成都市万兴环保发电厂增加污泥干化协同焚烧工艺的技术方案分析

http://www.water.hc360.com2020年06月18日09:32 来源:环境卫生工程作者:汪洋、邓纲等T|T

    慧聪水工业网 摘要:成都市目前已投运的规模最大的垃圾焚烧发电厂——成都市万兴环保发电厂拟实施增加污泥干化-协同焚烧工艺技改,结合该厂现有的垃圾焚烧系统工艺条件和需协同处理污泥的泥质特点,分析了该厂新增的污泥干化工艺设计、污泥入炉掺烧工艺参数设计、新建配套辅助工艺设计和改造现有辅助工艺设施的技术方案。

    近些年来,随着成都市经济快速增长,城镇人口不断增多,生活垃圾和污水的产生量也逐年增加。当前,成都市一方面面临“垃圾围城”的压力,现有的生活垃圾无害化处理设施处理能力已不能满足成都市生活垃圾产生量的要求;另一方面,成都市污水处理设施建设加快推进,成都市中心城区已运营的污水处理设施污泥产生量急剧增长,现有污泥处理设施处理能力已不能满足实际污泥产生量的需要。利用垃圾焚烧发电厂的蒸汽干化污泥,将干化后的污泥进入垃圾焚烧发电厂协同焚烧,该技术已成熟并在国内有多处工程案例,此类项目整合了各固体废弃物处理过程中二次能源资源协同利用和二次污染物的协同处理环节,发挥产业协同、以废治废、上下游资源循环利用作用,是解决城市“垃圾围城”和“污泥围城”双重困境的有利之举。成都市相关规划已将垃圾焚烧发电厂协同处理污泥作为近期重点规划的城市固废处理方案,其中,已投运的万兴环保发电厂实施协同处理污泥的相关技改也被纳入规划项目之一。

    1成都市万兴环保发电厂项目概况

    成都市万兴环保发电厂是成都市第4座垃圾焚烧发电厂,也是目前成都市已投运规模最大的垃圾焚烧发电厂,由成都市兴蓉再生能源有限公司投资运营。万兴环保发电厂于2017年1月正式投运,设计处理能力2400t/d,配置4台600t/d机械炉排炉,4台中温中压卧式余热锅炉,2台25MW凝汽式汽轮发电机组。该项目采用了目前国际上先进的焚烧工艺技术,关键设备一焚烧炉排为日立造船公司的INOVA式L型炉排,焚烧线整体设计水平达到业内一流。

    2增加污泥干化协同焚烧工艺技改要点和难点

    2.1焚烧物料性质分析

    目前,万兴环保发电厂处理对象主要是来自成都市中心城区的生活垃圾。其在收运过程中经转运站压缩后进人垃圾焚烧厂垃圾储坑,再经数天堆酵后,生活垃圾中的部分水分已沥出,人炉垃圾热值波动不大。白2017年1月,该厂人炉垃圾热值为6000~8000kJ/kg,一般无需添加辅助燃料。

    万兴环保发电厂拟掺烧的污泥包括该厂所在固废处理产业园区2座垃圾渗沥液厂的脱水后污泥和成都市中心城区污水处理厂的脱水后污泥。污泥泥质和万兴环保发电厂入炉垃圾性质和元素分析见表1。

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    由表1可见,含水率约80%的污泥热值远远低于人炉前生活垃圾热值,而设计万兴环保发电厂人炉垃圾热值最低为4400kJ/kg。污泥需经干化处理提高热值后,与生活垃圾人炉掺烧才能保证不影响垃圾焚烧系统运行工况。此外,污泥中灰分、含硫量均远高于生活垃圾。

    2.2污泥干化程度和掺烧规模分析

    污泥的低位热值随着污泥含水率的降低而提高。污泥在干化过程中会经过黏滞区,在这个区域内污泥的含水率为45%-60%,具有黏性,不能自由流动,不利于输送;干化至含水率35%-45%,此时污泥呈粒状且容易与其他物质混合。当污泥干化至含水率≤30%,此时污泥接近粉尘状,焚烧易爆燃,安全隐患极大。鉴于含水率40%一45%的污泥热值5500—6000kJ/kg,与生活垃圾热值接近,既不影响焚烧系统运行工况效果,也不影响物料输送混合,故设计本项目污泥干化至含水率40%~45%。

    垃圾焚烧厂掺烧干化后污泥的比例在很大程度上取决于物料热值等性质,还需结合垃圾焚烧炉型、掺烧污泥后对焚烧系统运行工况和烟气净化系统造成的影响确定掺烧比例。万兴环保发电厂设计垃圾处理规模为2400t/d,根据相关研究和行业内实际运行经验,在不影响焚烧系统正常运行的前提下,炉排炉型垃圾焚烧厂污泥掺烧比例5%-8%为宜。考虑一定的运行工况波动,最终确定万兴环保发电厂协同处理脱水后污泥(含水率80%)规模为400t/d,经万兴环保发电厂余热蒸汽干化后,污泥(含水率40%)规模约133t/d,入炉与生活垃圾混烧。干化后污泥人垃圾焚烧炉掺烧比约5.54%。

