含水率高，一般達到95%～99%，即使脫水后含水率仍處于60%以上。如果混有部分工業(yè)廢水，污泥中重金屬含量會偏高。

因此，污泥是高水分、低熱值的燃料，即使干基也是灰分大，熱值低，難以燃燒。污泥焚燒技術(shù)的關(guān)鍵是降低污泥入爐的水份、提高污泥燃燒效率、減少物料對鍋爐本體的磨損、控制主要污染物的排放指標。

2 污泥焚燒發(fā)電工藝系統(tǒng)

污泥焚燒發(fā)電工藝系統(tǒng)由干化單元和發(fā)電單元組成，干化單元包括了污泥運輸貯存系統(tǒng)、污泥干化系統(tǒng)；發(fā)電單元包括了污泥燃燒系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)和汽輪發(fā)電系統(tǒng)等。

2.1 運輸貯存系統(tǒng)

污水處理廠產(chǎn)生的污泥由運輸車運至電廠后，經(jīng)過稱重計量卸入污泥接收倉內(nèi)，然后由接收倉底部的螺旋輸送機輸至污泥儲倉。各廠區(qū)污泥在污泥儲倉進行混合，以供后續(xù)干化系統(tǒng)使用。

2.2 干化系統(tǒng)

污泥的干化，就是把污泥的含水量從80%干化到40%左右，適應(yīng)焚燒爐的焚燒。干化是污泥深度脫水的一種形式，主要的推動力是熱能，即用熱能將污泥中的水汽化。污泥焚燒電廠不需要外部熱源，直接將污泥焚燒過程中產(chǎn)生的高溫蒸汽對污泥進行加熱，既減少了焚燒過程中輔助燃料的添加，又降低了污泥的含水率，提高了污泥的熱值，保證了焚燒爐燃燒效率。

2.3 燃燒系統(tǒng)

干化的污泥通過給料系統(tǒng)送入鍋爐進行燃燒，燃燒溫度基本控制在850℃～900℃之間。為了能夠確保污泥穩(wěn)定的燃燒，適量可補充部分輔助燃料如煤或天然氣。

污泥燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣依次與鍋爐水冷壁、過熱器、省煤器與空預(yù)器進行換熱，并通過爐后煙氣凈化設(shè)施凈化達標后經(jīng)煙囪排入大氣。

2.4 煙氣凈化系統(tǒng)

煙氣凈化系統(tǒng)包括脫硫、脫硝、除塵等設(shè)備和相應(yīng)系統(tǒng)，對污泥焚燒過程中產(chǎn)生的主要污染排放物如NOX、SOX、重金屬以及煙塵，甚至二惡英等進行處理，煙氣排放指標可滿足國家環(huán)保法規(guī)要求。

2.5 汽輪發(fā)電系統(tǒng)

由于有熱負荷的需求，污泥發(fā)電一般采用抽汽凝汽式汽輪發(fā)電機組。污泥燃燒產(chǎn)生的高參數(shù)蒸汽推動汽輪發(fā)電機組做功發(fā)電，根據(jù)需要抽取部分低參數(shù)蒸汽用于污泥干化，做功之后的排汽經(jīng)凝汽器凝結(jié)成凝結(jié)水循環(huán)使用。

3 污泥焚燒發(fā)電核心設(shè)備

污泥焚燒發(fā)電的核心設(shè)備是焚燒爐和汽輪發(fā)電機組，而焚燒爐又是本工藝系統(tǒng)的重中之重。國內(nèi)目前適用于污泥焚燒的焚燒爐型式較多，有立式多層爐、回轉(zhuǎn)窯爐、噴射焚燒爐、高倍率循環(huán)流化床鍋爐等。但各種爐型均存在著一定的局限性，如立式多層爐、回轉(zhuǎn)窯爐需要添加較多比例的輔助燃料，噴射焚燒爐的氣體排放污染物濃度較高，高倍率循環(huán)流化床鍋爐的磨損又較大，因此，本文擬向讀者推薦一種新型污泥焚燒工藝，即高低差速循環(huán)流化床污泥焚燒工藝（以下簡稱差速床）：

3.1 差速床工藝的特點

高低差速循環(huán)流化床是一種低倍率循環(huán)流化床鍋爐，鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計上考慮在爐膛內(nèi)部水冷壁設(shè)置了部分埋管，由于埋管的作用，在爐膛中形成了高低兩個區(qū)域，當燃料由爐膛兩側(cè)給料口進入鍋爐主床沸騰燃燒時，床料顆粒中的大顆粒會向下沉，在較低的位置沸騰，因此，主床需要常規(guī)沸騰流化床的風速以保證大顆粒的流化燃燒，我們稱之為高速床（主床）。而小顆粒物料則浮在主床表面，隨氣流由表面溢流到埋管上方，在副床上方只需較低的風速即可實現(xiàn)物料的流化，因此此區(qū)域叫低速床（副床）。由于高速床與低速床之間不同的流化風速，所以稱為高低差速循環(huán)流化床。

