蕭山4000td污泥集中焚燒處理項目實踐

1、蕭山4000t/d污泥集中燃燒處理工程實踐摘要：蕭山4000t/d污泥集中燃燒處理工程針對污水廠污泥處理難題，通過 深度脫水與燃燒發(fā)電相結(jié)合的方式處理污泥。深度脫水工藝采用化學(xué)調(diào)理和機械 壓濾的脫水方式，不同含水率的污泥通過一次壓濾脫水就能到達燃燒要求。脫水 干化后的污泥含水率降至45%50%,與質(zhì)量比為10%的煤混合后，送入循環(huán)流化 床鍋爐進行燃燒。與普通燃煤電廠摻燒污泥相比，本工程泥煤配比有重大突破， 污泥燃燒量有很大的提高，入爐燃燒處理污泥達1800t/d （含水率45%）。污泥 燃燒的余熱用于發(fā)電，實現(xiàn)了污泥能量轉(zhuǎn)化和凈能量輸出。煙氣處理系統(tǒng)配置石 灰石-石膏濕法脫硫、靜電除塵、布袋除

2、塵、低氮燃燒等技術(shù)措施，煙氣排放指 標(biāo)長期穩(wěn)定優(yōu)于歐盟2010排放標(biāo)準(zhǔn)。1工程概況杭州市蕭山區(qū)先后采用衛(wèi)生填埋、污泥制磚、深度脫水干化等方式處理污泥, 在當(dāng)時發(fā)揮了積極、應(yīng)急的作用。近些年來，隨著蕭山區(qū)污水處理量增加，污泥 量大幅增加，周邊縣市的污水廠也陷入“污泥圍城”窘境，杭州地區(qū)亟需尋找滿 足“環(huán)保、量大、徹底”要求的新方法。2014年蕭山水務(wù)集團啟動了 4000t/d 污泥處理工程工程，2018年初進入生產(chǎn)調(diào)試，至今已平安穩(wěn)定運行3年多。該污泥處理工程工程總用地面積3. 98hm2,投資概算4. 7092億元，建設(shè)1 套4000t/d濕泥（含水率80%）深度脫水系統(tǒng)，3臺次高溫次高壓循環(huán)

3、流化床污 泥燃燒爐，單臺鍋爐干泥（含水率45%）燃燒處理能力為600t/d,蒸發(fā)量48. 8t/h, 設(shè)計單臺鍋爐年運行時間6500h, 2臺N15-4. 9次高溫次高壓凝汽式汽輪發(fā)電機 組，配置多重?zé)煔饷摿蛎撓醭龎m設(shè)施，確保煙氣達標(biāo)排放。2處理工藝該工程處理對象為城市污水廠產(chǎn)生的污泥、印染紡織企業(yè)的預(yù)處理污泥等， 屬于一般固體廢棄物的污泥。污泥處理工程分深度脫水、干泥燃燒、煙氣處理、 蒸汽發(fā)電四個工藝環(huán)節(jié)。污泥脫水干化通過藥劑調(diào)理和機械壓濾方式完成，燃燒 爐采用次高溫次高壓循環(huán)流化床鍋爐。工藝流程見圖1。本工程工藝有別于噴霧 污泥燃燒的灰渣利用非常依賴建筑行業(yè)，市場需求波動很大，灰渣出路 是

4、污泥燃燒運行的制約因素。建議政府和建材行業(yè)引導(dǎo)、出臺一些灰渣利用的扶 持政策和技術(shù)指南，開發(fā)灰渣利用的新品種、新渠道，就近消化灰渣，行業(yè)協(xié)同, 物盡其用。干化燃燒工藝，后者是將脫水污泥通過霧化噴嘴形成滴霧后與高溫?zé)煔獠⒘鹘佑| 到達干化，然后在回轉(zhuǎn)式燃燒爐進行燃燒。1污泥處理工藝流程煙囪汽輪發(fā)電機組深度 脫水車間含水率45% 干污泥2.1深度脫水為了提高脫水機械生產(chǎn)能力、降低運行能耗、改善污泥脫水性能，采用化學(xué) 方式對污泥顆粒進行調(diào)理和改性，使得顆粒外表的吸附水、毛細(xì)孔道的束縛水及 局部微生物的胞內(nèi)水轉(zhuǎn)變成自由水，再投加一定量的絮凝劑進行壓濾，實現(xiàn)污泥 深度脫水?；瘜W(xué)調(diào)理-機械壓濾深度脫水工藝需

