前言

　　在環保需求日益迫切、能(neng)源轉型持(chi)續推進(jin)的(de)當下，燃煤耦(ou)合(he)摻燒污泥(ni)發電技術(shu)(shu)作為一(yi)種極(ji)具潛力(li)的(de)解(jie)決方案(an)，正逐漸進(jin)入人們的(de)視野(ye)。然而，污泥(ni)成分(fen)的(de)波(bo)動(dong)一(yi)直是困擾該技術(shu)(shu)穩定(ding)運(yun)行與(yu)廣泛(fan)應(ying)用的(de)關鍵難題。近期，國家能(neng)源集團聯合(he)清(qing)華大學(xue)科研(yan)團隊在這一(yi)領(ling)域取得了重大突破，成功探索出一(yi)系(xi)列(lie)有效(xiao)控制污泥(ni)成分(fen)波(bo)動(dong)的(de)創新策略，為該技術(shu)(shu)的(de)大規模推廣與(yu)高效(xiao)利用奠定(ding)了堅實基礎。

　　多管齊下，精準把控源頭

　　污(wu)泥成分(fen)(fen)的復雜性(xing)與波動性(xing)，很大程度上源(yuan)于其來源(yuan)的多樣性(xing)。為從根源(yuan)上解決這一問題，國(guo)家能源(yuan)集團聯合清(qing)華大學科(ke)研團隊與當地多家污(wu)水(shui)處理(li)廠建(jian)立了(le)深度合作(zuo)機制。通過搭建(jian)實時數據共(gong)享平臺，污(wu)水(shui)處理(li)廠能夠將每日產出污(wu)泥的詳細成分(fen)(fen)數據，包括含水(shui)率(lv)、有(you)機質含量、重金屬含量以及(ji)熱值等關鍵(jian)指標(biao)，及(ji)時準確(que)地傳輸至(zhi)發電企(qi)業(ye)。

　　在(zai)(zai)污(wu)(wu)水處(chu)理環(huan)(huan)節，調(diao)控微生物(wu)(wu)的生存環(huan)(huan)境是穩(wen)(wen)定(ding)污(wu)(wu)泥成分的核(he)心策略。以廣泛應(ying)用(yong)的活(huo)性污(wu)(wu)泥法為(wei)例，微生物(wu)(wu)就如同一個個勤勞的 “清(qing)道夫(fu)”，在(zai)(zai)分解(jie)(jie)污(wu)(wu)水中(zhong)有(you)(you)機物(wu)(wu)時，對環(huan)(huan)境條件極為(wei)敏感。溶解(jie)(jie)氧(yang)(yang)作(zuo)為(wei)它們(men)有(you)(you)氧(yang)(yang)呼吸(xi)的 “氧(yang)(yang)氣(qi)源”，其(qi)濃度直接影響微生物(wu)(wu)的代(dai)謝(xie)(xie)活(huo)性。通過(guo)(guo)在(zai)(zai)線(xian)溶解(jie)(jie)氧(yang)(yang)傳感器，像(xiang)敏銳的 “氧(yang)(yang)氣(qi)偵察兵”，對曝氣(qi)池(chi)中(zhong)溶解(jie)(jie)氧(yang)(yang)濃度進行(xing)毫秒級實時監測。一旦濃度低于設定(ding)的適宜區間(通常為(wei) 2 - 4mg/L)，智能控制系統這(zhe)個 “指(zhi)揮官” 即刻啟動，增大曝氣(qi)量，確(que)保(bao)微生物(wu)(wu)始終處(chu)于最佳(jia)的有(you)(you)氧(yang)(yang)代(dai)謝(xie)(xie)狀態，使污(wu)(wu)水中(zhong)有(you)(you)機物(wu)(wu)的分解(jie)(jie)過(guo)(guo)程穩(wen)(wen)定(ding)進行(xing)。