差速床與常規(guī)循環(huán)流化床相比，具有獨特的鍋爐內(nèi)循環(huán)及外循環(huán)結(jié)合，增加了物料的內(nèi)循環(huán)，即高速床上表面的細小顆粒物料在主床較高風速的帶動下，會不斷隨氣流翻騰到副床上，副床上的壓力將不斷增加，從副床的底部又返回到主床，因此形成了細小顆粒的內(nèi)循環(huán)過程。

3.2 差速床在污泥焚燒應(yīng)用的優(yōu)勢分析

3.2.1 差速床更適應(yīng)污泥水分含量高的特性

如前所述，差速床是一種低倍率循環(huán)流化床鍋爐，相應(yīng)爐膛尺寸較常規(guī)流化床鍋爐大，爐膛出口煙氣上升流速一般小于3m/s，污泥從給料口進入鍋爐后有了充分干燥的滯留時間。高低差速循環(huán)流化床爐膛溫度一般控制在800℃～850℃，污泥中含量高達40%以上的水分在從給料口落到主床的過程中蒸發(fā)成水蒸氣，隨煙氣從煙道排出，從而使進入燃燒區(qū)域的污泥得到充分干燥。

3.2.2 差速床更適應(yīng)污泥熱值低的特性

差速床特有的內(nèi)外雙循環(huán)，加快了污泥物料大小顆粒在爐內(nèi)的湍流，進一步增加了污泥在爐膛內(nèi)的停留時間，內(nèi)循環(huán)又同時穩(wěn)定了主床溫度，使爐膛內(nèi)部溫度分布較均勻。污泥在落到主床之前，由于有較長的停留時間，其中的揮發(fā)份也能夠充分析出被完全焚燒，促進污泥充分燃燼，盡可能減少輔助燃料的摻燒比例，提高污泥焚燒的經(jīng)濟性。針對污泥燃料熱值低、灰分含量高，上述措施使差速床能在相對較低的爐膛溫度和較少的過?？諝庀赂咝史贌勰?。

3.2.3 差速床充分考慮了埋管防磨措施

差速床的設(shè)計充分考慮了污泥物料對埋管的磨損，使之能夠增強防磨能力。根據(jù)管道磨損公式：M=c·d1.5·ω2.3，從公式中我們可以看出，埋管的磨損量M與材料的耐磨性c、與物料粒徑d的1.5次方、與流化風速w的2.3次方成正比[2]。

差速床埋管布置在低速床，因此，分別從材料的耐磨性、物料的粒徑以及流化風速三個方面考慮增強埋管防磨能力。首先，采用高溫耐磨材料作為防磨筋片；其次，由于差速床煙氣流速低，攜帶污泥的粒徑非常小，結(jié)合其內(nèi)循環(huán)的特點，小顆粒的物料主要分布在低速床上；第三，低速床的流化風速僅為沸騰床鍋爐的一半左右，相比高倍率循環(huán)流化床鍋爐流化風速則更小，綜合幾方面的措施，大大降低了物料對埋管的磨損可能性，解決了因埋管經(jīng)常磨損造成的鍋爐頻繁停爐問題。

4 結(jié)束語

干燥后的污泥也是一種寶貴的低熱值燃料，采用污泥焚燒發(fā)電是污泥處置無害化、減量化、資源化最有效的途徑之一。用高低差速循環(huán)流化床處理污泥焚燒，技術(shù)成熟穩(wěn)定，同時高低差速循環(huán)流化床鍋爐作為一種循環(huán)流化床鍋爐，具備了循環(huán)流化床鍋爐特有的環(huán)保特性[3]，差速床針對污泥焚燒更有其獨特優(yōu)勢。因此，充分利用二次資源，綜合利用，實現(xiàn)污泥焚燒發(fā)電將有巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。

【參考文獻】

[1]牛波，呂鴻雁.污水處理廠污泥處理處置方法[J].地下水，2005，27（3）：202-203.

[2]白福平.運用高低差速床燃燒技術(shù)處理污泥的優(yōu)越性探討[J].江西能源，2009（02）.

[3]羅險峰，朱長青.高低差速床低倍率循環(huán)流化床鍋爐及系統(tǒng)[J].湖北電力，2011（2）：14-16.

[責任編輯：王楠]