燃煤电厂锅炉机组掺烧污泥的数值模拟与工程应用研究进展与展望

随着我国经济快速发展及城镇化进度不断加快,污泥产量也在与日俱增,燃煤电厂锅炉机组掺烧污泥能够快速减量的同时做到无害化处理,是目前具有广泛应用前景的污泥处理方法.综述了基于燃煤锅炉机组掺烧污泥的数值模拟研究现状,发现目前已开展的数值模拟研究中,针对含水率较高的污泥应采用涡耗散模型进行气相湍流燃烧模拟以进一步提升模拟精度;现有数值模拟中普遍采用未考虑灰层阻力的焦炭燃烧模型,造成飞灰含碳量的模拟结果与工程实际中存在一定的误差,基于改进的焦炭燃烧模型对燃煤锅炉掺烧污泥进行掺混比进一步精确研究是未来的重要研究方向;针对污泥掺烧给燃煤锅炉带来的问题,开展燃烧调整数值模拟以优化掺混污泥后的炉内燃烧工况也是未来的热点研究方向.

燃煤耦合污泥发电过程二噁英生成与排放研究

为了解耦合污泥对燃煤系统中二噁英的生成和排放的影响,在某600 MW机组锅炉上进行实炉掺烧造纸污泥试验。在未掺烧污泥和掺烧污泥2个工况下,分别采集干燥炭化机进出口烟气、选择性催化还原(SCR)脱硝装置进口烟气、空气预热器出口烟气、烟囱烟气、原料污泥、干燥炭化污泥、炉渣和飞灰样品,采用高分辨气质联用仪分析了其中二噁英含量。结果表明:掺烧污泥(质量分数约为燃煤量的1%)没有导致二噁英的高温气相均相生成,以及中低温催化生成和大气排放水平的增加;掺烧污泥工况下采集的6个烟囱烟气样品中二噁英毒性当量(I-TEQ)质量浓度为0.008~0.013 ng/m^(3)(均值为0.010 ng/m^(3))和未掺烧污泥工况下采集的6个烟囱烟气样品中二噁英I-TEQ质量浓度(范围为0.008~0.015 ng/m^(3),均值为0.012 ng/m^(3))无显著差别;污泥干燥炭化过程中有少量二噁英生成,在煤粉燃烧室的污泥中二噁英可被高温彻底销毁;SCR催化剂发挥了催化二噁英降解的作用,高氯取代二噁英更易于被SCR催化剂降解;飞灰中二噁英I-TEQ质量浓度均低于0.2 ng/m^(3),其资源化利用过程不会引起环境二噁英污染。

污泥与煤泥混燃过程中颗粒物的排放特性及汞成核机理

为实现城市污泥协同低热值煤泥的高效资源化利用,以单组分污泥、煤泥以及耦合燃料作为研究对象,针对燃烧过程中所生成的可吸入颗粒物,利用多种表征手段及自行建立的流化床实验系统,结合耦合燃料以及燃烧产物的微观特性及元素分布,并基于成核控制理论,在揭示多参数耦合条件下颗粒物排放特性以及粒径分布的基础上,研究混烧条件下Hg在颗粒物表面的成核机理。研究结果表明:样品所含挥发分与矿物质在燃烧过程中存在交互作用,主要包括焦炭、无机矿物质与易气化元素之间的反应,对颗粒物的形成具有较大影响。所生成颗粒物的粒径均呈双峰分布的特征,其中燃烧温度对排放特性的影响存在临界值(800℃)。随着粒径的减小,粗细2种模态颗粒物的分布范围均呈现减小的趋势,且对应峰值均逐渐增大(800℃燃烧条件所对应峰值分别可达3.6%和18.0%)。PM1与PM1~10的组成元素分别主要为易气化元素(如K、Mg、S、Cl和P等)与难熔性元素(如Si、Al、Fe和Ca等)。均相成核和异相凝结是Hg由气相向粒子成核转变的基本途径,并存在不同的成核控制机制,其中异相凝结过程又包含扩散控制与表面反应控制2种机制。

300MW燃煤锅炉掺烧生活污泥试验研究

为研究燃煤锅炉掺烧生活污泥的影响规律,对掺混污泥比例0%、10%、15%得到的三种混合燃料进行燃料特性和灰熔融特性分析研究,通过调控送入锅炉的混合燃料量,分别在广东某电厂300MW燃煤锅炉50%负荷和满负荷工况下开展现场燃烧试验,检测锅炉燃烧及污染物排放等指标,分析电厂锅炉系统、风烟系统、现有烟气净化系统的运行情况。结果表明:该锅炉掺烧污泥比例在15%以下时,电厂各系统均能稳定运行,烟气污染物满足超低排放要求。