    2.3万兴环保发电厂增加污泥干化一协同焚烧工艺技改难点

    业内利用垃圾焚烧发电厂的余热蒸汽干化污泥,将干化后的污泥按一定比例输送至垃圾焚烧炉内与生活垃圾协同焚烧,该技术已成熟并且在国内有多处工程案例,但几乎均为项目建设初期设计就考虑将污泥一垃圾协同焚烧纳人系统工程设计方案并配套实施建设。业内鲜有在已投运的垃圾焚烧厂新增污泥干化一协同焚烧工艺技改的案例。万兴环保发电厂已投运有1a多,建厂设计并未考虑该厂投运后期会实施增加污泥干化一协同焚烧工艺技改,如在该厂实施此技改并要保证改造后运行效果,存在与现有垃圾焚烧主体设施入炉物料、蒸汽余热、臭气、废水、烟气、冷却水等多种物料流转边界条件的约束和物料平衡难题,技改需突破以下技术瓶颈:

    1)该厂设计垃圾焚烧炉排炉机械负荷一定的情况下,需保证掺烧污泥后不影响垃圾处理量和焚烧系统运行工况。

    2)由于该厂二次蒸汽(汽机抽气)量一定,且二次蒸汽已用于厂内现有多处换热单元环节,因此在二次蒸汽富余量有限的情况下,需在不打破现有的热力平衡条件下优化利用二次蒸汽余热干化污泥,需充分利用现有热力系统条件最优化匹配新增污泥干化一协同焚烧工艺的要求。

    3)由于该厂的设计烟气净化系统和垃圾渗沥液处理系统处理能力是一定的,而污泥协同焚烧产生的烟气污染物需利用现有烟气净化系统进行处理,且污泥干化产生的废水需利用现有的垃圾渗沥液处理系统进行处理。需在最优化利用以上现有环保治理设施条件基础上对环保治理设施进行必要的局部改造,以匹配掺烧污泥后新增污染物治理的要求。

    4)干化污泥蒸汽降温所需的除盐水、干化载气冷却水和设备冷却水来自现有的垃圾焚烧厂的除盐水系统和循环冷却水系统,需合理确定污泥干化+垃圾焚烧主体单元各环节的除盐水和循环冷却水耗量,保证厂区用水平衡。

    3工艺技术方案

    设计万兴环保发电厂新增污泥干化一垃圾协同焚烧技改的工艺流程见图1。

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    本技改拟在已投运的万兴环保发电厂内,新增污泥干化生产线,处理湿污泥400t/el(含水率80%),经干化后的污泥约133t/d(含水率40%),送人现有的万兴环保发电厂垃圾焚烧系统与生活垃圾协同焚烧,干化后污泥掺烧比率约为5.54%,并新增配套辅助工艺设施和改造现有辅助工艺设施。

    3.1污泥干化方案选择

    本项目依托的垃圾焚烧发电厂有余热蒸汽供应,采用蒸汽间接热干化工艺技术。桨叶式蒸汽干化机和圆盘式蒸汽干化机在污泥干化领域都有应用,但桨叶式干化机设备故障率高,圆盘式蒸汽干化机设备运行维护相对简便,本项目新增的污泥干化生产线拟采用圆盘式蒸汽干化工艺。

    3.2干化后污泥人炉输送方式的选择

    污泥干化至含水率40%后,进入垃圾焚烧主厂房焚烧炉的输送方式可采用刮板输送机将干污泥输送至焚烧炉的给料平台,污泥通过溜管进入料斗与生活垃圾混合加入到焚烧炉;也可采用在焚烧炉排干燥段或燃烧段炉膛设置接口,通过溜管将污泥直接输送到炉膛侧墙处进入垃圾焚烧炉。对于在已投运的垃圾焚烧发电厂卸料车间增加以上输送设备,无安置空间,且需要在车间外墙或焚烧炉本体开孔,工程难度大,后期设备维护检修难度也大。故采取将干化污泥在干化车间打包后,通过汽车运输至万兴环保发电厂卸料大厅,直接加入到垃圾坑,然后通过垃圾吊车配料人炉的输送方式。

    3.3污泥干化热力平衡和热力系统及辅助冷却系统改造

    污泥干化热源为已投运的万兴环保垃圾电厂自产蒸汽余热。现万兴环保发电厂共2套25MW的汽轮发电机组,机组设三级非调整抽汽,其中一级抽汽压力为1.0MPa,抽汽温度240℃,单台机抽汽量为12.529t/h,2台机一级抽汽量共25.058t/h,除供焚烧炉一次风蒸汽、空气预热器一级加热用汽和SNCR脱硝用汽外,富余的一级抽汽接近14t/h;二级抽汽压力为0.457MPa,抽汽温度169℃,单台机抽汽量为9.923t/h,供中压除氧器除氧用汽;三级抽汽压力为0.159MPa,抽汽温度113℃,单台机抽汽量为7.005t/h,供低压加热器Ⅱ用汽。

