CN112197278A - 一种二次再热电站锅炉耦合污泥干化焚烧的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二次再热电站锅炉耦合污泥干化焚烧的系统，该系统针对二次再热电站锅炉的特点，通过烟气再循环系统与污泥干燥工艺系统的深度耦合，实现二次再热电站锅炉掺烧污泥的目标；通过设置高温炉烟调节挡板、中温炉烟调节挡板，对分别从省煤器前、后位置抽取的不同温度的烟气的比例进行调节，并增加了烟气混合器，实现了烟气参数的精准可调；采用再循环烟气旁路的方式，并在旁路烟道上设置了旁路烟气调节挡板，进一步对干燥工艺烟气和再循环旁路烟气的比例进行调节，不仅能够确保进入干燥机的烟气量处于工艺要求的范围内，同时也能满足二次再热电站锅炉通过烟气再循环调节一、二次再热蒸汽参数的需求。

Description

一种二次再热电站锅炉耦合污泥干化焚烧的系统

技术领域

本发明属于燃煤电厂耦合污泥干化焚烧技术领域，具体涉及一种二次再热电站锅炉耦合污泥干化焚烧的系统。

背景技术

随着我国工业化和城镇化水平的快速提高，污水的排放量不断攀升，对污水处理能力也提出了更高的要求。根据环保部门发布的环境统计数据，2017年在全国范围内，废水排放总量达到了735.3亿吨，其中城镇生活污水排放量为535.2亿吨。污泥作为污水处理厂的副产物，2017年产出量达到了4015.9万吨，预计在2020年，我国的污泥产出量将突破6000万吨大关。污泥富集大量有机腐质物，同时也含有大量病原菌、寄生虫卵、重金属、多环芳烃等有毒有害物质。如果污泥不经过处理处置直接排入环境中，污泥中的有害物质将对土壤、大气以及水体造成污染，威胁环境安全和居民健康。污水处理厂产出的污泥需通过各种处理处置方式，最终实现污泥的减量化、无害化、资源化。污泥的处理技术主要包括污泥干化、浓缩脱水、厌氧消化、好氧发酵等，污泥的处置方式主要包括填埋、土地利用、建材利用、焚烧以及其他。

目前，发达国家污泥处置技术相对成熟，法律体系亦较完善。欧洲地区污泥处置从土地利用和填埋逐步发展到焚烧，北美地区污泥处置一直以农用和焚烧为主，而日本污泥处置受土地限制主要以焚烧后建材利用为主。

我国的污泥处理技术起步较晚，现仍处于处级阶段，除了少数城市采取了一些有利措施外，大多数城市仍以土地填埋为主，而各主要城市填埋场均已接近饱和，逐渐形成了“污泥围城”现象。目前全国采用卫生填埋方式处理污泥约占20％的比重，采用堆肥方式处理污泥的地区约占10％，另有极少一部分地区以焚烧方式处理污泥。剩余大部分地区采用简单堆放、填埋等。鉴于污泥处理处置中出现的问题，国家有关部门出台了相关政策，明确提出“应对污水处理设施产生的污泥进行无害化、资源化以及稳定化处置处理”，要求2020年底前，地级市以上行政级别的城市应达到90％以上的无害化污泥处置率。

在所有的污泥处理处置方式中，污泥焚烧不仅能消灭有害物质，而且将大幅减小污泥体积，能够实现污泥的无害化处理，是最具前景的污泥处置方式之一。同时城市周边通常有火力发电厂可作为焚烧点，将燃煤电厂与污泥焚烧进行耦合，能够大幅降低污泥处理处置的社会经济成本。

经污水处理厂机械脱水后的污泥，其含水率通常在80％左右，性状为泥状，直接进入电厂锅炉存在各种不利的影响，因此，通常采用“干化+掺烧”工艺进行污泥耦合焚烧，先将污泥含水率降至40％以内，再与燃煤一并送入发电锅炉进行焚烧，经过近1500℃的高温焚烧处理，实现污泥的彻底无害化处置。