5、要添加調(diào)理藥劑和改性藥劑，選 擇的藥劑既要有利于脫水，又要減少污泥熱值損失，尤其是外加藥劑不能超量。污泥深度脫水系統(tǒng)由污泥接收、調(diào)理改性、壓濾脫水和廢氣吸收凈化等四個 單元組成，如圖2所示。的塔尾之吸收系統(tǒng)譬蟹含水率 90%98%污泥 . 含水率 80%污泥. 含水率污泥圖2深度脫水工藝流程廢水 預(yù)處理通過汽車駁運的污泥進廠后倒入污泥接收料倉，經(jīng)過加藥調(diào)理、改性等環(huán)節(jié) 后泵入廂式隔膜壓濾機，經(jīng)壓濾脫水為含水率45%左右的干泥，最后由輸送機送 入干污泥棚堆放。為廣泛接收周邊地區(qū)不同含水率的污泥，該工程設(shè)置90%98% 含水率的濃縮污泥接收裝置，毗鄰的污水廠均質(zhì)池污泥可以直接泵送到濃縮泥 罐；60

6、%70%含水率的污泥先破碎再深度脫水；如果含水率已經(jīng)到達50%以下， 那么可以直接卸于干泥庫。該系統(tǒng)共配置38臺廂式隔膜壓濾機（單臺濾板尺寸 1500mmX 1500mm,過濾面積500m2）,可以在常溫低壓（0. 6MPa）條件下完成 污泥的高干脫水。污泥接收料倉和反響釜為基本密閉空間，脫水壓濾機通過加罩封閉，這些空 間通過負(fù)壓抽吸收集廢氣，并采用多重化學(xué)吸收法處理廢氣；干泥庫采用負(fù)壓運 行，惡臭氣體經(jīng)過一次風(fēng)風(fēng)口收集后，送入燃燒爐進行燃燒處理。脫水濾液是廢 水的主要來源，其C0D濃度10001500mg/L,氨氮150200mg/L,其他廢水還 有脫硫廢水、尾氣吸收系統(tǒng)廢水、生活污水等，共

7、同輸送至廢水預(yù)處理站。廢水 預(yù)處理站設(shè)計規(guī)模為5 000 m7d,采用AAO處理工藝，預(yù)處理到達污水綜合排 放標(biāo)準(zhǔn)（GB 8978-1996）三級標(biāo)準(zhǔn)后排入鄰近的污水處理廠集中處理。設(shè)計進、出水水質(zhì)見表1。表1設(shè)計進、出水水廉mg L工程bod5CODssNH-N進水水質(zhì)7001 500400200出水標(biāo)準(zhǔn)300500200352. 2干泥燃燒根據(jù)德國的污泥燃燒經(jīng)驗，污泥燃燒溫度需維持在850950,低于850c 時燃燒不充分，不利于抑制二口惡英產(chǎn)生；溫度高于950c時，會產(chǎn)生高溫?zé)Y(jié) 現(xiàn)象。為了維持該溫度區(qū)間，當(dāng)污泥干基低位熱值低于4 500 kj/kg時，必須添 加輔助燃料或?qū)⑦M風(fēng)空氣預(yù)熱

8、至500以上。據(jù)統(tǒng)計，德國22座污泥單獨燃燒 工程共有19座使用了包括天然氣、厭氧消化沼氣、燃油、丙烷、煤在內(nèi)的各種 輔助燃料。蕭山周邊污泥有機質(zhì)含量高低不一，污泥深度脫水后濕基低位熱值為 1 6704340kJ/kg,遠(yuǎn)低于維持正常燃燒溫度所需熱值。因此，該工程設(shè)計了以 煤作為輔助燃料的污泥燃燒系統(tǒng)，設(shè)計入爐干污泥濕基低位熱值4186kJ/kg,粒 徑20mm,摻煤比在10%左右，隨污泥熱值變化而變化。常用污泥單獨燃燒爐有流化床燃燒爐和多級爐排燃燒爐兩種。其中多級爐排 燃燒爐的空氣過剩系數(shù)通常為L 52.0；而流化床燃燒爐混合效果好、爐內(nèi)熱 分布均勻，空氣過剩系數(shù)通常為1.21.5,相比多級

