CN115337771A - 一种燃煤耦合污泥焚烧发电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种燃煤耦合污泥焚烧发电方法，该方法包括以下步骤：在污泥脱水的干化机后增加烘焙机，将从干化机出口的污泥加热，生成烘焙污泥与烘焙产气，烘焙污泥送入煤粉炉中焚烧，烘焙产气与部分来自干化机的蒸汽混合后冷却，获得液相和不凝气体，液相为氨和碳酸铵的混合溶液，实时监测混合溶液中的氨氮浓度，并反馈至干化机出口的蒸汽三通阀门，调整阀门开度，液相采用氨水泵增压，从煤粉炉炉膛上部喷入，还原烘焙污泥焚烧产生的NOX，不凝气体送入煤粉炉内焚烧。与现有技术相比，本发明可在无需加入还原剂的情况下，使炉内NOX浓度降低至50mg/Nm3以下，达到采用催化剂的SCR脱硝方法时才能达到的脱硝效果，大大降低运行成本。
Description
技术领域
本发明涉及污泥处理领域，尤其是涉及一种燃煤耦合污泥焚烧发电方法。
背景技术
城市市政污泥来源于城市污水处理厂，随着居民生活水平的提高，污泥产量年年攀升。而污泥除含有大量的氮、磷等营养物质以外，还含有重金属、病原体、寄生虫卵、有毒有机物等有毒有害物质，如果不对污泥加以有效的处理，会严重污染环境，影响人们的身体健康。市政污水污泥含灰比例高，热值相对较低，为降低成本，采用在燃煤电站中将污泥掺入煤粉炉耦合焚烧，相比于污泥独立焚烧具有节约干化设备、烟气净化设备投资的优势，一方面拓展了燃煤电厂服务于城市的功能，另一方面提升了燃煤电厂减碳的能力，对实现城市污泥的低成本高效处置和保证燃煤发电量都有重大意义。
我国的动力煤含氮量在1％左右，污泥含氮量一般在3-9％之间，常用于燃煤发电的煤粉炉炉膛温度较高，会造成大量NOX的生成和排放。因此，常用SNCR以及SCR等方法对燃煤产生的烟气进行燃烧后脱硝。其中，SCR反应温度较低，净化率高，可高达85％以上，但由于需要使用催化剂，烟气中某些污染物可使催化剂中毒，高分散度的粉尘微粒可覆盖催化剂的表面，使其活性下降；此外，***中存在一些未反应的NH3和烟气中的SO2作用，生成易腐蚀和堵塞设备的(NH4)2SO4和NH4HSO4，同时还会降低氨的利用率，投资与运行费用较高。而SNCR需在特定的温度窗口(850-1050℃)向烟气中喷入氨气、尿素等还原剂，以达到较高的脱硝效率，甚至可达到NOx的超低排放，但由于没有催化剂，对温度要求严格，温度过低，NOX转化率低；此外，在SNCR过程中，主要的运行成本为还原剂的投入成本，对于一台660MW的煤粉炉，每天SNCR的液氨耗量约为3t/d，目前液氨成本约为5000元/t，采用SNCR方法对污泥合并燃煤焚烧产生的烟气进行处理每年仅液氨成本就达500万元以上，而采用尿素作为还原剂的成本更高。因此，对于污泥的燃煤电站，亟需一种低成本、脱硝效果良好的燃煤发电方法。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃煤耦合污泥焚烧发电方法，可在无需加入还原剂的情况下，达到良好的脱硝效果，大大降低运行成本。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明的目的是提供一种燃煤耦合污泥焚烧发电方法，包括如下步骤：
S1、污泥在干化机中脱水，得到脱水污泥和水蒸气；
S21、将S1中得到的脱水污泥送入烘焙机加热得到烘焙污泥与烘焙产气；
S22、将S1中得到的水蒸气送入三通阀门后分为两股，第一股水蒸气与S21中得到的烘焙产气混合配置氨水，第二股水蒸气进行后处理；
S31、将S21中得到的烘焙污泥送入煤粉炉中焚烧；
S32、将S21中得到的烘焙产气和S22得到的第一股水蒸气混合后送入冷凝器冷却得到液相和不凝气体；
S4、监测所述冷凝器中液相的氨氮浓度，并反馈至所述三通阀门，调整所述三通阀门开度，控制S22中所述的第一股水蒸气的量；
S5、将S32中得到的液相送入氨水泵增压，喷入所述煤粉炉，还原烘焙污泥焚烧产生的NOx；
S6、S32中得到的不凝气体送入所述煤粉炉内焚烧。
优选地，S1中所述脱水污泥在所述干化机出口的温度为75-110℃。
优选地，S21中所述烘焙机加热的温度为200-300℃，速率为10-100℃/min。
进一步优选地，S21中所述烘焙机加热的温度为300℃。
优选地，S21中所述烘焙机加热所用热源为所述煤粉炉内焚烧产生的高温烟气或高温烟气加热产生的蒸汽。