燃煤机组耦合污泥干化焚烧发电作为一种污泥焚烧利用形式，具有处理能力大、适应性强、系统效率高等独特优势，近年来得到了广泛的关注。国家能源局在2017年提出“重点在直辖市、省会城市、计划单列市等36个重点城市和垃圾、污泥产生量大，土地利用较困难或空间有限，以填埋处置为主的地区，优先选取热电联产煤电机组，布局燃煤耦合垃圾及污泥发电技改项目”，并首批批准了42个污泥耦合发电示范项目。

当前的燃煤电厂耦合污泥焚烧发电主要采用以下三种方式：

1)对于循环流化床CFB锅炉，通过泵送系统将到厂的湿污泥用柱塞泵泵入CFB锅炉进行燃烧。该方式仅适用于CFB机组。

2)利用电厂具有不同梯级热源的优势，通过蒸汽间接干燥(列管、圆盘)工艺，对到厂的污泥进行干燥，干燥后污泥水分可控制在40％左右，干化后的污泥可在煤场与原煤进行掺混后通过给煤系统进入磨煤机，最终进入锅炉燃烧。该方式系统复杂，且运行能耗较高、每吨污泥的干化成本高。

3)利用电站锅炉所产生的高温烟气，通过烟气干燥工艺，对到厂的污泥进行干燥，污泥经一体化处理机完成干燥过程，经管道送入炉膛燃烧。该方式需配置污泥一体化处理机，投资较大。

随着高效清洁燃煤发电技术的进步，我国新建大容量高参数燃煤发电机组普遍采用二次再热发电技术，与一次再热相比，二次再热是在一次再热基础上增加1个再热过程，提高发电循环的平均吸热温度，从而提高发电效率。出于对一、二次再热蒸汽(或称高压、低压再热蒸汽)进行调温的要求，相当比例的二次再热电站锅炉采用烟气再循环作为再热汽温调整的手段，配置多台烟气再循环风机、附属烟道及其它附件。对于二次再热电站锅炉而言，耦合污泥干化焚烧将成为未来一定时期的发展趋势。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的污泥掺烧技术，充分考虑二次再热电站锅炉的自身特点及系统配置，提供了一种二次再热电站锅炉耦合污泥干化焚烧的系统，通过烟气再循环与烟气干燥工艺进行深度耦合，使干燥工艺烟气实现闭环，同时降低了系统投资成本，并可实现再循环烟气参数与干燥工艺烟气参数的双可调。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种二次再热电站锅炉耦合污泥干化焚烧的系统，包括抽炉烟管、高温炉烟风机和污泥干燥机，抽炉烟管用于抽吸锅炉尾部烟道省煤器前后位置的热烟气，经高温炉烟风机增压后，送入污泥干燥机，对污泥进行干燥。

本发明进一步的改进在于，污泥干燥机入料口的污泥为自污水处理厂运输至电厂的机械脱水污泥，其含水率约±80％。

本发明进一步的改进在于，该耦合系统还包括抽炉烟管、高温炉烟风机入口烟道、污泥干燥机与炉烟风机联接烟管、污泥干燥机出口烟管、再循环烟气喷口，用于污泥干燥的再循环烟气自锅炉尾部烟道省煤器处抽取，先后通过高温炉烟风机入口烟道、高温炉烟风机、联接烟管、污泥干燥机，高温烟气在经过污泥干燥机时，加热并蒸发干燥机来料污泥中的水分，使污泥含水率由±80％下降至40％以内，携湿烟气再通过污泥干燥机出口烟管，从再循环烟气喷口喷入炉膛，完成一次完整的烟气再循环过程。

本发明进一步的改进在于，该耦合系统还包括污泥干燥机旁路烟道、旁路烟气调节挡板，根据污泥干燥的具体需求，通过旁路烟气调节挡板，调整干燥工艺烟气的流量，实现干燥机不同污泥干燥出力的调节。