9、爐排燃燒爐能耗明顯降低。 目前，德國污泥單獨燃燒工程中，82%以上采用流化床燃燒爐。美國的污泥燃燒 工程也以多層爐排爐和流化床燃燒爐為主，其占比分別為70%和30虬 其中，多 層爐排爐從20世紀(jì)60年代開始就已經(jīng)應(yīng)用于污泥燃燒，但由于建設(shè)和運行本錢 較高，從2000年后開始新建工程基本以流化床燃燒爐為主。因此，該工程也采 用流化床燃燒爐。該工程設(shè)計脫水干化處理污泥（含水率80%） 133X10t/a,燃燒處理干污泥 （入爐量）48X 104t/a,選用3臺循環(huán)流化床鍋爐，每臺鍋爐設(shè)計燃燒干污泥量 為600t/d,鍋爐的設(shè)計綜合熱值為5860kJ/kg,污泥的熱值變化范圍為1 250 4180k

10、J/kg,鍋爐蒸發(fā)量為48.8t/h,鍋爐熱效率為77. 8也每臺鍋爐配爐前污泥 倉2座，共儲存約5 h的污泥量，配爐前煤倉2座，共儲存約13h的煤量。質(zhì)量 占比90%的干泥經(jīng)過破碎、計量，由輸泥皮帶送入爐前泥倉，再由給泥機送入鍋 爐爐膛燃燒，質(zhì)量占比10%的輔助燃料煤也同步送入爐膛。為實現(xiàn)污泥高比例焚 燒，要改進循環(huán)流化床燃燒爐，合理設(shè)置進料口位置，優(yōu)化一、二次風(fēng)配比，保 障低熱值泥料能迅速點燃并穩(wěn)定燃燒。燃燒空氣分為一、二次風(fēng)；一次風(fēng)經(jīng)過空 氣預(yù)熱器加熱至290C后，由爐膛底部風(fēng)室進入燃燒室參與燃燒，二次風(fēng)經(jīng)過空 氣預(yù)熱器加熱至308C后，從爐膛側(cè)墻分級送入爐內(nèi)燃燒。污泥和煤燃燒所產(chǎn)生的高

11、溫?zé)煔鈹y帶大量床料經(jīng)爐頂轉(zhuǎn)向，通過高溫旋風(fēng)分 離器進行氣固別離。鍋爐高效旋風(fēng)別離器別離出來的較粗顆粒的高溫物料通過返 料器，沿回料管返回鍋爐中，循環(huán)再燃，形成物料的循環(huán)回路。別離后含少量飛 灰的煙氣進入水平煙道、爐后豎井，對布置其中的高溫過熱器、低溫過熱器、省 煤器、空氣預(yù)熱器進行放熱。根據(jù)煙氣量為95420m3/h （標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）、煙氣含 水量為20. 83%、含硫量為2. 5%3.0%推算，省煤器酸露點溫度為146,末級 空預(yù)器煙氣溫度降至161左右，經(jīng)煙氣凈化后通過60 m高的煙囪排入大氣。該工程定制的循環(huán)流化床鍋爐比擬適合燃燒污泥o循環(huán)流化床爐膛內(nèi)有大量 高溫湍流狀態(tài)的床料，床層溫度不