    根据本项目协同焚烧污泥的特点,一方面要求干化后污泥含水率控制在40%左右,另一方面干化过程不能破坏污泥中的有机成分,采用蒸汽间接热干化污泥所需蒸汽温度为180-200℃,压力约0.7MPa为宜。本项目采用万兴环保电厂汽机一级抽汽对污泥进行干化,经热力计算400t/d含水率80%的污泥干化至含水率40%,需1.0MPa、240℃的一级抽汽消耗量约12t/h,设计本项目一级抽汽经减温减压至0.7MPa、200oC左右用管道输送至干化车间的分气缸。现万兴环保发电厂富余的一级抽汽量基本能满足400t/d污泥干化热源的要求,基本能实现热力平衡。至污泥干化车间的蒸汽疏水返回万兴环保发电厂除氧器,需对现万兴环保发电厂实施蒸汽供应接口管线改造和疏水回用管线接口改造。污泥干化尾气需采用间接换热式冷凝器冷凝至液态温度约33℃,经热力计算需循环冷却水量约1300t/h。万兴环保发电厂现有的循环冷却水量和冷却塔能力已饱和,需新增循环冷却水系统。

    3.4新增污染物的控制措施

    在已投运的万兴环保发电厂增加污泥干化协同焚烧工艺后,新增的污染物主要有:①污泥干化车间的臭气和污泥干化尾气;②污泥干化过程中的粉尘;③污泥一垃圾协同焚烧过程中产生的烟气;④污泥干化后的冷凝液和生产污水;⑤污泥一垃圾协同焚烧烟气净化系统收集的飞灰。

    设计污泥干化后尾气采用旋风除尘器+冷凝降温处理后,不凝尾气一部分返回干化机作为干化载气,其余的不凝尾气连同干化车间的臭气采用引风机收集后送往主厂房垃圾储坑车间,再由焚烧主厂房一次风机送人垃圾焚烧炉内作为焚烧用一次风。

    干化后废气冷凝液约260t/d,主要污染物成分为COD、氨氮等,浓度低于垃圾渗沥液污染物浓度。设计该废气冷凝液进人现万兴环保发电厂垃圾渗沥液处理站合并处理。该垃圾渗沥液处理站设计处理规模为850t/d,水力负荷率120%。而现万兴环保发电厂垃圾渗沥液量450—600t/d,废气冷凝液合并处理后对垃圾渗沥液处理系统负荷影响不大。

    协同焚烧133t/d干化污泥后,烟气量约增加4%,现万兴环保发电厂烟气净化系统设计烟气处理能力有110%余量,新增烟气量不会对烟气净化系统机械负荷造成影响。但对比表1的元素分析结果,污泥中含硫量远高于生活垃圾,现万兴环保发电厂烟气脱酸工艺采用半干法+干法工艺,烟气污染物指标排放执行2000/76/EU欧盟标准。为保证烟气中二氧化硫指标满足排放要求,拟将现万兴环保发电厂的干法系统改为液碱溶液喷射系统,以提高对二氧化硫的去除率。协同焚烧飞灰采用螯合+固化的方式进行稳定化处理,满足GB16889--2008表l浸出液污染物浓度限制要求后,送至附近的成都市长安垃圾填埋场填埋。

    3.5污泥一垃圾协同焚烧物料平衡

    万兴环保发电厂现有4台600t/d的炉排炉一余热锅炉垃圾焚烧系统,处理负荷调节范围为60%~120%,设计人炉垃圾热值4400—8000kJ/kg,平均热值7000kJ/kg。现单套垃圾焚烧系统锅炉额定蒸发量54.1t/h。

    增加污泥干化一协同焚烧工艺后,全厂于化后污泥掺烧量133.33t/d,折合单台焚烧炉掺烧污泥量为33.33t/d,炉排的机械负荷增加了5.55%,在设计值60%~120%的范围之内。干化后污泥热值接近6000kJ/kg,虽低于人炉垃圾平均热值,但高于本项目设计焚烧自热所需最低热值4400kJ/g,协同焚烧过程中不额外增加辅助燃料。经热力计算掺烧污泥后垃圾焚烧系统热负荷增加量约4.59%,锅炉蒸发量增加约2.48t/h,对现有余热锅炉整体几乎无影响。

    4结论

    万兴环保发电厂增加污泥干化协同焚烧工艺技改是业内鲜有在已投运的垃圾焚烧发电厂实施此技改的案例。本技改工艺技术方案充分利用万兴环保发电厂现有热力系统和环保治理设施条件,发挥现有设施能力,对现有设施改造少,突破了新增工艺与现有工艺设施物料平衡的技术瓶颈,提升了技改后运行的稳定性,实现了存量垃圾处理设施二次资源再次挖掘,可为业内其它拟实施类似技改的垃圾焚烧发电项目提供技术借鉴。

责任编辑:殷莹莹

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