本发明进一步的改进在于，该耦合系统还包括污泥干燥机旁路烟道、旁路烟气调节挡板，能够在污泥干燥的同时，实现二次再热锅炉对于烟气再循环量的需求，兼顾高压再热蒸汽、低压再热蒸汽参数的调节。

本发明进一步的改进在于，抽炉烟管分为高温炉烟管、中温炉烟管，同时设置高温炉烟调节挡板、中温炉烟调节挡板，分别从省煤器前、后抽取再循环烟气，并设置烟气混合器，实现不同锅炉负荷下，对再循环烟气参数的调节。

本发明进一步的改进在于，通过调节高温、中温炉烟的配比，还能够满足在不同工况下污泥干燥机对干燥烟气参数的要求。

本发明进一步的改进在于，污泥干燥机出料口产出的干污泥，经埋刮板输送机输送进入给煤系统，实现干污泥与煤的混合掺烧。

本发明至少具有如下有益的技术效果：

本发明提供的一种二次再热电站锅炉耦合污泥干化焚烧的系统，通过将烟气再循环系统与污泥干燥工艺系统进行深度耦合，利用锅炉的再循环烟气通入污泥干燥机对污泥进行干燥，使污泥含水率由±80％下降至40％以内，污泥物理性状由泥状变为干散料，再掺入给煤系统最终实现入炉焚烧。

与现有污泥掺烧技术相比，本发明充分利用了二次再热电站锅炉配置烟气再循环系统的独特优势，采用烟气再循环与烟气干燥工艺进行全面的深度耦合，无需重新再配置抽炉烟系统及炉烟风机，投资得到有效降低；同时由于二次再热电站锅炉原设计即以烟气再循环为基础，锅炉炉膛以及各受热面的设计均充分考虑了烟气再循环的影响，这就极大降低了抽取烟气进行污泥干燥对锅炉运行的影响，而以往的烟气干燥工艺，通常不能将干燥后的乏气引入炉膛。本发明对烟气再循环系统进行了进一步改进，将抽炉烟管分为高温炉烟管、中温炉烟管，分别抽取锅炉省煤器前、后的烟气，并各自配备烟气挡板，在其后设置烟气混合器，大大提高了抽炉烟的灵活性，通过调节高温、中温炉烟的抽取量及配比，使之能够同时适应和满足烟气再循环调节再热蒸汽参数及污泥干燥工艺系统的要求。由于设置了污泥干燥机旁路烟道、旁路烟气调节挡板，可根据污泥干燥的具体需求，通过旁路烟气调节挡板，调整干燥工艺烟气的流量，实现干燥机不同污泥干燥出力的调节，并且可以在污泥干燥的同时，通过旁路满足二次再热锅炉对于烟气再循环量的需求，兼顾高压再热蒸汽、低压再热蒸汽参数的调节。

附图说明

图1为本发明一种二次再热电站锅炉耦合污泥干化焚烧的系统的示意图。

图中标记说明：

1为炉膛，2为省煤器，3为高温炉烟调节挡板，4为中温炉烟调节挡板，5为烟气混合器，6为炉烟风机，7为污泥干燥机，8为出料装置，9为干污泥埋刮板输送机，10为旁路烟气调节挡板，11为再循环烟气喷口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步地详细说明。

参见图1，本发明提供的一种二次再热电站锅炉耦合污泥干化焚烧的系统，包括高温炉烟管、中温炉烟管、省煤器2、高温炉烟调节挡板3、中温炉烟调节挡板4、烟气混合器5、炉烟风机6、污泥干燥机7、出料装置8、干污泥埋刮板输送机9、干燥机旁路烟道、旁路烟气调节挡板10以及沿四周设置在炉膛1上的再循环烟气喷口11。其中污泥干燥机7使用机械脱水后的湿污泥(含水率±80％)，高温炉烟管用于抽吸锅炉省煤器2前的高温烟气(温度约为580℃)，中温炉烟管用于抽吸锅炉省煤器2后的中温烟气(温度约为380℃)，通过高温烟气调节挡板3、中温烟气调节挡板4可分别对其流量进行调节，抽吸出的再循环烟气被送入烟气混合器5进行混合。混合后的烟气通过炉烟风机6增压后分为两股，一股烟气作为干燥工艺烟气被输送进入污泥干燥机7，与湿污泥进行对流换热，蒸发并带走污泥中的大部分水分，再由出料装置8的排气口排出，另一股烟气则进入旁路烟道，旁路烟道中设置的旁路烟气调节挡板10可对其流量进行调节，两股烟气在炉膛1前汇合，合并后的烟气通过再循环烟气喷口11喷入炉膛。经污泥干燥机7干燥后的干污泥由出料装置8的出料口进入干污泥埋刮板输送机9，被输送进入给煤系统，与原煤掺混入炉焚烧。

