摘要：成都市目前已投運(yùn)的規(guī)模最大的垃圾焚燒發(fā)電廠——成都市萬興環(huán)保發(fā)電廠擬實(shí)施增加污泥干化-協(xié)同焚燒工藝技改,結(jié)合該廠現(xiàn)有的垃圾焚燒系統(tǒng)工藝條件和需協(xié)同處理污泥的泥質(zhì)特點(diǎn),分析了該廠新增的污泥干化工藝設(shè)計(jì)、污泥入爐摻燒工藝參數(shù)設(shè)計(jì)、新建配套輔助工藝設(shè)計(jì)和改造現(xiàn)有輔助工藝設(shè)施的技術(shù)方案。
近些年來，隨著成都市經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，城鎮(zhèn)人口不斷增多，生活垃圾和污水的產(chǎn)生量也逐年增加。當(dāng)前，成都市一方面面臨“垃圾圍城”的壓力，現(xiàn)有的生活垃圾無害化處理設(shè)施處理能力已不能滿足成都市生活垃圾產(chǎn)生量的要求；另一方面，成都市污水處理設(shè)施建設(shè)加快推進(jìn)，成都市中心城區(qū)已運(yùn)營(yíng)的污水處理設(shè)施污泥產(chǎn)生量急劇增長(zhǎng)，現(xiàn)有污泥處理設(shè)施處理能力已不能滿足實(shí)際污泥產(chǎn)生量的需要。利用垃圾焚燒發(fā)電廠的蒸汽干化污泥，將干化后的污泥進(jìn)入垃圾焚燒發(fā)電廠協(xié)同焚燒，該技術(shù)已成熟并在國(guó)內(nèi)有多處工程案例，此類項(xiàng)目整合了各固體廢棄物處理過程中二次能源資源協(xié)同利用和二次污染物的協(xié)同處理環(huán)節(jié)，發(fā)揮產(chǎn)業(yè)協(xié)同、以廢治廢、上下游資源循環(huán)利用作用，是解決城市“垃圾圍城”和“污泥圍城”雙重困境的有利之舉。成都市相關(guān)規(guī)劃已將垃圾焚燒發(fā)電廠協(xié)同處理污泥作為近期重點(diǎn)規(guī)劃的城市固廢處理方案，其中，已投運(yùn)的萬興環(huán)保發(fā)電廠實(shí)施協(xié)同處理污泥的相關(guān)技改也被納入規(guī)劃項(xiàng)目之一。
1成都市萬興環(huán)保發(fā)電廠項(xiàng)目概況
成都市萬興環(huán)保發(fā)電廠是成都市第4座垃圾焚燒發(fā)電廠，也是目前成都市已投運(yùn)規(guī)模最大的垃圾焚燒發(fā)電廠，由成都市興蓉再生能源有限公司投資運(yùn)營(yíng)。萬興環(huán)保發(fā)電廠于2017年1月正式投運(yùn)，設(shè)計(jì)處理能力2400t/d，配置4臺(tái)600t/d機(jī)械爐排爐，4臺(tái)中溫中壓臥式余熱鍋爐，2臺(tái)25MW凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。該項(xiàng)目采用了目前國(guó)際上先進(jìn)的焚燒工藝技術(shù)，關(guān)鍵設(shè)備一焚燒爐排為日立造船公司的INOVA式L型爐排，焚燒線整體設(shè)計(jì)水平達(dá)到業(yè)內(nèi)一流。
2增加污泥干化一協(xié)同焚燒工藝技改要點(diǎn)和難點(diǎn)
2.1焚燒物料性質(zhì)分析
目前，萬興環(huán)保發(fā)電廠處理對(duì)象主要是來自成都市中心城區(qū)的生活垃圾。其在收運(yùn)過程中經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)站壓縮后進(jìn)人垃圾焚燒廠垃圾儲(chǔ)坑，再經(jīng)數(shù)天堆酵后，生活垃圾中的部分水分已瀝出，人爐垃圾熱值波動(dòng)不大。白2017年1月，該廠人爐垃圾熱值為6000～8 000 kJ/kg，一般無需添加輔助燃料。