12、會因為投加的干泥燃料明顯降低，燃料適用性 廣，燃料燃燒充分、徹底，燃燒效率高。相較于鼓泡流化床鍋爐，循環(huán)流化床鍋 爐適用于不同灰熔點的泥與煤混合協(xié)同燃燒，能燃燒水分高、熱值低且不穩(wěn)定的 污泥，且污泥處理量大。該工程循環(huán)流化床完全由國內(nèi)自主研制，相對國外品牌 的鍋爐，性價比優(yōu)勢明顯。2. 3煙氣處理該工程煙氣處理執(zhí)行生活垃圾燃燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)(GB 18485-2014) o 工程執(zhí)行中充分考慮技術(shù)提升空間和先進性、適度超前的內(nèi)在要求，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不 僅滿足環(huán)評批復(fù)要求，也滿足歐盟2010排放標(biāo)準(zhǔn)、火電廠大氣污染物排放標(biāo) 準(zhǔn)(GB 132232011),局部指標(biāo)已經(jīng)到達燃煤電廠超凈排放指標(biāo)。該工程煙

13、氣排放主要設(shè)計指標(biāo)：顆粒物W5mg/m3, S0230mg/m:i, N0 x80mg/m HC110mg/m3, C070mg/m3,二口惡英類WO. IngTEQ/n?,汞及其化合物(以 Hg 計)0. 05mg/m3,鎘、銘及其化合物(以Cd+Tl計)0. lmg/m3,睇、碎、鉛、 銘、銅、專孟、銀及其化合物(以Sb+As+Pb+Cr+Cu+Mn+Ni計)WLOmg/n?。鍋爐出口初始粉塵設(shè)計濃度為51g/m3左右，除塵采用一級靜電+活性炭噴射 +布袋+濕式電除塵器三級除塵方式。一級靜電除塵器粉塵去除率約80%,布袋除 塵器后粉塵濃度在20mg/m3以下，濕式電除塵器出口粉塵濃度在Sm

14、g/ii?以下。 干灰由氣力輸灰系統(tǒng)集中送至灰?guī)鞎捍妗Ｃ摿蛳到y(tǒng)以石灰石-石膏濕法脫硫為主，鈉堿法脫硫和爐內(nèi)干法脫硫為輔助 手段，可保證煙囪出口 SO?含量低于30mg/m3。通過控制燃燒爐中下部及爐出口處的爐溫，減少NOx的產(chǎn)生；另外，通過脫 水干泥進爐后的水分蒸發(fā)降溫與還原性成分降低爐內(nèi)高溫段NOx含量，實現(xiàn)鍋爐 低氮燃燒。結(jié)合選擇性非催化還原反響(SNCR)脫硝技術(shù)，保證空預(yù)器出口 NOx 的排放濃度控制在80mg/n?以下，同時預(yù)留選擇性催化還原反響(SCR)脫硝的 空間，作為日后提標(biāo)改造備用。污泥堆放、處理過程中產(chǎn)生的MVH2s等執(zhí)行惡 臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 145541993)二級

15、標(biāo)準(zhǔn)。2.4蒸汽發(fā)電該工程主蒸汽壓力為5. 3 MPa,溫度為485。主蒸汽系統(tǒng)采用集中母管制, 鍋爐產(chǎn)出的主蒸汽先接入主蒸汽母管，再從主蒸汽母管上接出2路至汽輪機進 口，選用2臺凝汽式汽輪機，額定功率15 MW,額定進汽壓力4. 9MPa,額定進汽 溫度470,額定進汽量63. lt/h,額定背壓4.9kPa,配置2臺汽輪發(fā)電機，額 定功率15MW,額定轉(zhuǎn)速3000r/min,出線電壓10500V。鍋爐出口蒸汽量129. 94t/h,汽機進汽量126. 04t/h,設(shè)計全年發(fā)電量為195義1（）6即h,全廠年供電量為140. 4X 106kW ho3運行情況3.1經(jīng)營狀況該工程目前處于滿負(fù)荷

