潘春鵬

（浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 311231）

如何合理處置城市污水處理系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥是近年來環(huán)保領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)問題。目前污泥主要處理方式有濃縮（調(diào)理）、脫水、厭氧消化、好氧發(fā)酵、石灰穩(wěn)定、干化和焚燒等，其中污泥焚燒處置技術(shù)因在污泥穩(wěn)定化、減量化、無害化、資源化利用中存在巨大優(yōu)勢(shì)而被廣泛使用［1］。循環(huán)流化床（CFB）鍋爐對(duì)燃料具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，適合用于焚燒污泥。王彬全等［2］的研究表明，在CFB鍋爐中，含水率45%的污泥可實(shí)現(xiàn)不投煤穩(wěn)燃；含水率在59%時(shí)耗煤量最少［2］。污泥含水率高低對(duì)CFB鍋爐焚燒有較大影響。李博等［3］的研究表明，污泥不投輔助燃料焚燒時(shí)，當(dāng)入爐污泥含水率高于61%，床溫將低于850 ℃；當(dāng)入爐污泥含水率控制在60%，床溫處于 850～950 ℃ 的合理區(qū)間［3］。江子簫等［4］對(duì)深度脫水-熱干化-焚燒系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，該系統(tǒng)（深度脫水污泥含水率55%～65%，熱干化后污泥含水率10%～30%）效益為負(fù)值。在實(shí)際CFB污泥焚燒鍋爐工程應(yīng)用中，為了減少對(duì)鍋爐燃燒的影響，并考慮到經(jīng)濟(jì)性，入爐污泥含水率一般控制在50%～60%。如浙江紹興某污泥焚燒發(fā)電一期工程，日處理市政污水污泥2 500 t（含水率 80%），污泥干化系統(tǒng)采用圓盤式蒸汽干化機(jī)，干化后污泥含水率在60%左右，污泥的工業(yè)元素分析如表1所示。二期工程日處理污泥 1 500 t（含水率 65%），污泥干化工藝采用機(jī)械壓濾式，干化后污泥含水率在50%左右。

污泥在含水率為50%～60%時(shí)，呈泥塊狀，具有黏性大、流動(dòng)性差的特點(diǎn)。如何將污泥順利送入爐膛焚燒是循環(huán)流化床鍋爐摻燒污泥工程設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。污泥給料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)是防止污泥在輸送、存儲(chǔ)過程中堵塞從而導(dǎo)致系統(tǒng)停運(yùn)。目前利用燃煤循環(huán)流化床鍋爐處置污泥的工程投運(yùn)較少，相關(guān)的給料和配風(fēng)系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)應(yīng)用成果未見報(bào)道。本文結(jié)合已成功投運(yùn)的浙江杭州某熱電廠CFB鍋爐污泥焚燒系統(tǒng)改造項(xiàng)目（簡(jiǎn)稱本項(xiàng)目），對(duì)污泥爐前給料系統(tǒng)及配風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)做詳細(xì)介紹。

表1 干化后污泥的工業(yè)元素分析Tab. 1 Proximate and ultimate analyses of dried sludge

1 設(shè)置單獨(dú)的污泥輸送系統(tǒng)

本項(xiàng)目在未進(jìn)行污泥焚燒系統(tǒng)改造前，污泥借助于輸煤系統(tǒng)進(jìn)行上料，即將污泥破碎后與煤混合，通過輸煤皮帶將污泥和煤送入爐前煤倉，然后通過皮帶式給煤機(jī)將污泥和煤送入爐膛焚燒。該方案的優(yōu)點(diǎn)是減少了物料輸送皮帶數(shù)量，降低了投資成本。但采用該上料方案后，運(yùn)行過程中煤倉經(jīng)常發(fā)生堵塞。

經(jīng)分析，由于污泥含水率（50%左右）高，具有較強(qiáng)黏結(jié)性，在棧橋輸送以及在爐前煤倉存儲(chǔ)過程中，容易將煤黏結(jié)在一起。同時(shí)，爐前煤倉儲(chǔ)煤量需約為10 h的鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（BMCR）工況下耗煤量。污泥在煤倉中存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)，在下行過程中，重力的擠壓作用越來越大，污泥和煤不斷被壓實(shí)、結(jié)塊，導(dǎo)致煤倉堵塞概率增加。煤倉堵塞后很難清理，通過捅煤孔很難將污泥和煤的黏結(jié)硬塊取出。

本項(xiàng)目在方案論證時(shí)確定了設(shè)置單獨(dú)的污泥輸送棧橋，將污泥和原煤分開輸送的原則。該方案雖然投資成本高，改造工作量大，但避免了污泥因在爐前煤倉存儲(chǔ)時(shí)間過長(zhǎng)、擠壓力過大造成的堵塞問題，有利于系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定、連續(xù)運(yùn)行。污泥輸送系統(tǒng)的平面布置如圖1所示。