萬興環(huán)保發(fā)電廠擬摻燒的污泥包括該廠所在固廢處理產(chǎn)業(yè)園區(qū)2座垃圾滲瀝液廠的脫水后污泥和成都市中心城區(qū)污水處理廠的脫水后污泥。污泥泥質(zhì)和萬興環(huán)保發(fā)電廠入爐垃圾性質(zhì)和元素分析見表1。
由表1可見，含水率約80%的污泥熱值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于人爐前生活垃圾熱值，而設(shè)計(jì)萬興環(huán)保發(fā)電廠人爐垃圾熱值最低為4 400 kJ/kg。污泥需經(jīng)干化處理提高熱值后，與生活垃圾人爐摻燒才能保證不影響垃圾焚燒系統(tǒng)運(yùn)行工況。此外，污泥中灰分、含硫量均遠(yuǎn)高于生活垃圾。
2.2污泥干化程度和摻燒規(guī)模分析
污泥的低位熱值隨著污泥含水率的降低而提高。污泥在干化過程中會(huì)經(jīng)過黏滯區(qū)，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)污泥的含水率為45%-60%，具有黏性，不能自由流動(dòng)，不利于輸送;干化至含水率35%-45%，此時(shí)污泥呈粒狀且容易與其他物質(zhì)混合。當(dāng)污泥干化至含水率≤30%，此時(shí)污泥接近粉塵狀，焚燒易爆燃，安全隱患極大。鑒于含水率40%一45%的污泥熱值5500—6000kJ/kg，與生活垃圾熱值接近，既不影響焚燒系統(tǒng)運(yùn)行工況效果，也不影響物料輸送混合，故設(shè)計(jì)本項(xiàng)目污泥干化至含水率40%～45%。
垃圾焚燒廠摻燒干化后污泥的比例在很大程度上取決于物料熱值等性質(zhì)，還需結(jié)合垃圾焚燒爐型、摻燒污泥后對(duì)焚燒系統(tǒng)運(yùn)行工況和煙氣凈化系統(tǒng)造成的影響確定摻燒比例。萬興環(huán)保發(fā)電廠設(shè)計(jì)垃圾處理規(guī)模為2 400 t/d，根據(jù)相關(guān)研究和行業(yè)內(nèi)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在不影響焚燒系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提下，爐排爐型垃圾焚燒廠污泥摻燒比例5%-8%為宜?？紤]一定的運(yùn)行工況波動(dòng)，最終確定萬興環(huán)保發(fā)電廠協(xié)同處理脫水后污泥(含水率80%)規(guī)模為400 t/d，經(jīng)萬興環(huán)保發(fā)電廠余熱蒸汽干化后，污泥(含水率40%)規(guī)模約133 t/d，入爐與生活垃圾混燒。干化后污泥人垃圾焚燒爐摻燒比約5.54%。
2.3萬興環(huán)保發(fā)電廠增加污泥干化一協(xié)同焚燒工藝技改難點(diǎn)
業(yè)內(nèi)利用垃圾焚燒發(fā)電廠的余熱蒸汽干化污泥，將干化后的污泥按一定比例輸送至垃圾焚燒爐內(nèi)與生活垃圾協(xié)同焚燒，該技術(shù)已成熟并且在國(guó)內(nèi)有多處工程案例，但幾乎均為項(xiàng)目建設(shè)初期設(shè)計(jì)就考慮將污泥一垃圾協(xié)同焚燒納人系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)方案并配套實(shí)施建設(shè)。業(yè)內(nèi)鮮有在已投運(yùn)的垃圾焚燒廠新增污泥干化一協(xié)同焚燒工藝技改的案例。萬興環(huán)保發(fā)電廠已投運(yùn)有1a多，建廠設(shè)計(jì)并未考慮該廠投運(yùn)后期會(huì)實(shí)施增加污泥干化一協(xié)同焚燒工藝技改，如在該廠實(shí)施此技改并要保證改造后運(yùn)行效果，存在與現(xiàn)有垃圾焚燒主體設(shè)施入爐物料、蒸汽余熱、臭氣、廢水、煙氣、冷卻水等多種物料流轉(zhuǎn)邊界條件的約束和物料平衡難題，技改需突破以下技術(shù)瓶頸：