16、運行狀態(tài)，投運至2020年底已累計處理污泥 328義10/（含水率80%）,總發(fā)電量445X106kWh,其中約20%電量企業(yè)自用， 剩余電量并入國家電網(wǎng)。工程接收包括杭州主城區(qū)在內(nèi)的周邊污水廠的污泥，不 設(shè)置污泥含水率和熱值要求，不同含水率和熱值的污泥處置費不同，含水率 60%70%的污泥處置價最高，平均處置單價約300元/t,上網(wǎng)電價為0.65元/ （kW-h）。污泥費收入占總收入的80幅電費收入占20%。該工程不僅解決了 “污 泥圍城”難題，而且連續(xù)兩年實現(xiàn)盈利，取得了社會效益和經(jīng)濟效益“雙豐收”。3. 2污泥脫水污泥深度脫水采用杭州國泰環(huán)保公司專利技術(shù)，不同來源、不同熱值的污泥 通過螺

17、旋輸送器進入污泥接收釜,通過投加包括結(jié)合水轉(zhuǎn)化劑、污泥穩(wěn)定化藥劑、 污泥改性劑在內(nèi)的污泥調(diào)理藥劑并使之充分混合均勻，調(diào)控活性污泥微生物胞外 滲透壓釋放結(jié)合水，并同步構(gòu)建脫水骨架及出水通道，從而提升污泥脫水性能。 該技術(shù)可最大限度保持微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)的完整性，以利于后續(xù)的資源化綜合利 用。脫水后污泥呈塊狀，不與濾布粘連，在自身重力作用下落入下方泥斗，經(jīng)皮 帶輸送機輸送至干泥庫。在干泥庫內(nèi)，不同來源的脫水干泥經(jīng)破碎混合后，制成 直徑20mm的適合流化床燃燒的顆?；剂稀Ｄ壳敖邮盏奈勰喔采w城市生活污水污泥、工業(yè)廢水污泥、企業(yè)污水預(yù)處理后 產(chǎn)生的壓榨污泥（含水率65%75%）、市政管網(wǎng)清淤污泥等多個類別

18、，來源于 幾十家污水處理廠，污泥調(diào)理藥劑種類及投加量隨著這些不同來源污泥含水率、 成分、種類等變化而適時調(diào)整，總投加量（以干物質(zhì)計）約為含水率80%污泥的 1.0%8.0%。污泥深度脫水系統(tǒng)總耗電為15kWh/t泥（80%含水率）。3.3煤泥摻比該工程建設(shè)主要目的是“減量化、資源化、無害化”處理污水廠污泥，為迎 合市場需求，更廣泛接納處理各類污水廠污泥（屬于一般固廢的污泥），對進廠 污泥的熱值不做硬性規(guī)定。污泥是主要燃燒對象，煤炭作為輔助燃料，目的是保 持爐膛溫度不會由于污泥種類、品質(zhì)變化而降低。入爐干污泥的熱值對摻煤量影平均床溫一爐膛出口溫度平均床溫一爐膛出口溫度響很大，根據(jù)實際運行數(shù)據(jù)分析

19、，當(dāng)干污泥濕基低位熱值為16701880kJ/kg 時，摻煤比約11. 3%,當(dāng)干污泥濕基低位熱值為25002926kJ/kg時，摻煤比約 10. 5%,當(dāng)干污泥濕基低位熱值3344kJ/kg時，摻煤比10%。圖3顯示了 2#鍋爐 某個季度連續(xù)90d的爐膛出口溫度及床溫變化情況，低摻煤比的運行條件能確保 鍋爐平均床溫穩(wěn)定控制在910950C,爐膛出口溫度穩(wěn)定在850890。95093()91089087085()83()-8gz 69Goe - E 一寸-8gz 69Goe - E 一寸時間圖3爐膛溫度由于污泥的燃料特性有別于燃煤，電廠協(xié)同摻燒污泥存在鍋爐效率降低、鍋 爐結(jié)焦、煙氣達標(biāo)排放、運

20、行調(diào)度等風(fēng)險，污泥摻燒量越大風(fēng)險越大，因而國內(nèi) 外電廠協(xié)同燃燒污泥的摻泥比一般低于5%。2021年4月上海市發(fā)布了燃煤耦 合污泥電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(DB 31/12912021),明確限定燃煤耦合污 泥發(fā)電鍋爐的污泥摻燒率不應(yīng)該大于5%0以上海上電漕涇發(fā)電 2X1000MW超超臨界機組摻燒城鎮(zhèn)污水處理廠污泥為例，該廠最大摻燒 10X104t/a含水率60%的城鎮(zhèn)污水處理廠污泥，摻燒污泥比例不高于5%o燃煤耦合污泥發(fā)電工程主要功能是發(fā)電，兼顧處理少量污泥，解決一些迫在 眉睫的污泥難題。該工程每年處理133X 104t污泥(含水率80%),只需摻燒10% 左右的煤,主要功能是處理污泥，單體污泥