工作时，从污水处理厂来的含水率为±80％的机械脱水污泥由给料装置直接输送至污泥干燥机7的入料口，与自锅炉尾部烟道省煤器2前、后位置抽吸来的热烟气直接接触对流换热；热烟气分别由高温炉烟(约580℃)、中温烟气(约380℃)按一定比例组成，通过烟气混合器5混合均匀，通过设置在抽炉烟管上的高温炉烟调节挡板3、中温炉烟调节挡板4，可对混合烟气参数进行调整，满足干燥工艺对烟气参数的要求。进入污泥干燥机7的热烟气是由炉烟风机6增压后的具有一定压头的烟气，压力能用于克服污泥干燥机7的阻力以及沿程管路的阻力。热烟气作为干燥工艺烟气，通过换热将蒸发并带走污泥中的部分水分，使污泥的水分进一步降低至40％以下，污泥的物理性状被改变，成为干散料，经由出料装置8的出料口进入干污泥埋刮板输送机9，被输送进入给煤系统，与原煤掺混入炉焚烧。另一部分用于满足二次再热电站锅炉调节一、二次再热蒸汽参数的再循环烟气，在经炉烟风机6增压后进入旁路烟道，由旁路烟气调节挡板10调节进入旁路的烟气流量，进一步对干燥工艺烟气和再循环旁路烟气的比例进行调节。完成污泥干燥过程的携湿烟气与再循环旁路烟气在锅炉炉膛1前汇合，合并后的烟气通过再循环烟气喷口11喷入炉膛1。

该系统中，充分实现了二次再热电站锅炉烟气再循环系统与污泥干燥工艺系统的深度耦合，既能满足污泥干燥工艺的需求，也未对烟气再循环系统原有的调整一、二次再热蒸汽参数的功能产生影响。

本发明充分考虑污泥干燥工艺对烟气参数的需求。抽炉烟管分为高温炉烟管、中温炉烟管，并分别设置高温烟气调节挡板、中温烟气调节挡板，再配置烟气混合器，实现了烟气参数的精准可调，对变工况条件下的适应能力增强，满足了对干燥工艺烟气参数的需求。

本发明采用了再循环烟气旁路的方式，旁路烟道与污泥干燥机并行，并在旁路烟道上设置了旁路烟气调节挡板，实现对再循环旁路烟气与干燥工艺烟气比例的调节。再循环烟气旁路不仅能够确保进入干燥机的烟气量处于工艺要求的范围内，同时也能满足二次再热电站锅炉通过烟气再循环调节一、二次再热蒸汽参数的需求。

综上所述，本发明针对二次再热电站锅炉的特点，通过烟气再循环系统与污泥干燥工艺系统的深度耦合，实现二次再热电站锅炉掺烧污泥的目标；通过设置高温炉烟调节挡板、中温炉烟调节挡板，对分别从省煤器前、后位置抽取的不同温度的烟气的比例进行调节，并增加了烟气混合器，实现了烟气参数的精准可调；采用再循环烟气旁路的方式，并在旁路烟道上设置了旁路烟气调节挡板，进一步对干燥工艺烟气和再循环旁路烟气的比例进行调节，不仅能够确保进入干燥机的烟气量处于工艺要求的范围内，同时也能满足二次再热电站锅炉通过烟气再循环调节一、二次再热蒸汽参数的需求。本发明充分利用了二次再热电站锅炉既有的烟气再循环系统，并对烟气再循环系统做了大幅改进，使其适应并能耦合污泥干燥工艺系统，通过一套系统实现两项功能，极大地降低了污泥干化焚烧系统的投资成本，同时，污泥干燥过程中产生的臭气及有毒有害物质随烟气进入炉膛燃烧，进而得到充分分解，燃烧产物随烟气流程依次经过烟气脱硝、除尘、脱硫等环保装置后排入大气，利用火电厂已有的环保设施实现污泥焚烧的无害排放，该系统是一种投资成本低、生产成本低、调节特性好、环境效益好的污泥干化焚烧系统。