1)該廠設(shè)計(jì)垃圾焚燒爐排爐機(jī)械負(fù)荷一定的情況下，需保證摻燒污泥后不影響垃圾處理量和焚燒系統(tǒng)運(yùn)行工況。
2)由于該廠二次蒸汽(汽機(jī)抽氣)量一定，且二次蒸汽已用于廠內(nèi)現(xiàn)有多處換熱單元環(huán)節(jié)，因此在二次蒸汽富余量有限的情況下，需在不打破現(xiàn)有的熱力平衡條件下優(yōu)化利用二次蒸汽余熱干化污泥，需充分利用現(xiàn)有熱力系統(tǒng)條件最優(yōu)化匹配新增污泥干化一協(xié)同焚燒工藝的要求。
3)由于該廠的設(shè)計(jì)煙氣凈化系統(tǒng)和垃圾滲瀝液處理系統(tǒng)處理能力是一定的，而污泥協(xié)同焚燒產(chǎn)生的煙氣污染物需利用現(xiàn)有煙氣凈化系統(tǒng)進(jìn)行處理，且污泥干化產(chǎn)生的廢水需利用現(xiàn)有的垃圾滲瀝液處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。需在最優(yōu)化利用以上現(xiàn)有環(huán)保治理設(shè)施條件基礎(chǔ)上對(duì)環(huán)保治理設(shè)施進(jìn)行必要的局部改造，以匹配摻燒污泥后新增污染物治理的要求。
4)干化污泥蒸汽降溫所需的除鹽水、干化載氣冷卻水和設(shè)備冷卻水來自現(xiàn)有的垃圾焚燒廠的除鹽水系統(tǒng)和循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，需合理確定污泥干化+垃圾焚燒主體單元各環(huán)節(jié)的除鹽水和循環(huán)冷卻水耗量，保證廠區(qū)用水平衡。
3工藝技術(shù)方案
設(shè)計(jì)萬興環(huán)保發(fā)電廠新增污泥干化一垃圾協(xié)同焚燒技改的工藝流程見圖1。
本技改擬在已投運(yùn)的萬興環(huán)保發(fā)電廠內(nèi)，新增污泥干化生產(chǎn)線，處理濕污泥400t/el(含水率80%)，經(jīng)干化后的污泥約133t/d(含水率40%)，送人現(xiàn)有的萬興環(huán)保發(fā)電廠垃圾焚燒系統(tǒng)與生活垃圾協(xié)同焚燒，干化后污泥摻燒比率約為5.54%，并新增配套輔助工藝設(shè)施和改造現(xiàn)有輔助工藝設(shè)施。
3.1污泥干化方案選擇
本項(xiàng)目依托的垃圾焚燒發(fā)電廠有余熱蒸汽供應(yīng)，采用蒸汽間接熱干化工藝技術(shù)。槳葉式蒸汽干化機(jī)和圓盤式蒸汽干化機(jī)在污泥干化領(lǐng)域都有應(yīng)用，但槳葉式干化機(jī)設(shè)備故障率高，圓盤式蒸汽干化機(jī)設(shè)備運(yùn)行維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)便，本項(xiàng)目新增的污泥干化生產(chǎn)線擬采用圓盤式蒸汽干化工藝。
3.2干化后污泥人爐輸送方式的選擇
污泥干化至含水率40%后，進(jìn)入垃圾焚燒主廠房焚燒爐的輸送方式可采用刮板輸送機(jī)將干污泥輸送至焚燒爐的給料平臺(tái)，污泥通過溜管進(jìn)入料斗與生活垃圾混合加入到焚燒爐;也可采用在焚燒爐排干燥段或燃燒段爐膛設(shè)置接口，通過溜管將污泥直接輸送到爐膛側(cè)墻處進(jìn)入垃圾焚燒爐。對(duì)于在已投運(yùn)的垃圾焚燒發(fā)電廠卸料車間增加以上輸送設(shè)備，無安置空間，且需要在車間外墻或焚燒爐本體開孔，工程難度大，后期設(shè)備維護(hù)檢修難度也大。故采取將干化污泥在干化車間打包后，通過汽車運(yùn)輸至萬興環(huán)保發(fā)電廠卸料大廳，直接加入到垃圾坑，然后通過垃圾吊車配料人爐的輸送方式。