21、處理量遠(yuǎn)大于普通燃煤耦合污泥電廠, 鍋爐設(shè)計、煙氣處理環(huán)節(jié)都是以污泥為特定對象定制設(shè)計、定制設(shè)備，余熱用于 發(fā)電，發(fā)電是副產(chǎn)品。3. 4鍋爐腐蝕單臺鍋爐運行時間都已累計超過20000h,運行期間鍋爐末級空預(yù)器出口溫 度為155165,停爐例行檢修期間跟蹤分析鍋爐腐蝕情況，鍋爐水冷壁、低 溫過熱器、中溫過熱器、高溫過熱器的壁厚減薄率每年分別為1. 18隊1. 13%、 1. 13%, 1. 72%。低溫段空預(yù)器會被酸腐蝕，數(shù)年后出現(xiàn)少量末級空預(yù)管破損漏風(fēng), 可以在例行檢修時更換破損空預(yù)管，使用搪瓷管空預(yù)器能更好地解決這個問題。 污泥成分的復(fù)雜以及外加調(diào)理劑對鍋爐腐蝕、運行結(jié)焦的影響完全可控可解決

22、, 2020年3臺鍋爐全年累計運行時間分別為7613、7684、7959 h,遠(yuǎn)大于設(shè)計運 行時間（6500h）,證實了生產(chǎn)運行的可靠性和穩(wěn)定性。3. 5煙氣排放實測鍋爐出口的原煙氣指標(biāo)比設(shè)計預(yù)測的污染物濃度要低，保證了后續(xù)煙氣 處理主要指標(biāo)超低排放。比方，實測1#鍋爐出口粉塵濃度為1015g/m3。再如, 僅依靠低氮燃燒控制技術(shù)，NOx在120lSOmg/n?區(qū)間波動，投加SNCR脫硝后， NOx達標(biāo)率得到可靠保障。實測煙氣總排口中二口惡英類最大為0. 013ngTEQ/m3, 遠(yuǎn)低于歐盟2010排放標(biāo)準(zhǔn)和GB 184852014標(biāo)準(zhǔn)限值（0. IngTEQ/mD要求。 煙氣中氯化氫、汞、鎘

23、、鉛及其化合物的排放濃度均在GB 184852014標(biāo)準(zhǔn)限 值的1/10以下。一氧化碳、氮氧化物、二氧化硫、顆粒物等煙氣污染物在多重 可靠的防治措施之下，也優(yōu)于歐盟2010排放標(biāo)準(zhǔn)。圖4是8月期間1#鍋爐的煙氣污染物排放濃度情況，$。2為11.6724. 69mg/m3, NOx 24. 0148. 66mg/m3, CO 為 26. 2555.4Omg/n?,顆粒物為 0. 394. 51mg/m3orw 斗二)、朝史老聿rw 斗二)、朝史老聿圖4煙氣排放濃度3. 6灰渣屬性污泥燃燒產(chǎn)生的灰和渣都沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)和屬性界定，環(huán)評報告要求對灰、 渣是否屬于危險廢物進行屬性鑒定?；?、渣的產(chǎn)生率與入爐污泥的灰分含量高度 關(guān)聯(lián)，爐灰產(chǎn)生率約為15%,爐渣產(chǎn)生率約2%。該工程煙氣在850950的爐 膛中實際停留時間超過4s,爐渣熱灼減率W2%?；谝陨嫌欣募夹g(shù)條件，第 三方檢測機構(gòu)對爐灰、爐渣連續(xù)隨機取樣分析結(jié)果：爐灰的二口惡英類毒性物質(zhì) 含量最大值為