　　同時，污水中(zhong)碳、氮、磷等(deng)營(ying)養物質(zhi)的(de)(de)(de)比(bi)(bi)例對于微生(sheng)物的(de)(de)(de)生(sheng)長和代謝(xie)至關重要(yao)。利(li)用(yong)先進的(de)(de)(de)水質(zhi)分析儀器(qi)，對污水中(zhong)的(de)(de)(de)營(ying)養成分進行高頻次(ci)檢測(ce)，根據(ju)微生(sheng)物的(de)(de)(de)生(sheng)長需(xu)求，通過精確(que)投加營(ying)養藥劑(ji)的(de)(de)(de)方式，動(dong)(dong)態(tai)調整碳氮磷比(bi)(bi)至合(he)適范圍(一般為(wei) C:N:P = 100:5:1)。就好(hao)比(bi)(bi)給微生(sheng)物準備 “營(ying)養餐”，避(bi)免因營(ying)養失衡導致微生(sheng)物生(sheng)長異常，進而引發污泥(ni)(ni)成分的(de)(de)(de)波(bo)動(dong)(dong)。例如，[具體污水處理(li)廠(chang)名稱] 在(zai)合(he)作(zuo)前，受工業廢水排放波(bo)動(dong)(dong)等(deng)因素影響，污泥(ni)(ni)含(han)水率波(bo)動(dong)(dong)范圍可達 ±15%，有機質(zhi)含(han)量波(bo)動(dong)(dong)在(zai) ±10% 左右(you)。在(zai)與國(guo)家能(neng)源集團聯合(he)清華大學科研團隊攜手合(he)作(zuo)后，經過上述精細化調控(kong)，污泥(ni)(ni)含(han)水率波(bo)動(dong)(dong)范圍成功縮小至 ±8%，有機質(zhi)含(han)量波(bo)動(dong)(dong)降至 ±5%，為(wei)后續的(de)(de)(de)摻燒工作(zuo)提供了(le)穩定(ding)可靠的(de)(de)(de)原料基礎。

　　智能監測，動態調整預處理

　　在污(wu)泥預(yu)處理環節，國(guo)家(jia)能源集團(tuan)聯合清華大學科研(yan)團(tuan)隊引入了國(guo)際領先的(de)智能監測系(xi)統。該系(xi)統融(rong)合了激光誘導擊穿光譜技(ji)(ji)術(LIBS)、傅里葉(xie)變(bian)換紅外光譜技(ji)(ji)術(FT - IR)以及熱重(zhong)分析技(ji)(ji)術(TGA)等多種先進的(de)分析手(shou)段，能夠(gou)對污(wu)泥的(de)成分進行(xing)全方位、實(shi)時且高精度的(de)監測。

　　一旦監(jian)測到污泥成(cheng)分(fen)(fen)出(chu)現(xian)異常波動(dong)，智(zhi)能(neng)(neng)控(kong)制(zhi)(zhi)系統會立即(ji)啟(qi)動(dong)相應的(de)(de)(de)調整機制(zhi)(zhi)。針對(dui)含水(shui)率過高的(de)(de)(de)情況，采用了(le)高效(xiao)的(de)(de)(de)熱(re)泵(beng)干化(hua)與蒸汽(qi)干燥相結合的(de)(de)(de)復(fu)合干化(hua)技(ji)術(shu)(shu)。熱(re)泵(beng)干化(hua)技(ji)術(shu)(shu)依托(tuo)逆卡諾(nuo)循環原理，仿佛(fo)是一個(ge)神奇的(de)(de)(de) “熱(re)量搬運工”。在(zai)(zai)蒸發器(qi)中(zhong)(zhong)，低溫(wen)低壓(ya)的(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)冷(leng)劑(ji)迅速吸收污泥中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)熱(re)量，促(cu)使水(shui)分(fen)(fen)蒸發變成(cheng)水(shui)蒸氣。隨后，攜帶熱(re)量的(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)冷(leng)劑(ji)在(zai)(zai)壓(ya)縮機的(de)(de)(de) “推力” 下，壓(ya)力和(he)溫(wen)度升高，進入冷(leng)凝器(qi)。在(zai)(zai)這(zhe)里(li)，制(zhi)(zhi)冷(leng)劑(ji)將熱(re)量釋放給周圍的(de)(de)(de)介質，使水(shui)蒸氣冷(leng)凝成(cheng)液態水(shui)回(hui)收，實現(xian)了(le)熱(re)量的(de)(de)(de)高效(xiao)利用與水(shui)分(fen)(fen)的(de)(de)(de)精準(zhun)脫除。通(tong)過智(zhi)能(neng)(neng)調節制(zhi)(zhi)冷(leng)劑(ji)的(de)(de)(de)流量、壓(ya)縮機的(de)(de)(de)功率以(yi)及循環時(shi)間等參數，能(neng)(neng)夠(gou)對(dui)污泥的(de)(de)(de)干化(hua)過程進行(xing)精確控(kong)制(zhi)(zhi)。