3.3污泥干化熱力平衡和熱力系統(tǒng)及輔助冷卻系統(tǒng)改造
污泥干化熱源為已投運(yùn)的萬興環(huán)保垃圾電廠自產(chǎn)蒸汽余熱?，F(xiàn)萬興環(huán)保發(fā)電廠共2套25 MW的汽輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)組設(shè)三級(jí)非調(diào)整抽汽，其中一級(jí)抽汽壓力為1.0MPa，抽汽溫度240℃，單臺(tái)機(jī)抽汽量為12.529t/h，2臺(tái)機(jī)一級(jí)抽汽量共25.058t/h，除供焚燒爐一次風(fēng)蒸汽、空氣預(yù)熱器一級(jí)加熱用汽和SNCR脫硝用汽外，富余的一級(jí)抽汽接近14t/h;二級(jí)抽汽壓力為0.457MPa，抽汽溫度169℃，單臺(tái)機(jī)抽汽量為9.923t/h，供中壓除氧器除氧用汽;三級(jí)抽汽壓力為0.159 MPa，抽汽溫度113℃，單臺(tái)機(jī)抽汽量為7.005 t/h，供低壓加熱器Ⅱ用汽。
根據(jù)本項(xiàng)目協(xié)同焚燒污泥的特點(diǎn)，一方面要求干化后污泥含水率控制在40%左右，另一方面干化過程不能破壞污泥中的有機(jī)成分，采用蒸汽間接熱干化污泥所需蒸汽溫度為180-200℃，壓力約0.7 MPa為宜。本項(xiàng)目采用萬興環(huán)保電廠汽機(jī)一級(jí)抽汽對(duì)污泥進(jìn)行干化，經(jīng)熱力計(jì)算400 t/d含水率80%的污泥干化至含水率40%，需1.0 MPa、240℃的一級(jí)抽汽消耗量約12 t/h，設(shè)計(jì)本項(xiàng)目一級(jí)抽汽經(jīng)減溫減壓至0.7 MPa、200 oC左右用管道輸送至干化車間的分氣缸?，F(xiàn)萬興環(huán)保發(fā)電廠富余的一級(jí)抽汽量基本能滿足400 t/d污泥干化熱源的要求，基本能實(shí)現(xiàn)熱力平衡。至污泥干化車間的蒸汽疏水返回萬興環(huán)保發(fā)電廠除氧器，需對(duì)現(xiàn)萬興環(huán)保發(fā)電廠實(shí)施蒸汽供應(yīng)接口管線改造和疏水回用管線接口改造。污泥干化尾氣需采用間接換熱式冷凝器冷凝至液態(tài)溫度約33℃，經(jīng)熱力計(jì)算需循環(huán)冷卻水量約1 300 t/h。萬興環(huán)保發(fā)電廠現(xiàn)有的循環(huán)冷卻水量和冷卻塔能力已飽和，需新增循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。
3.4新增污染物的控制措施
在已投運(yùn)的萬興環(huán)保發(fā)電廠增加污泥干化協(xié)同焚燒工藝后，新增的污染物主要有：①污泥干化車間的臭氣和污泥干化尾氣;②污泥干化過程中的粉塵;③污泥一垃圾協(xié)同焚燒過程中產(chǎn)生的煙氣;④污泥干化后的冷凝液和生產(chǎn)污水;⑤污泥一垃圾協(xié)同焚燒煙氣凈化系統(tǒng)收集的飛灰。
設(shè)計(jì)污泥干化后尾氣采用旋風(fēng)除塵器+冷凝降溫處理后，不凝尾氣一部分返回干化機(jī)作為干化載氣，其余的不凝尾氣連同干化車間的臭氣采用引風(fēng)機(jī)收集后送往主廠房垃圾儲(chǔ)坑車間，再由焚燒主廠房一次風(fēng)機(jī)送人垃圾焚燒爐內(nèi)作為焚燒用一次風(fēng)。
干化后廢氣冷凝液約260t/d，主要污染物成分為COD、氨氮等，濃度低于垃圾滲瀝液污染物濃度。設(shè)計(jì)該廢氣冷凝液進(jìn)人現(xiàn)萬興環(huán)保發(fā)電廠垃圾滲瀝液處理站合并處理。該垃圾滲瀝液處理站設(shè)計(jì)處理規(guī)模為850t/d，水力負(fù)荷率120%。而現(xiàn)萬興環(huán)保發(fā)電廠垃圾滲瀝液量450—600t/d，廢氣冷凝液合并處理后對(duì)垃圾滲瀝液處理系統(tǒng)負(fù)荷影響不大。