圖1 污泥輸送系統(tǒng)的平面布置Fig. 1 Plane layout of sludge conveying system

以杭州地區(qū)為例，1 t干污泥的處置費(fèi)用為150～300元，4臺(tái)鍋爐每小時(shí)焚燒污泥共16 t，按熱電廠年運(yùn)行6 000 h計(jì)算，一年獲得的污泥處置補(bǔ)貼為1 440～2 880萬元。而改造項(xiàng)目設(shè)備、土建、施工等費(fèi)用共花費(fèi)1 670萬元。項(xiàng)目建成投運(yùn)后，僅需約7～14個(gè)月即可將投資成本回收。

2 設(shè)置小容積圓柱形污泥爐前倉

污泥黏性大，流動(dòng)性遠(yuǎn)差于煤，圓柱形污泥倉能避免矩形倉邊角處污泥搭橋。另外，采用小容積的爐前污泥倉時(shí)，一旦發(fā)生堵塞或緊急停爐時(shí)容易清理，便于再次投運(yùn)。污泥儲(chǔ)量小意味著料位高度較低，污泥受擠壓板結(jié)的可能性也隨之降低。

本項(xiàng)目每臺(tái)CFB鍋爐污泥摻燒量為4 t·h-1，爐前設(shè)置了入口直徑為2.2 m、出口直徑為1.55 m、總高度為3.52 m的圓柱形污泥爐前倉，幾何容積約10.7 m3，按充滿系數(shù)0.8估算，可存儲(chǔ)約2 h摻燒量的污泥。污泥倉內(nèi)壁襯厚度為3 mm的304不銹鋼薄板，以減小污泥與倉壁的摩擦系數(shù)。

3 設(shè)置主動(dòng)式污泥清堵裝置

由于給料機(jī)入口尺寸（一般約φ500 mm口徑）遠(yuǎn)小于污泥倉出口尺寸（φ1 550 mm），在通流面積不斷縮小的過程中，污泥容易產(chǎn)生搭橋而堵塞。僅靠污泥自身重力以及增強(qiáng)污泥倉內(nèi)壁光滑度，很難保證污泥在給料系統(tǒng)中順暢運(yùn)行。為此本項(xiàng)目在污泥倉出口設(shè)置了旋轉(zhuǎn)刮刀式污泥清堵機(jī)。刮刀貼清堵機(jī)內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)，使污泥和內(nèi)壁分離，解決了污泥搭橋的問題。同時(shí)，污泥在自身重力及旋轉(zhuǎn)刮刀作用下斜向下運(yùn)動(dòng)，能產(chǎn)生向下的擠壓力，有助于污泥下行。

4 采用無軸螺旋式污泥給料機(jī)

螺旋式給料機(jī)相對(duì)于皮帶給料機(jī)，對(duì)物料的推力更大，適合輸送阻力大、黏性強(qiáng)的物料。有軸螺旋輸送機(jī)適用于無黏性的干粉物料和小顆粒物料，如水泥、粉煤灰、石灰、糧等。而無軸螺旋輸送機(jī)適合輸送如污泥、生物質(zhì)、垃圾等有黏性和易纏繞的物料。因此本項(xiàng)目選用無軸螺旋式給料機(jī)作為最后一個(gè)污泥給料設(shè)備。

5 采用一次熱風(fēng)送料

常規(guī)燃煤CFB鍋爐的送煤風(fēng)接自一次冷風(fēng)，播煤風(fēng)接自一次熱風(fēng)。高溫的送污泥風(fēng)（約200 ℃）能蒸發(fā)污泥中部分水分，增加污泥的流動(dòng)性，有助于污泥順利進(jìn)入落料管。爐前污泥給料系統(tǒng)布置如圖2所示，設(shè)備參數(shù)如表2所示。

圖2 爐前污泥給料系統(tǒng)立面布置圖Fig. 2 Elevation arrangement of sludge feeding system in front of the boiler

CFB鍋爐摻燒污泥爐前給料配風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則是針對(duì)污泥流動(dòng)性差、易黏結(jié)的特性，在棧橋輸送、爐前倉存儲(chǔ)、下料等各個(gè)環(huán)節(jié)采取措施防止污泥堵塞。筆者提出了設(shè)置單獨(dú)的污泥輸送棧橋以避免污泥和煤共用棧橋，采用小容積（不超過2 h污泥焚燒量）圓柱形爐前污泥倉以避免邊角搭橋，減小下部污泥擠壓力并降低停爐或污泥倉堵塞時(shí)的清理難度，同時(shí)，配置主動(dòng)式清堵裝置提高污泥下料順暢性，并選用適合輸送污泥的螺旋式給料機(jī)。最后，考慮到寒冷天氣運(yùn)行工況，送料風(fēng)采用一次熱風(fēng)，以提高污泥在落料管中的流動(dòng)性。該系統(tǒng)在杭州某熱電廠摻燒污泥系統(tǒng)改造中應(yīng)用，自2017年1月建成投運(yùn)以來，運(yùn)行良好。

表2 污泥輸送系統(tǒng)設(shè)備Tab. 2 Equipment in the sludge conveying system