进一步地，所述液相为氨和碳酸铵的混合溶液。
优选地，S4中调整所述三通阀门开度，控制所述液相中氨浓度为20-25wt％。
优选地，S4中通过氨氮传感器获取冷凝器中液相的氨氮浓度。
优选地，S4中所述三通阀门为电磁三通阀门，所述三通阀门上还设有单片机，所述单片机通过I/O接口分别与所述氨氮传感器与所述三通阀门电连接。
进一步地，所述烘焙产气包括氨气、CO2、水蒸气、甲烷、CO，其中氨气浓度为40-70wt％。
进一步地，所述不凝气体包括甲烷、CO。
优选地，S32中所述冷却温度为0-40℃。
优选地，S5中经过所述增压后，液相的压力大于0.3MPa。
优选地，S32中所述的冷却过程释放的热量，用于预热供入所述煤粉炉的空气。
优选地，在所述冷凝器和所述氨水泵之间增设储存罐。
进一步优选地，S32中得到的液相分为两股，第一股液相直接送入所述氨水泵增压，第二股液相送入所述储存罐后送入所述氨水泵增压。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)本发明提供的方法，可在无需加入还原剂NH3、尿素等的情况下，使炉内NOX浓度降低至50mg/Nm3以下，脱硝效果优于SNCR方法，达到采用催化剂的SCR脱硝方法时才能达到的脱硝效果，大大降低运行成本。
2)本发明在传统煤粉炉耦合污泥焚烧的基础上，额外配置烘焙设备，不需使用催化剂，成本远低于SCR设施。
附图说明
图1为本发明所提供的一种燃煤耦合污泥焚烧发电方法流程图。
图中标号说明：
1、三通阀门，2、干化机，3、烘焙机，4、冷凝器，5、氨水储存管，6、煤粉炉，7、煤粉炉。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本技术方案中如未明确说明的制备手段、材料、结构或组成配比等特征，均视为现有技术中公开的常见技术特征。
本技术方案在构思历程中充分意识到现有技术中还原剂NH3、尿素带来的问题，便创新地在无需加入还原剂NH3、尿素等的情况下，使炉内NOX浓度降低至50mg/Nm3以下，脱硝效果优于SNCR方法，达到采用催化剂的SCR脱硝方法时才能达到的脱硝效果，大大降低运行成本。
实施例1
本实施例中燃煤耦合污泥焚烧发电方法，包括以下步骤：
如图1所示，将来源于市政污水处理厂含水率80％的剩余污泥送入干化机2中脱水，得到脱水污泥和水蒸气。水蒸气经过三通阀门1后，部分送入煤粉炉6或经冷凝处理后排除，部分送入冷凝器4用于配置氨水。从干化机2出口的脱水污泥为95℃，将其送入烘焙机3以100℃/min的加热速率加热至300℃，得到烘焙污泥和烘焙产气。烘焙机3的加热热源为煤粉炉6中焚烧产生的高温烟气，加热后的烟气送回至尾部烟道与主烟气混合经烟气净化后排出。烘焙污泥送入煤粉炉6中焚烧。烘焙产气中包括氨气、CO2、甲烷、CO、水蒸气，其中氨气浓度为65％。将烘焙产气与部分来自干化机2的水蒸汽混合后在冷凝器4中冷却，冷却至20℃，获得液相和不凝气体。冷却过程释放的热量，用于预热送入所述煤粉炉的空气。不凝气体包括甲烷、CO，不凝气体送入煤粉炉6内焚烧。液相为氨和碳酸铵的混合溶液。
实时监测液相中的氨氮浓度，并反馈至三通阀门1，调整三通阀门1开度，保证液相中NH3浓度在20-25wt％之间。液相直接送入氨水泵7增压，或储存在储存罐5后送入氨水泵7增压。液相采用氨水泵7增压至0.4MPa，从煤粉炉6炉膛上部喷入，还原烘焙污泥焚烧产生的NOX，烟囱处测得的NOX浓度降低至45mg/Nm3。
具体实施时，通过氨氮传感器获取冷凝器中液相的氨氮浓度。三通阀门1为电磁三通阀门，所述三通阀门1上还设有单片机，单片机通过I/O接口分别与氨氮传感器与三通阀门1电连接。单片机基于获取氨氮浓度的向三通阀门1发出指令，实现三通阀门1的开度控制，氨氮浓度与三通阀门1开度之间的逻辑关联算法为预先设定，在此不再赘述。
煤粉炉6加热得到的压力蒸汽输入蒸汽发电机中，实现电力输出。
具体实施时，煤粉炉6功率为660MW。单台660MW的煤粉炉耦合污泥焚烧，干污泥处理量150t/天。若采用本方法进行脱硝，***中额外配置两台75t/天的烘培设备，成本约1000万元，焚烧前的烘焙工艺产生氨约150*5％(氮含量)*35％(300度前氨析出)*17/14＝3.18t/天，可满足脱硝要求。若采用SCR方法进行脱硝，SCR设施的成本约为6000万元。若采用SNCR方法进行脱硝，每天消耗液氨3t，液氨价格5000元/t，每天脱硝还原剂成本1.5万元，每年氨水成本就需要约500万元。