Claims (8)

1.一种二次再热电站锅炉耦合污泥干化焚烧的系统，其特征在于，包括抽炉烟管、高温炉烟风机(6)和污泥干燥机(7)，抽炉烟管用于抽吸锅炉尾部烟道省煤器(2)前后位置的热烟气，经高温炉烟风机(6)增压后，送入污泥干燥机(7)，对污泥进行干燥。

2.根据权利要求1所述的一种二次再热电站锅炉耦合污泥干化焚烧的系统，其特征在于，污泥干燥机(7)入料口的污泥为自污水处理厂运输至电厂的机械脱水污泥，其含水率为±80％。

3.根据权利要求1所述的一种二次再热电站锅炉耦合污泥干化焚烧的系统，其特征在于，该耦合系统还包括抽炉烟管、高温炉烟风机(6)入口烟道、污泥干燥机(7)与炉烟风机(6)联接烟管、污泥干燥机(7)出口烟管、再循环烟气喷口(11)，用于污泥干燥的再循环烟气自锅炉尾部烟道省煤器(2)处抽取，先后通过高温炉烟风机(6)入口烟道、高温炉烟风机(6)、联接烟管、污泥干燥机(7)，高温烟气在经过污泥干燥机(7)时，加热并蒸发干燥机来料污泥中的水分，使污泥含水率由±80％下降至40％以内，携湿烟气再通过污泥干燥机(7)出口烟管，从再循环烟气喷口(11)喷入炉膛(1)，完成一次完整的烟气再循环过程。

4.根据权利要求3所述的一种二次再热电站锅炉耦合污泥干化焚烧的系统，其特征在于，该耦合系统还包括污泥干燥机(7)旁路烟道、旁路烟气调节挡板(10)，根据污泥干燥的具体需求，通过旁路烟气调节挡板(10)，调整干燥工艺烟气的流量，实现干燥机(7)不同污泥干燥出力的调节。

5.根据权利要求4所述的一种二次再热电站锅炉耦合污泥干化焚烧的系统，其特征在于，该耦合系统还包括污泥干燥机(7)旁路烟道、旁路烟气调节挡板(10)，能够在污泥干燥的同时，实现二次再热锅炉对于烟气再循环量的需求，兼顾高压再热蒸汽、低压再热蒸汽参数的调节。

6.根据权利要求3所述的一种二次再热电站锅炉耦合污泥干化焚烧的系统，其特征在于，抽炉烟管分为高温炉烟管、中温炉烟管，同时设置高温炉烟调节挡板(3)、中温炉烟调节挡板(4)，分别从省煤器前、后抽取再循环烟气，并设置烟气混合器(5)，实现不同锅炉负荷下，对再循环烟气参数的调节。

7.根据权利要求3所述的一种二次再热电站锅炉耦合污泥干化焚烧的系统，其特征在于，抽炉烟管分为高温炉烟管、中温炉烟管，分别从省煤器(2)前、后抽取再循环烟气，并设置烟气混合器(5)，能够满足在不同工况下污泥干燥机(7)对干燥烟气参数的要求。

8.根据权利要求7所述的一种二次再热电站锅炉耦合污泥干化焚烧的系统，其特征在于，污泥干燥机(7)出料口产出的干污泥，经埋刮板输送机(9)输送进入给煤系统，实现干污泥与煤的混合掺烧。

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