［摘 要］利用火力發(fā)電廠摻燒的方式處置城市污泥是目前公認(rèn)最具前景的途徑。為了考察摻燒污泥時(shí)鍋爐的燃燒穩(wěn)定性，本文以 2 臺(tái) 300 MW 容量等級(jí)、亞臨界蒸汽參數(shù)、四角切圓燃燒方式的煤粉爐為試驗(yàn)對(duì)象，進(jìn)行污泥摻燒試驗(yàn)，分別在不同負(fù)荷和不同摻燒比例的條件下，對(duì)比了爐膛溫度、鍋爐效率和 NOx質(zhì)量濃度的變化。試驗(yàn)結(jié)果顯示：隨著摻燒污泥比例的增加，爐膛溫度下降，NOx 質(zhì)量濃度有所增加；在 10%的摻燒比例范圍內(nèi)，鍋爐效率無(wú)明顯變化。本文研究結(jié)果可為電廠污泥摻燒技術(shù)的發(fā)展提供借鑒。

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化的發(fā)展，各城市的污泥存量及增量都在急劇增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017 年我國(guó)污水處理廠產(chǎn)生的污泥量為 4 000 萬(wàn) t，預(yù)計(jì)在 2020 年突破6 000 萬(wàn) t。國(guó)家在近十年相繼出臺(tái)了污泥處置的相關(guān)文件，“十三五”規(guī)劃要求城市污泥處理率達(dá)到90%。城市污泥處理處置市場(chǎng)潛力巨大。由于成分復(fù)雜及高含水率的特性，污泥的處置成本高，且易造成二次污染。而通過(guò)火力發(fā)電廠摻燒的方式處置污泥，即可利用電廠已有的煙氣處理設(shè)備避免二次污染，也能實(shí)現(xiàn)污泥的資源化利用，是我國(guó)提倡的污泥處置方向。由于污泥熱值低，含水率高，摻燒時(shí)鍋爐的燃燒穩(wěn)定性是電廠所面對(duì)的最直接問(wèn)題。本文即以燃燒穩(wěn)定性為重點(diǎn)，對(duì) 2 臺(tái) 300 MW 機(jī)組摻燒城市污泥進(jìn)行試驗(yàn)研究，同時(shí)關(guān)注污染物排放值和鍋爐效率的變化情況，為電廠污泥摻燒技術(shù)的發(fā)展提供經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

本文 2 臺(tái)試驗(yàn)機(jī)組均為亞臨界參數(shù)自然循環(huán)汽包爐，四角切圓燃燒方式，配備 5 套正壓直吹式制粉系統(tǒng)，分別對(duì)應(yīng) ABCDE 共 5 層燃燒器。試驗(yàn)設(shè)備主要參數(shù)見(jiàn)表 1，污泥及煤質(zhì)特性見(jiàn)表 2。為保證燃燒的穩(wěn)定性，本文所摻燒的污泥均為含水率在30%左右的脫水干化污泥。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

污泥摻燒試驗(yàn)應(yīng)以爐膛燃燒安全穩(wěn)定性為前提。本文從 3 方面保證燃燒的穩(wěn)定性。首先，確定安全的污泥與原煤的摻混比例。根據(jù)煤質(zhì)與污泥成分?jǐn)?shù)據(jù)分析，同時(shí)結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為污泥與原煤的摻混應(yīng)以保證混合燃料低位發(fā)熱量不低于15 MJ/kg 為原則，此時(shí) w(污泥):w(原煤)=1:3。其次，采用皮帶輸送的方式將污泥送至原煤皮帶上，再經(jīng)煤斗中轉(zhuǎn)、混合，落入給煤機(jī)，確保污泥與原煤的摻混均勻，避免試驗(yàn)過(guò)程中由于摻混不均造成某一時(shí)刻入爐燃料中污泥比例過(guò)高，危及燃燒穩(wěn)定性。最后，確定燃燒混合燃料的燃燒器層。由于混合燃料熱值低，在不采取其他需要增加運(yùn)行成本的助燃方式情況下，利用燃燒器層與層之間的燃燒支持是最經(jīng)濟(jì)且可行的。綜上所述，本文以 w(污泥):w(原煤)=1:3 的摻混比例、皮帶摻混、上層燃燒器摻燒的方式開(kāi)展污泥摻燒試驗(yàn)。

由于摻混污泥對(duì)燃燒穩(wěn)定性已造成不利影響，因此試驗(yàn)負(fù)荷不宜設(shè)計(jì)過(guò)低，本文以 70%BMCR（鍋爐最大連續(xù)出力工況）為最低試驗(yàn)機(jī)組負(fù)荷。試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)調(diào)整摻燒污泥的制粉系統(tǒng)給煤量來(lái)改變總的污泥摻燒占比，并以現(xiàn)場(chǎng)爐膛燃燒溫度為依據(jù)，決定是否繼續(xù)增加污泥摻燒比例。爐膛燃燒溫度以紅外測(cè)溫儀通過(guò)各觀火孔現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。