实施例2
本实施例中燃煤耦合污泥焚烧发电方法，包括以下步骤：
如图1所示，将来源于市政污水处理厂含水率82％的剩余污泥送入干化机2中脱水，得到脱水污泥和水蒸气。水蒸气经过三通阀门1后，部分送入煤粉炉6或经冷凝处理后排除，部分送入冷凝器4用于配置氨水。从干化机2出口的脱水污泥为95℃，将其送入烘焙机3以10℃/min的加热速率加热至300℃，得到烘焙污泥和烘焙产气。烘焙机3的加热热源为煤粉炉6中焚烧产生的高温烟气，加热后的烟气送回至尾部烟道与主烟气混合经烟气净化后排出。烘焙污泥送入煤粉炉6中焚烧。烘焙产气中包括氨气、CO2、甲烷、CO、水蒸气，其中氨气浓度为55％。将烘焙产气与部分来自干化机2的水蒸汽混合后在冷凝器4中冷却，冷却至40℃，获得液相和不凝气体。冷却过程释放的热量，用于预热送入所述煤粉炉的空气。不凝气体包括甲烷、CO，不凝气体送入煤粉炉6内焚烧。液相为氨和碳酸铵的混合溶液。
实时监测液相中的氨氮浓度，并反馈至三通阀门1，调整三通阀门1开度，保证液相中NH3浓度在20-25wt％之间。液相直接送入氨水泵7增压，或储存在储存罐5后送入氨水泵7增压。液相采用氨水泵7增压至0.35MPa，从煤粉炉6炉膛上部喷入，还原烘焙污泥焚烧产生的NOX，烟囱处测得的NOX浓度降低至43mg/Nm3。
煤粉炉6加热得到的压力蒸汽输入蒸汽发电机中，实现电力输出。
本实施例中煤粉炉6功率为1000MW。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种燃煤耦合污泥焚烧发电方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
S1、将污泥置于干化机(2)中脱水，得到脱水污泥和水蒸气；
S21、将S1中得到的脱水污泥送入烘焙机(3)加热得到烘焙污泥与烘焙产气；
S22、将S1中得到的水蒸气送入三通阀门(1)后分为两股，第一股水蒸气与S21中得到的烘焙产气混合配置氨水，第二股水蒸气进行后处理；
S31、将S21中得到的烘焙污泥送入煤粉炉(6)中焚烧，产生NOX；
S32、将S21中得到的烘焙产气和S22得到的第一股水蒸气混合后送入冷凝器(4)冷却得到液相和不凝气体；
S4、监测所述冷凝器(4)中液相的氨氮浓度，并反馈至所述三通阀门(1)，以此调整所述三通阀门(1)开度，控制S22中所述的第一股水蒸气的量；
S5、将S32中得到的液相送入氨水泵(7)增压，喷入所述煤粉炉(6)，还原烘焙污泥焚烧产生的NOX；
S6、将S32中得到的不凝气体送入所述煤粉炉(6)内焚烧，通过所述煤粉炉(6)加热得到的压力蒸汽输入蒸汽发电机中，实现电力输出。
2.根据权利要求1所述的一种燃煤耦合污泥焚烧发电方法，其特征在于，S1中所述脱水污泥在所述干化机(2)出口的温度为75-110℃。
3.根据权利要求1或2所述的一种燃煤耦合污泥焚烧发电方法，其特征在于，S21中所述烘焙机(3)加热的温度为200-300℃，速率为10-100℃/min，所述烘焙机(3)加热所用热源为所述煤粉炉(6)内焚烧产生的高温烟气或高温烟气加热产生的蒸汽。
4.根据权利要求1所述的一种燃煤耦合污泥焚烧发电方法，其特征在于，所述液相为氨和碳酸铵的混合溶液。
5.根据权利要求4所述的一种燃煤耦合污泥焚烧发电方法，其特征在于，S4中通过调整所述三通阀门(1)开度，控制所述液相中氨浓度为20-25wt％。
6.根据权利要求1所述的一种燃煤耦合污泥焚烧发电方法，其特征在于，所述烘焙产气包括氨气、CO2、水蒸气、甲烷、CO，其中氨气浓度为40-70wt％；
所述不凝气体包括甲烷、CO。
7.根据权利要求1所述的一种燃煤耦合污泥焚烧发电方法，其特征在于，S32中所述冷却温度为0-40℃。
8.根据权利要求1所述的一种燃煤耦合污泥焚烧发电方法，其特征在于，S5中经过所述增压后，液相的压力大于0.3MPa。
9.根据权利要求1所述的一种燃煤耦合污泥焚烧发电方法，其特征在于，S32中所述的冷却过程释放的热量，用于预热供入所述煤粉炉(6)的空气。
10.根据权利要求1所述的一种燃煤耦合污泥焚烧发电方法，其特征在于，S22中所述后处理的方法为送入所述煤粉炉(6)或经冷凝处理后排出。
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