利用燃煤电厂锅炉进行水处理固废处置应用.pdf

2024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER利用燃煤电厂锅炉进行水处理固废处置应用赵红兵（马鞍山钢铁股份有限公司，安徽马鞍山 243000）【摘要】对企业生产过程中产生的废弃物进行无害化处置或资源化利用是大型钢铁企业处置危废、固废的发展趋势。通过对马钢公司利用自备电厂燃煤锅炉处置固废案例的研究，验证大型冶金企业利用燃煤电厂锅炉进行固废处置具有十分明显的经济效益和环境效益。【关键词】燃煤锅炉；固废处置；环境保护【中图分类号】X705 【文献标志码】B【文章编号】1006-6764（2024）02-0089-04 【开放科学（资源服务）标识码（OSID）】Application of Water Treatment Solid Waste Disposal Using Boilers of Coal-Fired Power PlantZHAO Hongbing(Maanshan Iron and Steel Co.,Ltd.,Maanshan,Anhui 243000,China)【Abstract】The harmless disposal or resource utilization of waste generated in the production process of enterprises is the development trend of large-scale iron and steel enterprises for disposal of hazardous waste and solid waste.Through the case study of Maanshan Iron and Steel Companys utilization of coal-fired boilers in its own power plant to dispose solid wastes,it is proved that the utilization of coal-fired power plant boilers by large metallurgical enterprises for solid waste disposal has very obvious economic and environmental benefits.【Keywords】coal-fired boilers;solid waste disposal;environmental protection引言固体废弃物是指在生产、生活中丧失原有利用价值的固态、半固态物质。随着国家环保管控持续加强，企业固废处置难度及成本大幅增加，如何将产量巨大、成分复杂的固废进行科学处理，实现其无害化、资源化1，已成为我国乃至全球环保工作的重大难题。大型钢铁冶金企业在生产过程中会产生大量固体废弃物，如果没有按照环保要求进行无害化处置，将会对土壤、水资源造成严重的污染，但如果科学合理地加以利用，不仅能降低企业处置固废的成本，而且还可以为企业创造额外的利润，同时对环境保护也会起到积极的影响。1 固废处置方式我国钢铁冶金企业产能已位居世界前列，随之而来的无价值固废产生量也呈现出爆炸式增长。目前钢铁企业无价值固废处置方式主要有外委处置、循环利用、填埋、焚烧发电四种方式，依据固废种类的不同采取不同的处置方式。1.1 外委处置通过专业固废处置单位进行处理是外委处置的主要途径。目前由于地域差异，无价值工业固废外委处置费用相差较大，无形中增加了钢铁企业的生产成本。1.2 循环利用循环利用是指固废在大型企业内部循环利用，通过企业内部专业处理使无价值固废重新获得使用价值，采用该方式企业同样需要支付大量处置费用。892024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER1.3 填埋自 2016 年国务院颁发 土壤污染防治行动计划（国发 2016 31号），我国已全面开展土壤防护工作，直接填埋工业固体废物将被国家明令禁止。1.4 焚烧发电焚烧具有一定热值的固废、危废是钢铁企业普遍采用的方式之一，其中以焚烧发电为主要方式。焚烧发电具有占地面积小、减量化效果显著、无害化彻底、资源化利用率高等优点，但也有初始投资大、污染大气、对固废热值要求高等缺点，且含水率较高的固废一般很难进入煤粉锅炉进行掺烧，若对其进行干燥处理容易造成二次污染。