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设计煤种为山西晋北煤,校核煤种I为内蒙古准格尔煤,燃煤煤质及灰分分析数据见表2。
脱硝系统采用选择性催化还原(SCR)法,除尘采用电除尘,每台锅炉配置2台BE型三室五电场静电除尘器。脱硫系统采用石灰石—石膏湿法脱硫工艺,尾部安装湿式电除尘器。
02 污泥掺烧现场试验方法
根据GB 10184—2015 《电站锅炉性能试验规程》,对含水率为40%的污泥在不同掺烧比例(质量分数为3%、6%、8%、10%)情况下进行锅炉热效率测量;同时进行飞灰、炉渣、脱硫废水、脱硫石膏现场取样。飞灰、炉渣、脱硫废水和脱硫石膏中重金属元素含量检测采用NEXION 300X型电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)。测量As等微量元素时需要利用浓硝酸、浓盐酸、氢氟酸对催化剂进行消解,消解采用MultiWave PRO微波消解仪。
03 燃烧特性分析
3.1 污泥掺烧后煤质成分变化
表3为试验期间污泥(含水率为40%)元素分析和工业分析结果。
表4为现场试验期间,原煤煤质元素分析数据。
表5为不同污泥掺烧比例下煤质成分变化,其中原煤为平煤和低卡印尼煤。从表5可以看出:随着污泥掺烧比例的增加,煤的低位发热量逐渐降低,碳含量逐渐减少,灰分含量逐渐增加。总体上看只要掺烧比例控制在10%以内,污泥掺烧对于煤的元素成分影响不大。
3.2 污泥掺烧后理论燃烧温度变化
表6为不同污泥掺烧比例下锅炉理论燃烧温度的变化。
理论燃烧温度表示在输入煤量和风量的情况下,假定受热面不吸热,没有散热损失,锅炉能够达到的最高温度,理论燃烧温度的高低表示了燃烧强度的大小。由表6可以看出:在10%掺烧比例以内,理论燃烧温度变化较小,相比不掺烧污泥的情况,理论燃烧温度最高降低了31 K;但是当污泥掺烧比例在20%时,理论燃烧温度降低比较明显,相比不掺烧污泥的情况,理论燃烧温度降低了约65 K。因此,建议现场实际掺烧污泥比例控制在10%以内,避免掺烧比例增加后对燃烧造成不利影响。
3.3 不同掺烧比例下锅炉效率对比分析
在锅炉250 MW负荷下进行4个工况的锅炉效率测试,测试结果依据GB 10184—2015进行锅炉效率计算,计算公式为:
η=100-(q2+q3+q4+q5+q6+qoth-qex) (1)
式 中:η为锅炉效率,%;q2为排烟热损失,%;q3为化学不完全燃烧热损失,%;q4为固体未完全燃烧热损失,%;q5为散热损失,%;q6为添加脱硫剂后产生的灰渣物理显热损失,%;qex为外来热量与低位发热量的比,%;qoth为其他热损失,%。
试验时,由于测试时间问题,飞灰A、B侧进行连续取样。排烟温度和氧量分别进行2个工况测试。锅炉散热直接取设计值,不考虑其他损失。外来输入热量只考虑进入系统空气带入的热量。
表7为锅炉效率测试主要结果。
从表7可以看出:污泥掺烧比例为10%时,相比3%的掺烧比例,锅炉效率降低0.39百分点。建议现场实际掺烧污泥的比例控制在10%以内,避免掺烧比例提高后,锅炉效率降低太多,影响电厂经济性。
总体上看,污泥掺烧后对锅炉效率的影响比较小,固体不完全燃烧损失和灰渣物理显热损失都比较小。
04 环保特性分析
4.1 飞灰浓度变化
表8为在不同污泥掺烧比例下,不同受热面位置飞灰质量分数的计算结果。