城市污泥和煤混燃特性的热重分析法研究

利用热重分析法对某城市污泥和某煤种及其两者混合物的着火温度、活化能及综合燃烧特性等参数进行了研究。试验结果表明 ,混合试样和煤相比其活化性能得到了提高 ,着火温度提前 ,综合燃烧性能下降。在混燃过程中 ,煤和城市污泥基本上保持了各自的挥发分析出特性 ,煤的燃烧表现得更为明显。

采用热重分析法研究煤掺烧干污泥燃烧特性

利用热重分析法对干污泥和煤及二者混合样的燃烧特性进行了研究.结果表明,在空气介质、升温速率25℃/min、温度范围20～1000℃的情况下,干污泥分别在280℃、480℃出现2个失重峰,煤在500℃时出现1个失重峰.随着干污泥掺烧比增加,混合样失重速率峰值及最大燃烧速率值增大,出现温度提前.一定比例范围的干污泥掺烧可以改善煤的着火性能,有利于煤的稳定燃烧,燃料的可燃烧性指数增加,使燃烧特性改善,该指数介于干污泥和煤单一成分燃烧特性指数之间.

含油污泥-煤混合燃料燃烧特性研究

利用热重分析法研究了含油污泥一煤混合燃料在不同条件下的燃烧特性，分析了不同配比下混合燃料的挥发份析出特性、着火特性和燃尽性能。研究表明：不同配比混合燃料的燃烧阶段都可分为100～450℃和500～800℃2个温度区间；升温速率对混合燃料燃烧曲线影响不大；混合燃料的燃尽温度从空气条件下的800℃降低到富氧80％条件下的600℃，燃烧曲线向低温侧移动。混合燃料的挥发分初析温度从单煤时的410℃迅速降低到油泥含量40％时的200℃，煤中继续掺入油泥混合燃料，挥发分初析温度变化不大；随油泥含量增大，混合燃料的着火温度逐渐从510℃降低到275℃，燃尽温度逐渐从900℃降低到605℃，燃尽时间逐渐从60min降低到41min；混合燃料的油泥含量为40％时，稳燃特性指数最大。因此，混合燃料具有较好的燃烧特性。

印尼褐煤湿煤末(煤泥)流化床中试燃烧试验研究

为解决国华印尼电厂燃用印尼褐煤的干燥,及干燥后衍生的湿煤末(煤泥)的回用问题,在0.5 m×0.5 m异重循环流化床中试试验炉上燃用印尼褐煤湿煤末制备的煤泥浆,并进行污染物排放和燃烧效率分析,为褐煤湿煤末(煤泥)的回用提供中试试验数据支撑。结果表明:印尼褐煤湿煤末(煤泥)浆液在循环流化床锅炉中能稳定燃烧,燃烧效率达到98%以上,燃烧过程中无需添加其他燃料,焚烧污染物排放均能达到《GB13223-2011》火电厂大气污染物排放标准。

燃煤耦合污泥焚烧发电技术研究进展

焚烧法作为实现我国污泥快速减量化、无害化处置的主流方式得到广泛应用,而在“双碳”减排目标的推动下,燃煤耦合污泥焚烧发电技术能有效实现燃煤低碳减排和污泥清洁焚烧处置。然而,现阶段燃煤耦合污泥焚烧发电技术在锅炉结焦结渣、燃烧污染物排放和技术经济性等方面仍存在较多问题。总结了污泥基本理化性质、水分赋存形态、煤质指标和不同干化技术,对比分析了湿污泥直接掺烧、烟气直接干化污泥后掺烧和饱和蒸气间接干化污泥后掺烧这3种技术路线的优缺点,并结合我国燃煤耦合污泥发电典型工程项目的技术参数进行深入分析。实践表明,湿污泥直接掺烧存在燃烧工况稳定性差、处置量低等问题,而“干化+掺烧”技术路线能在保证燃烧热稳定性的基础上实现较大的污泥处置量。考虑到烟气直接干化污泥存在粉尘爆炸风险高、烟气量需求大等问题,利用饱和蒸气间接干化污泥后掺烧燃烧效果较好。在污泥间接干化技术中,桨叶式干化和圆盘式干化热效率高、粉尘产生量低、占地面积小。由于污泥干化过程中存在黏滞性,需选取合适的干化模型对传热传质过程进行分析。我国燃煤耦合污泥发电典型工程项目运行实践表明,污泥掺烧比例控制在较佳范围时,既能保证燃煤机组燃烧热效率,又能满足常规污染物、重金属和二噁英等污染物的排放标准。在国家政策层面,亟需对燃煤耦合污泥焚烧发电技术污染物排放标准、发电补贴标准和碳减排核算标准等相关政策加以明确和细化,大力推动该技术的发展。