2 結(jié)果分析

2.1 爐膛溫度的變化

圖 1 為試驗(yàn)設(shè)備 1 在 2 個(gè)負(fù)荷下?tīng)t膛溫度隨污泥摻燒比例的變化情況。試驗(yàn)設(shè)備 1 的觀火孔位于2 層燃燒器之間，試驗(yàn)中采用 D 層燃燒器摻燒污泥。 圖 1 中 1 號(hào)—4 號(hào)角為 DE 層間 4 個(gè)角的煙氣溫度。

由圖 1 可知，在 280 MW 負(fù)荷下，當(dāng)摻燒 7%的污泥后，DE 層平均煙氣溫度由 1 380 ℃下降為1 210 ℃，4 個(gè)角的爐膛溫度均有一定幅度的下降。

現(xiàn)場(chǎng)觀察火焰也能明顯看到 D 層燃燒器由于摻燒污泥的原因著火距離延長(zhǎng)，不過(guò)從煙氣溫度測(cè)量值來(lái)看仍在 1 100 ℃以上，燃燒穩(wěn)定性良好。同樣采用 D 層燃燒器摻燒污泥，220 MW 負(fù)荷下的試驗(yàn)結(jié)果顯示，摻燒層煙氣溫度隨污泥摻燒比例的增加而下降，在摻燒比例達(dá)到 10%時(shí)，4 個(gè)角的煙氣溫度差異較大，2 號(hào)、4 號(hào)角的煙氣溫度下降明顯，且 4 號(hào)角的煙氣溫度已降至 990 ℃，表明燃燒穩(wěn)定性較差�？烧J(rèn)為在該試驗(yàn)條件下，10%的污泥摻燒比例已達(dá)到上限，這與文獻(xiàn)[14]所得結(jié)論相似。

圖 2 為試驗(yàn)設(shè)備 2 在 2 個(gè)負(fù)荷下相應(yīng)燃燒器層4 個(gè)角的煙氣溫度平均值隨污泥摻燒比例變化情況。試驗(yàn)設(shè)備 2 的觀火孔與燃燒器噴口在同一標(biāo)高，因此測(cè)量到的煙氣溫度更大程度上反映的是燃料著火初期的溫度。

從圖 2 可以看出：2 個(gè)試驗(yàn)負(fù)荷下，摻燒層、摻燒層之上和摻燒層之下均有隨著污泥摻燒比例增加而下降的趨勢(shì)；290 MW 負(fù)荷下的煙氣溫度比220 MW 負(fù)荷平均高 10~30 ℃；220 MW 負(fù)荷下?lián)綗?10%比例時(shí)，煙氣溫度已經(jīng)低于 1 000 ℃，且現(xiàn)場(chǎng)可觀察到著火距離延長(zhǎng)現(xiàn)象。雖然總體上各個(gè)試驗(yàn)工況下?tīng)t膛燃燒狀態(tài)良好，但仍建議摻燒比例不大于 10%，與試驗(yàn)設(shè)備 1 所得結(jié)論一致。

2.2 鍋爐效率變化

本文參照《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》計(jì)算鍋爐效率，結(jié)果見(jiàn)表 3。

由表 3 可以看出，從飛灰含碳量及排煙溫度這 2 個(gè)影響效率的主要因素看，摻燒污泥帶來(lái)的影響不大，且 2 臺(tái)設(shè)備在摻燒污泥前后鍋爐效率也未發(fā)生明顯變化�？梢�(jiàn)，在本文試驗(yàn)所摻燒的污泥比例范圍內(nèi)，摻燒污泥不會(huì)對(duì)鍋爐效率產(chǎn)生負(fù)面的影響。

總體而言，NOx 排放質(zhì)量濃度隨污泥摻燒比例的增加而上升，負(fù)荷為 290、220 MW 時(shí)分別由未摻燒時(shí)的 203、177 mg/m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，下同）增加到 266、195 mg/m³。分析認(rèn)為，摻燒污泥后，由于污泥水分高，為了保證制粉系統(tǒng)干燥出力，維持同樣的磨煤機(jī)出口溫度，需要通入更多熱風(fēng)，導(dǎo)致燃燒區(qū)域氧量增加，NOx生成量增加。此外，290 MW負(fù)荷時(shí)，7%和 10%的污泥摻燒比例工況下，由于總?cè)霠t煤量增大，增加了最上層燃燒器的投運(yùn)，相當(dāng)于縮短了主燃區(qū)域與燃盡風(fēng)區(qū)域的距離，NOx 質(zhì)量濃度上升明顯。

3 結(jié) 論

1）隨著污泥摻燒比例的增加，爐膛溫度隨之下降。當(dāng)摻燒比例增加至 10%時(shí)，爐膛燃燒狀態(tài)變化明顯，表現(xiàn)為煙氣溫度下降或是燃燒火焰延長(zhǎng)。因此，建議控制摻燒比例不大于 10%，并盡量采用上層燃燒器進(jìn)行污泥摻燒。

2）在試驗(yàn)摻燒比例范圍內(nèi)，摻燒污泥后鍋爐效率無(wú)明顯變化。

3）摻燒污泥后，由于主燃區(qū)氧量增加，以及主燃區(qū)與燃盡區(qū)距離縮短，爐膛出口污染物 NOx 質(zhì)量濃度隨污泥摻燒比例的增加而增加。

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