協(xié)同焚燒133t/d干化污泥后，煙氣量約增加4%，現(xiàn)萬興環(huán)保發(fā)電廠煙氣凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)煙氣處理能力有110%余量，新增煙氣量不會(huì)對(duì)煙氣凈化系統(tǒng)機(jī)械負(fù)荷造成影響。但對(duì)比表1的元素分析結(jié)果，污泥中含硫量遠(yuǎn)高于生活垃圾，現(xiàn)萬興環(huán)保發(fā)電廠煙氣脫酸工藝采用半干法+干法工藝，煙氣污染物指標(biāo)排放執(zhí)行2000/76/EU歐盟標(biāo)準(zhǔn)。為保證煙氣中二氧化硫指標(biāo)滿足排放要求，擬將現(xiàn)萬興環(huán)保發(fā)電廠的干法系統(tǒng)改為液堿溶液噴射系統(tǒng)，以提高對(duì)二氧化硫的去除率。協(xié)同焚燒飛灰采用螯合+固化的方式進(jìn)行穩(wěn)定化處理，滿足GB16889--2008表l浸出液污染物濃度限制要求后，送至附近的成都市長(zhǎng)安垃圾填埋場(chǎng)填埋。
3.5污泥一垃圾協(xié)同焚燒物料平衡
萬興環(huán)保發(fā)電廠現(xiàn)有4臺(tái)600 t/d的爐排爐一余熱鍋爐垃圾焚燒系統(tǒng)，處理負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍為60%～120%，設(shè)計(jì)人爐垃圾熱值4400—8000kJ/kg，平均熱值7 000 kJ/kg?，F(xiàn)單套垃圾焚燒系統(tǒng)鍋爐額定蒸發(fā)量54.1 t/h。
增加污泥干化一協(xié)同焚燒工藝后，全廠于化后污泥摻燒量133.33t/d，折合單臺(tái)焚燒爐摻燒污泥量為33.33t/d，爐排的機(jī)械負(fù)荷增加了5.55%，在設(shè)計(jì)值60%～120%的范圍之內(nèi)。干化后污泥熱值接近6 000 kJ/kg，雖低于人爐垃圾平均熱值，但高于本項(xiàng)目設(shè)計(jì)焚燒自熱所需最低熱值4400kJ/g，協(xié)同焚燒過程中不額外增加輔助燃料。經(jīng)熱力計(jì)算摻燒污泥后垃圾焚燒系統(tǒng)熱負(fù)荷增加量約4.59%，鍋爐蒸發(fā)量增加約2.48t/h，對(duì)現(xiàn)有余熱鍋爐整體幾乎無影響。
4結(jié)論
萬興環(huán)保發(fā)電廠增加污泥干化協(xié)同焚燒工藝技改是業(yè)內(nèi)鮮有在已投運(yùn)的垃圾焚燒發(fā)電廠實(shí)施此技改的案例。本技改工藝技術(shù)方案充分利用萬興環(huán)保發(fā)電廠現(xiàn)有熱力系統(tǒng)和環(huán)保治理設(shè)施條件，發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)施能力，對(duì)現(xiàn)有設(shè)施改造少，突破了新增工藝與現(xiàn)有工藝設(shè)施物料平衡的技術(shù)瓶頸，提升了技改后運(yùn)行的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了存量垃圾處理設(shè)施二次資源再次挖掘，可為業(yè)內(nèi)其它擬實(shí)施類似技改的垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目提供技術(shù)借鑒。
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