为此马钢公司结合燃煤粉锅炉超低排改造，利用电厂燃煤锅炉实行固废的资源化、无害化处置，既降低了大气污染，也没有造成二次污染，符合国家环保要求。2 改造应用实践马钢股份有限公司自备电厂隶属于马钢能环部，其南区有早期建设的3台可以掺烧30%煤气的燃煤锅炉，其主要设计参数为额定蒸发量220 t/h，主蒸汽温度540，主蒸汽压力9.8 MPa，设计烟气量29 万m3/h，设计燃煤量28.6 t/h。2018年12月，公司利用南京某大学的专利技术改造建设了“掺烧公司内部工业污泥改造系统”。该系统设计年处理能力超2.5 万t，可以完全处置马钢公司内部污水处理和制水过程中产生的污泥。系统利用发电厂燃煤粉锅炉尾部烟气对湿污泥进行干燥，干燥后的污泥回送至燃煤粉锅炉进行焚烧处置。运行至今，该系统稳定、安全、可靠，满足环保要求。2.1 处置前可行性分析马钢内部水处理工艺固废见表1。通过委托第三方对污泥取样分析，对照 城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918-2002），确认水处理固废污泥均未存在重金属超标的情况，因此可以对其入炉焚烧进行无害化处理，焚烧后可减量超过90%，且不会产生新的污染物。2.2 处置工艺污水处理污泥利用锅炉高温烟气烘干后进入制粉系统进行掺烧，污泥干燥工艺流程图见图1。表1 马钢内部水处理工艺固废序号12类别钢轧厂废水坑污泥能源厂污水处理污泥产生量/（t/a）约4 000约20 000特点产生点多，各品种含油量不同，热值差别大热值约为10 MJ/kg种类一般固废一般固废图1 污泥干燥工艺流程图902024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER污水处理污泥初始含水率为65%左右，使用从锅炉脱硝后空气预热器进口处抽取的高温烟气（抽取量9%的总烟气量）对其进行干燥处理（抽取的高温烟气需经过飞灰旋风分离器分离烟气中的飞灰，分离后的飞灰由罗茨风机吹入电厂已有的干灰库，而净高温烟气送入卧式污泥干燥机烟气侧对污水处理湿污泥进行干燥）。待干燥的湿污泥（见图2）通过污泥仓中的双螺旋绞龙输送至污泥干燥机，在干燥机内与高温烟气混合预干燥后，经增压风机抽吸至污泥耙式干燥机干燥塔内悬浮充分干燥。干燥过的污泥颗粒经陶瓷多管除尘器将污泥颗粒与低温烟气分离，低温烟气进入锅炉布袋除尘器，干燥污泥颗粒（见图3）经下部灰仓至气固喷射器，被气固喷射器气力输送至磨煤机内，随后入炉焚烧。该系统湿污泥的处理能力是5 t/h，经污泥干燥装置干燥后的污泥颗粒含水率小于 5%，整个干燥过程不发生化学反应，不增加原烟气SO2、NOX浓度。每台锅炉燃煤消耗量是28.6 t/h，最终进入炉膛掺烧的干污泥量为2.253.15 t/h，因掺烧至两台锅炉，所以掺烧的比例应为3.9%5.5%，干污泥掺烧量占原煤的比例6%2，因此，对应湿污泥处置量为78 t/d。经测算将干污泥掺入煤中燃烧，需补充燃料约 225 kg/h，仅占原煤消耗量的0.75%。系统新增燃煤烟气量约4 357 m3/h，占锅炉原总烟气量的2.8%左右，新增水汽量约3 944 m3/h，对锅炉燃烧、运行效率不会产生影响2。湿污泥具有明显的异味，但掺烧过程全程处于封闭状态，对环境不会产生污染。干污泥进入炉膛后，在高于1 100 的高温下燃烧，能彻底消除污泥异味，同时也能彻底分解二噁英等有毒有害物质。由于燃煤锅炉已完成超净排改造，燃烧产生的烟尘、SO2、NOX等有害物质随锅炉烟气一起经过除尘布袋及湿法脱硫烟气净化系统处理后，均能达标排放3。污泥焚烧后产生的灰渣随锅炉燃煤产生的灰渣一起综合处理，避免了固体废弃物的污染。由于该污水处理污泥处置属于企业内部处置，无需长途运输，也减少了运输过程产生的扬尘污染。2 000 万t产能的马钢公司年产生大约2.5 万t水处理污泥，该污泥烘干焚烧处理系统按年运行320天（除去设备故障及检修时间）计算，平均每天需要处理约78 t湿污泥，由于该系统设计处理量为5 t/h，每年设计处理量能够达到3.84 万t湿污泥，所以实际处理2.5 万t水处理污泥只需要该系统运行5 000 h，完全满足需求，并且有较高的可靠性。该系统在处置污泥时主要增加成本是少量补燃原煤以及该系统的动力介质消耗，初步估算湿污泥处置费用为 360600 元/t（价格差异是因原煤价格变动），与外委处置相比大大节约了处置费用（本地外委固废处置费用大约为400800元/t），具有良好的经济效益。2.3 处置工艺关键点整个污泥干燥控制系统采用 DCS系统控制操作，操作简单、直观、保护设置方便，为工艺关键点参数精确控制提供了良好条件，较好保障了污泥干燥系统稳定运行。