选煤厂浮选尾煤资源化利用技术分析

煤炭工业的快速发展及煤炭入选量的急剧增大,使我国浮选尾煤产生量越来越大,合理开发利用浮选尾煤资源对缓解我国能源紧缺及控制因其带来的环境污染具有重要意义。介绍了我国浮选尾煤处理流程及其特性,分析了目前浮选尾煤处理中的流化床燃烧、型煤加工、建材制造、气化及热解、填埋等处理方式的特点,认为浮选尾煤的利用应从经济性和规模化出发,且应以混燃技术为主,积极发展其他利用方式,使尾煤的开发利用多元化。

污泥和煤混燃特性的研究

利用热重-红外联用的方法对某一煤种、污泥及其两者混合物进行了在升温速率为15℃/min、模拟空气气氛条件下的燃烧情况和红外适时在线跟踪检测情况,分析了其燃烧过程中燃烧特性参数和IR谱图的变化情况。其结果表明:混合试样和煤相比,其着火温度有所上升,综合燃烧性能有所下降;在混燃过程中。

流化床条件下城市污泥和烟煤煤泥混烧对颗粒物排放特性的影响

污泥/煤泥作为高灰分低热值燃料,燃烧是大规模减量化处理以上2种物质的一种有效手段,随着雾霾问题的日益严重,在此过程中需要特别关注其颗粒物的排放问题。基于流化床实验台,采用自行设计的颗粒物收集装置,并且利用BT-9300HT激光粒度分析仪和X射线荧光光谱仪(XRF)分别得到生成颗粒物的粒径分布和化学成分,揭示了污泥/煤泥单独燃烧和污泥/煤泥混烧颗粒物的生成特性。实验结果表明:污泥与煤泥在流化床中单独燃烧时颗粒物的粒径分布在800℃前后表现出明显的变化差异,且PM_(2.5)/PM_(10)体积分数排放量与粒径分布峰值一致,为焦油对颗粒物的固定吸附作用、碱金属的熔融团聚作用与矿物质在燃烧过程中的气化、碰撞、破碎作用交互影响所致。燃烧产生的PM_(2.5)主要成分为K,Mg,S,Cl,P,PM_(10)主要成分为Si,Al,Fe,Ca,且污泥的PM_(2.5)中K,Mg,S,Cl,P较煤泥高,煤泥的PM_(10)中Si,Al,Fe,Ca较污泥高。燃烧温度和污泥/煤泥质量比会影响颗粒物的排放特性,其中燃烧温度的升高会导致粗模态颗粒物对应的峰值呈现向小粒径方向且向上移动的趋势;不同质量比条件下颗粒物的实验值与线性加和值有明显差异,混烧明显减少了燃烧后PM_(2.5)的排放量,原因在于燃烧过程中污泥中的易气化元素(K,Cl,P,S等)与煤泥中的矿物质与焦炭存在一定的交互作用。

新型电力系统规划下燃煤电厂锅炉机组的发展

我国新型电力系统规划下,新型清洁发电机组装机容量不断增加,其随机性、间歇性和不稳定性的发电特点使得燃煤发电需要承担电网的调峰重任。在未来相当长的一段时间里,燃煤发电仍将是我国的主要发电方式,为进一步减少煤炭消耗且实现城市污泥的快速减容,燃煤电厂污泥掺烧得到了快速发展和重点关注。基于以上两点,对新型电力系统规划下燃煤电厂深度调峰与污泥掺烧的发展进行综述,研究发现:深度调峰是新型电力系统规划下燃煤电厂的重要发展方向,我国已投产燃煤锅炉机组的原设计均未考虑长期处于深度调峰工况下运行,因此燃煤锅炉深度调峰改造困难较大,应通过数值模拟与工程试验相结合的方法对锅炉机组开展灵活性改造;燃煤电厂污泥掺烧可以实现污泥减容及提升发电经济性,也是新型电力系统规划下燃煤电厂的重要发展方向,燃煤锅炉掺烧质量分数不大于10%的污泥不会干扰锅炉机组的正常运行,且对锅炉机组整体NO排放具有抑制作用。

燃煤锅炉掺烧炼化干化“三泥”试验研究

为有效处理炼化企业污水处理厂大量的含油"三泥",减少其堆放、填埋及焚烧过程对环境造成的二次污染,有必要对其进行干化处理。通过对炼化干化"三泥"性质、燃煤锅炉掺烧工艺及掺烧设备的详细研究,确定了炼化"三泥"无害化处理的最佳工艺方案,较好地解决了炼化干化"三泥"粘结性强、流动性差的棘手问题。此技术的研究将为炼化"三泥"无害化、资源化处理探索出一条可行的路线。