从表8可以看出:在10%掺烧比例下,前屏至省煤器的飞灰质量分数为0.009,不掺烧污泥时,飞灰质量分数为0.004。因此,掺烧高灰分污泥时,飞灰浓度有一定程度的增加,需要在实际运行过程中密切监视电除尘器的运行状态,防止出现粉尘排放浓度超标。
总体上看,污泥掺烧比例为10%时,飞灰浓度变化比较小,因此建议电厂在实际运行中控制污泥掺烧比例在10%以内。
4.2 烟气量及SO2浓度变化
表9为在不同污泥掺烧比例下,锅炉烟气量变化的规律。
从表9可以看出:污泥掺烧比例在10%以内时,烟气量变化不大,对锅炉燃烧影响比较小;不同掺烧比例下,炉膛出口SO2浓度变化不大,锅炉现有湿法脱硫 (FGD) 系统SO2脱除能力强(现有FGD系统有5台浆液循环泵,现场实际运行2台浆液循环泵,FGD系统有很大的余量)。
4.3 电除尘器灰中重金属元素分布规律
表10为在不同污泥掺烧比例试验期间,电除尘器灰中重金属元素化验结果。根据GB 18918—2002 《城镇污水处理厂污染物排放标准》,目前电除尘器灰中重金属元素含量都满足环保要求,而且灰中重金属元素浓度都小于标准排放限值。从表10可以看出:Cu、Ga、Mn、Ti等重金属元素含量较多,说明这些重金属元素挥发性较强,容易在飞灰中沉积;Hg、As、Cd、Be、Cr、Zn、Sn等重金属元素含量较少。
4.4 脱硫石膏中重金属元素分布规律
表11为在不同污泥掺烧比例试验期间,脱硫石膏中重金属元素化验结果。从表11可以看出:脱硫石膏中重金属元素含量都满足相关国家标准要求,而且脱硫石膏中重金属元素含量都小于标准排放限值。
4.5 炉渣中重金属元素分布规律
表12为在不同污泥掺烧比例试验期间,采样炉渣中重金属含量化验结果。从表12可以看出:炉膛中重金属元素中Cr、Pb、P、Cu含量相对较高,其他重金属元素As、Cd、Be含量都很小,炉渣中重金属元素含量都满足GB 18918—2002的要求。
4.6 吸收塔浆液中重金属元素分布规律
表13为在不同污泥掺烧比例试验期间,脱硫浆液中重金属元素化验结果。从表13可以看出,脱硫浆液中重金属元素含量满足GB 18918—2002的排放要求。
4.7 脱硫废水中重金属元素分布规律
表14为在不同污泥掺烧比例试验期间,脱硫废水中重金属元素化验结果。从表14可以看出,脱硫废水中重金属元素含量满足GB 18918—2002的排放要求。
05 结语
(1) 掺烧40%含水率污泥,在10%掺烧比例以内,理论燃烧温度变化比较小,相比不掺烧污泥的情况,理论燃烧温度最高降低了31 K。
(2) 掺烧污泥后,只要掺烧比例控制在10%以内,污泥掺烧对于煤的元素成分影响不大;对飞灰浓度影响不大,不会造成省煤器等受热面磨损加剧。
(3) 现场实际掺烧40%含水率污泥,在不同掺烧比例(3%、6%、8%、10%)下,烟囱出口处NOx、SO2和粉尘浓度都能满足超低排放要求,污泥掺烧不会造成环保指标超标。
(4) 实验室进行脱硫石膏、脱硫废水、脱硫浆液、飞灰和炉渣化验,结果表明重金属元素含量都满足相关标准要求。
(5) 污泥掺烧后对锅炉效率影响比较小,固体不完全燃烧损失和灰渣物理显热损失都比较小。
建议电厂定期进行污泥成分化验,确保污泥成分满足锅炉燃烧和环保要求,同时对脱硫废水、脱硫石膏、飞灰、炉渣定期开展重金属取样分析,防止出现重金属含量超标。防止工业污泥混入到生活污泥中,从而对锅炉受热面腐蚀造成重大安全风险。
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