（1）因污泥固废的含水率变化较大，为保障整个系统的运行稳定性，公司在工艺关键设备选型及保护上都做了优化处理，具体见表2。以上优化处理使得整个系统负荷、干燥温度、污泥干燥后物料含水率均可调、可控，对前端污泥固废的含水率变化具有较好的适应性。（2）干燥后的低温烟气将进入锅炉布袋除尘器处理，因进入的烟气温度不能超过除尘布袋的最高允许工作温度，所以必须对干燥机出口温度进行精确控制。系统设置了前端烟气调节阀与后端污泥耙式干燥机变频调速调节，确保污泥耙式干燥机出图2 烘干前料仓污泥图3 烘干后污泥912024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER口烟气温度180，避免低温烟气超温烧坏布袋。（3）因为干燥后的污泥颗粒对后端分离器的磨损较大，所以系统选择陶瓷多管分离器，以解决干燥后的颗粒分离磨损问题。（4）为了观察干燥后污泥颗粒的气力输送情况，喷射器出口处加装了有透明观察窗的玻璃连接头，可观察疏堵情况。3 结论该污泥烘干焚烧处理系统从湿污泥进仓到干污泥进入锅炉炉膛燃烧，全过程、全系统封闭运行，不产生二次扬尘污染及异味。系统采用DCS控制操作，具有负荷可调、温度可调、物料含水率可调等优势。燃煤锅炉中掺入少量污泥（比例不大于 6%），对燃料燃烧的稳定、锅炉效率、锅炉参数和受热面工作的安全性不会产生不良影响，可有效解决水处理产生的污泥处置问题。污泥干燥燃烧后，不再占用填埋场地，节约了土地资源，同时产生的飞灰与粉煤灰可一起作为建筑材料再生利用，实现了资源合理利用。经过近几年的运行实践，验证了该系统工艺成熟、可靠，是钢铁企业内部处置水处理污泥较好的方案。参 考 文 献 1 赵丽君，张大群，陈宝柱.污泥处理与处置技术的进展 J.中国给水排水，2001（6）：23-25.2 芮新红，周强泰，张宁生，等.煤粉锅炉掺污泥燃烧的计算和分析J.江苏电机工程，2003（6）：24-26.3 李德波，阙正斌，苗建杰，等.燃煤电厂掺烧生活污泥燃烧及环保特性现场试验研究 J.热能动力工程，2023，38（8）：110-117+124.收稿日期：2023-11-17作者简介：赵红兵（1966-），男，工程师，本科，现主要从事安全管理工作。表2 关键设备控制选择及保护设置序号1234设备名称污泥输送机污泥耙式干燥机增压风机罗茨风机调节控制选择变频变频变频变频保护设置过载保护过载、轴承温度、干燥塔烟气出口温度设置联锁保护过载、轴承温度、风机振动、风机出口烟气温度设置联锁保护过载保护（上接第26页）措施。由于各钢铁厂的铁矿石、焦炭、煤粉原料不同，所处的地理位置、大气环境也不同，对于不同的钢铁厂应根据当地的具体情况，设计合理的管道防腐系统。对于南方地区，环境温度通常高于煤气露点温度，建议从工艺源头降低高炉煤气的含湿量，同时根据季节变化辅助以干燥吸附剂来降低高炉煤气含湿量，从而使高炉煤气的露点温度低于环境温度，解决管道腐蚀问题。对于北方地区，在夏季，可从工艺源头上降低高炉煤气的露点温度；在冬季，可采用净煤气管路串联喷淋洗涤装置的方法，降低高炉煤气中氯离子含量。参 考 文 献 1 盖东兴，周全，胡建亮，等.高炉煤气干法除尘系统除盐研究 J.冶金动力，2013（4）：25-26.2 李海军.高炉煤气管道防腐缓蚀新工艺的应用 J.冶金动力，2020（2）：32-35+38.3 张琰.干法除尘高炉煤气的管道腐蚀机理与防护对策研究 D.东北大学，2014.4 曾邵，王天堂，陆士平，等.关于高炉煤气管道防腐蚀材料的选择J.全面腐蚀控制，2012，26（5）：2-5+22.5 陈小东，邓万里.高炉煤气干法除尘后煤气管道腐蚀情况分析及对策 J.冶金能源，2011，30（6）：16-19.6 王树忠.高炉煤气中含氯对煤气系统运行的影响 J.冶金动力，2006（5）：22+24.7 党东红，郜来森.干法除尘高炉煤气腐蚀问题探讨 J.冶金动力，2007（6）：24-25.8 钟丽娜.钢厂煤气管道内腐蚀原因及防腐涂料的选用 J.冶金动力，2022（1）：33-35+58.9 施万玲，吴炳成，夏朝晖.热风炉烟气使高炉煤气脱湿的研究 J.冶金动力，2018（4）：21-23.10 中冶南方工程技术有限公司.一种高炉煤气脱除酸性气体的洗涤塔：CN202020459395.2 P.2021-01-05.收稿日期：2023-12-05作者简介：施万玲（1985-），女，高级工程师，硕士，现从事钢铁厂燃气设计及节能研究工作。92