　　蒸(zheng)汽干燥(zao)技術(shu)則利用(yong)高溫(wen)蒸(zheng)汽強大(da)的(de)熱(re)傳(chuan)導能(neng)(neng)力。高溫(wen)蒸(zheng)汽像一(yi)(yi)群熱(re)情的(de) “能(neng)(neng)量(liang)(liang)使(shi)者”，通(tong)過(guo)(guo)管道與污泥(ni)(ni)接(jie)觸，將(jiang)(jiang)大(da)量(liang)(liang)的(de)熱(re)能(neng)(neng)迅(xun)速(su)傳(chuan)遞(di)給污泥(ni)(ni)，使(shi)污泥(ni)(ni)中(zhong)(zhong)的(de)水(shui)分(fen)在(zai)短時(shi)間(jian)內被快速(su)蒸(zheng)發。在(zai)實際操作中(zhong)(zhong)，通(tong)過(guo)(guo)調節蒸(zheng)汽的(de)壓力、溫(wen)度和流量(liang)(liang)，以及(ji)控(kong)制干燥(zao)設(she)備的(de)轉速(su)和停留時(shi)間(jian)，確保(bao)污泥(ni)(ni)在(zai)干燥(zao)過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)既能(neng)(neng)充分(fen)去除水(shui)分(fen)，又不會因過(guo)(guo)度干燥(zao)而影響其(qi)后(hou)續(xu)的(de)燃燒性能(neng)(neng)。比如在(zai) [華能(neng)(neng)珞璜電廠] 處(chu)理一(yi)(yi)批初始(shi)含水(shui)率高達 80% 的(de)污泥(ni)(ni)時(shi)，通(tong)過(guo)(guo)智能(neng)(neng)調控(kong)的(de)復(fu)合干化技術(shu)，僅用(yong)了 3 小(xiao)時(shi)就將(jiang)(jiang)其(qi)含水(shui)率穩定降至 40% 以下，完(wan)全滿足(zu)了后(hou)續(xu)摻(chan)燒的(de)嚴苛要求。

　　對于熱(re)值較低的(de)(de)污(wu)泥(ni)(ni)，通(tong)過(guo)添加(jia)適量(liang)的(de)(de)高(gao)(gao)熱(re)值生(sheng)物(wu)(wu)質(zhi)廢棄(qi)物(wu)(wu)進行調(diao)(diao)質(zhi)處理(li)。在添加(jia)過(guo)程中，利用先(xian)進的(de)(de)計算(suan)(suan)模(mo)型(xing)和高(gao)(gao)精(jing)度(du)的(de)(de)混合設備至(zhi)關重要。首先(xian)，通(tong)過(guo)熱(re)重分(fen)析等手段，精(jing)確(que)測定(ding)污(wu)泥(ni)(ni)原本的(de)(de)熱(re)值，并根據目標(biao)熱(re)值要求，運(yun)用復雜的(de)(de)數學模(mo)型(xing)計算(suan)(suan)出所需添加(jia)的(de)(de)生(sheng)物(wu)(wu)質(zhi)廢棄(qi)物(wu)(wu)的(de)(de)精(jing)確(que)比例(li)。然(ran)后，采(cai)用具有(you)高(gao)(gao)效(xiao)攪拌和分(fen)散功能(neng)的(de)(de)混合設備，將廢棄(qi)的(de)(de)木質(zhi)纖維素等生(sheng)物(wu)(wu)質(zhi)與污(wu)泥(ni)(ni)進行充(chong)分(fen)均勻的(de)(de)混合。這就(jiu)像是給污(wu)泥(ni)(ni) “調(diao)(diao)制能(neng)量(liang)雞尾(wei)酒”，在 [國電(dian)電(dian)力承德熱(re)電(dian)公司污(wu)泥(ni)(ni)摻(chan)燒項目] 中，通(tong)過(guo)這一科(ke)學調(diao)(diao)質(zhi)過(guo)程，成功將污(wu)泥(ni)(ni)的(de)(de)平(ping)均熱(re)值提高(gao)(gao)了(le) 500 大卡 / 千(qian)克(ke)，顯(xian)著提升了(le)污(wu)泥(ni)(ni)的(de)(de)燃燒性(xing)能(neng)，為穩(wen)定(ding)燃燒提供(gong)了(le)有(you)力保障。