炼化“三泥”在煤粉锅炉掺烧技术的应用研究

为有效处置炼化企业大量的含油"三泥",减少"三泥"污染,在干化"三泥"性质、燃煤锅炉掺烧工艺及燃煤锅炉掺烧试验基础上,总结出干化"三泥"无害化处理工艺路线和掺烧干化"三泥"对煤粉炉不同系统的影响。结果表明,煤粉炉掺烧干化"三泥"在技术上和实际掺烧上是可行的,对原煤输送系统、制粉系统、烟气排放、锅炉燃烧稳定性的影响都很小,不会影响锅炉的安全生产,为炼化企业含油"三泥"无害化、资源化处理探索出一条可行的路线。

吸收式热泵耦合带式干化在热电厂煤泥掺烧上的应用分析

热电厂煤泥掺烧机组利用吸收式热泵耦合带式干化技术,不仅可对污泥进行无害化处置,同时回收利用污泥干化及电厂焚烧余热废热,减少环境热污染,提高能源利用率。

煤粉掺烧干化污泥的燃烧特性及能效分析

针对某电厂420 t/h四角切圆煤粉炉进行掺烧污泥的改造,根据煤与污泥掺混后在煤粉炉上的着火、稳燃、结渣等特性分析了煤粉炉掺烧干化污泥的可行性,并利用火用平衡分析方法对煤粉炉掺混不同比例、不同含水率污泥时锅炉效率及各受热面火用损情况进行了分析。结果表明,当污泥掺混比例小于1∶4时,泥煤混合燃烧特性与煤相似,且火用效率略大;污泥掺混大于该比例后,其灰熔点下降明显,有明显结渣倾向,且排烟损失显著增加。以上研究结果可为电厂掺烧干化污泥的可行性提供了必要的实验和理论依据。

油泥与煤混合滤饼燃烧过程的数值模拟与分析

为解决辽河油田油泥所带来的环保、污泥排放及治理问题,利用Fluent软件平台着重对油泥和煤制成的混合滤饼在循环流化床炉内燃烧过程的温度场和速度场进行计算模拟并分析。结果表明,混合滤饼在炉内燃烧情况良好,实现了油泥彻底的无害化和燃料化,而且结合CFB锅炉技术滤饼燃烧效率更高,为油田的油泥处理处置提供全新的途径。

污泥与煤在CO_2/O_2及N_2/O_2气氛条件下的混燃特性分析

采集了广州具有代表性的市政污泥,利用热重法对单一污泥、煤及其混合样品在CO_2/O_2及N_2/O_2气氛条件下进行了TG(热重)实验,同时计算了污泥和煤的4个燃烧特性指数,获得了燃烧的动力学参数.实验结果表明,污泥燃烧有4个燃烧阶段,包括水分析出、挥发分析出与燃烧、固定碳的燃烧和无机盐类挥发分解,其中,挥发分析出与燃烧是污泥燃烧的主要阶段;煤掺烧污泥可以提高煤的着火性能.在CO_2/O_2及N_2/O_2燃烧气氛下,增加O_2浓度,污泥与煤混合样的热重曲线整体向低温区移动,微商热重曲线峰值增大,峰宽变小,燃烧性能增强.在CO_2/O_2气氛下,O_2浓度从30%增加到60%时,污泥的挥发分释放特性指数D、可燃性指数C、燃尽指数Cb、综合燃烧特性指数S分别增加了45%、12%、18%、6%.相同O_2浓度条件下,污泥与煤在CO_2/O_2气氛下的着火性能较N_2/O_2气氛滞后,最大峰值变小,高浓度的CO_2抑制其混合样的燃烧.采用Coats-Redfern方程计算得到3个燃烧阶段反应的动力学参数,其中,增加O_2浓度,污泥与煤混合样品的质量平均表观反应活化能Em减小,并且O_2浓度越高越有利于燃烧反应的进行.污泥与煤混合燃烧取n=2可以对挥发分燃烧与固定碳燃尽峰峰前与峰后的反应模型进行描述.

造纸污泥与煤/生物质掺混燃烧特性及动力学分析

为研究造纸污泥与煤/生物质混合原料的燃烧特性及其动力学行为,通过热分析试验和分布式活化能模型方法,研究20%O2/80%N2的燃烧气氛下,造纸污泥在10℃/min升温速率下与混煤、蔗渣在不同掺混比下的燃烧特性和动力学参数.研究结果显示1)随着混煤掺混比的增加,燃烧过程的温度范围不断缩小,综合燃烧特性指数先增加后减小再增加,平均活化能增加至219.41 kJ/mol(10Z90H)后下降.在低温范围内,污泥与混煤的掺混对减少物料的质量残留率具有促进作用,高比例的混煤与污泥掺混在高温阶段对反应具有抑制作用.结果表明,90Z10H为污泥与混煤的最佳掺混比.2)随着蔗渣掺混比的增加,着火温度先增加后减低,终止温度不断降低,综合燃烧指数不断增加,活化能从190.97 kJ/mol不断增加至215.24 kJ/mol,低温阶段两者并没有明显的交互作用.综上所述,50Z50Z为污泥与蔗渣的最佳掺混比.