　　優化燃燒，提升穩定性與效率

　　在燃(ran)(ran)燒(shao)過(guo)程(cheng)中，為(wei)應(ying)對因(yin)污(wu)泥(ni)成(cheng)分波動而可能引發的(de)燃(ran)(ran)燒(shao)不(bu)穩定問題(ti)，國家(jia)能源(yuan)集團聯(lian)合清華(hua)大學(xue)科研團隊研發了一(yi)套先(xian)進的(de)智能燃(ran)(ran)燒(shao)控制(zhi)系統(tong)。該系統(tong)基于大數據分析與機(ji)器學(xue)習算法，收集不(bu)同批次污(wu)泥(ni)成(cheng)分、燃(ran)(ran)燒(shao)過(guo)程(cheng)的(de)溫度、壓力、煙(yan)氣(qi)(qi)成(cheng)分等海量(liang)數據，構建燃(ran)(ran)燒(shao)模型。通過(guo)模型模擬不(bu)同工(gong)況下燃(ran)(ran)燒(shao)情況，預測燃(ran)(ran)燒(shao)趨勢，自動調整空氣(qi)(qi)量(liang)、給(gei)料速度、燃(ran)(ran)燒(shao)溫度等關(guan)鍵參數。

　　同時，對燃(ran)(ran)燒(shao)器進行了創新性(xing)改造(zao)。采(cai)用(yong)了自(zi)適(shi)應(ying)多功能燃(ran)(ran)燒(shao)器，該燃(ran)(ran)燒(shao)器能夠根(gen)據污泥成分的(de)(de)變(bian)化自(zi)動調整火(huo)焰形狀、燃(ran)(ran)燒(shao)強度(du)以及燃(ran)(ran)燒(shao)區域分布。當(dang)污泥中的(de)(de)揮(hui)(hui)發(fa)分含量(liang)較高時，燃(ran)(ran)燒(shao)器通過獨特(te)設計的(de)(de)一次風(feng)噴(pen)嘴，增大一次風(feng)的(de)(de)噴(pen)射(she)角(jiao)度(du)和速(su)度(du)。較大的(de)(de)噴(pen)射(she)角(jiao)度(du)使(shi)一次風(feng)能夠更廣(guang)泛(fan)地覆蓋(gai)揮(hui)(hui)發(fa)分，高速(su)的(de)(de)氣(qi)流則加(jia)速(su)了揮(hui)(hui)發(fa)分與空(kong)氣(qi)的(de)(de)混合(he)，使(shi)其(qi)在極短(duan)的(de)(de)時間(jian)內達到(dao)著火(huo)條件并充分燃(ran)(ran)燒(shao)，就像一陣 “燃(ran)(ran)燒(shao)旋風(feng)” 迅速(su)點燃(ran)(ran)揮(hui)(hui)發(fa)分。

　　當固定(ding)(ding)碳含量(liang)(liang)較(jiao)高時，燃燒器增加二(er)次風(feng)的(de)(de)(de)(de)供給量(liang)(liang)，并(bing)巧妙改變二(er)次風(feng)的(de)(de)(de)(de)噴(pen)(pen)射位置。從不(bu)同位置噴(pen)(pen)入的(de)(de)(de)(de)二(er)次風(feng)在爐(lu)膛內形成(cheng)強(qiang)烈的(de)(de)(de)(de)湍流，像一雙雙無形的(de)(de)(de)(de) “攪拌手”，不(bu)斷擾動固定(ding)(ding)碳，使其與氧(yang)氣充分接觸。這種優化后的(de)(de)(de)(de)燃燒方式，有效提高了(le)固定(ding)(ding)碳的(de)(de)(de)(de)燃燒速率和(he)燃盡率，確保了(le)燃燒過程的(de)(de)(de)(de)穩定(ding)(ding)性和(he)高效性。

　　通過這些創新措施的(de)實施，不僅有(you)效(xiao)解(jie)決(jue)了燃(ran)煤(mei)耦(ou)合摻燒(shao)污(wu)泥發(fa)(fa)電(dian)(dian)技術(shu)中污(wu)泥成(cheng)(cheng)分波動(dong)的(de)難題(ti)，還(huan)顯著提(ti)(ti)升(sheng)了燃(ran)燒(shao)效(xiao)率(lv)與(yu)發(fa)(fa)電(dian)(dian)穩(wen)定(ding)性。在(zai) [國能(福(fu)州)熱電(dian)(dian)有(you)限公司] 的(de)實際運行(xing)中，因污(wu)泥成(cheng)(cheng)分波動(dong)導(dao)致的(de)燃(ran)燒(shao)不穩(wen)定(ding)情況減少了 80% 以上(shang)，發(fa)(fa)電(dian)(dian)效(xiao)率(lv)提(ti)(ti)高了 15%，實現了環保與(yu)能源利用(yong)的(de)雙贏(ying)。

　　隨著這些創新技術的不斷推廣與應用，燃煤耦合摻燒污泥發電技術有望在未來的環保與能源領域發揮更大的作用，為實現綠色、可持續發展的目標貢獻重要力量。
 

來(lai)源(yuan)：靈動核心

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