前言

　　在環保(bao)需(xu)求(qiu)日益迫切、能源(yuan)轉(zhuan)型持(chi)續推(tui)進的(de)(de)(de)當下(xia)，燃(ran)煤耦合摻燒(shao)污(wu)(wu)泥(ni)發(fa)電(dian)技(ji)術(shu)(shu)作(zuo)為(wei)一(yi)種極具潛力(li)的(de)(de)(de)解決方案，正逐漸進入人們(men)的(de)(de)(de)視野。然而，污(wu)(wu)泥(ni)成分的(de)(de)(de)波(bo)動一(yi)直是困擾(rao)該(gai)技(ji)術(shu)(shu)穩定(ding)運(yun)行與(yu)廣泛應用(yong)的(de)(de)(de)關鍵難題。近(jin)期(qi)，國家(jia)能源(yuan)集團聯(lian)合清(qing)華大學科(ke)研團隊在這一(yi)領域取得了重大突破，成功(gong)探索出一(yi)系(xi)列有(you)效控制污(wu)(wu)泥(ni)成分波(bo)動的(de)(de)(de)創新策略(lve)，為(wei)該(gai)技(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)(de)大規模推(tui)廣與(yu)高效利(li)用(yong)奠定(ding)了堅實基礎。

　　多管齊下，精準把控源頭

　　污(wu)泥(ni)成分的復雜性與波動性，很大程度上源(yuan)(yuan)于其來(lai)源(yuan)(yuan)的多(duo)樣(yang)性。為從根源(yuan)(yuan)上解決這一問題，國家(jia)(jia)能源(yuan)(yuan)集團聯合清華大學科(ke)研(yan)團隊與當地(di)多(duo)家(jia)(jia)污(wu)水(shui)(shui)處理廠(chang)建(jian)立了深度合作機制(zhi)。通過搭建(jian)實(shi)時(shi)數據共享平臺，污(wu)水(shui)(shui)處理廠(chang)能夠(gou)將每日產出污(wu)泥(ni)的詳細(xi)成分數據，包括含水(shui)(shui)率(lv)、有機質含量、重(zhong)金屬(shu)含量以(yi)及熱值等關鍵指(zhi)標，及時(shi)準確地(di)傳(chuan)輸至(zhi)發電(dian)企業。

　　在污(wu)(wu)水(shui)(shui)處理(li)環節，調(diao)控微(wei)(wei)生(sheng)物的(de)(de)(de)(de)生(sheng)存環境(jing)是穩定(ding)(ding)污(wu)(wu)泥(ni)成分(fen)的(de)(de)(de)(de)核心策略。以(yi)廣泛(fan)應用的(de)(de)(de)(de)活性污(wu)(wu)泥(ni)法為例(li)，微(wei)(wei)生(sheng)物就如同一(yi)個個勤勞的(de)(de)(de)(de) “清道夫”，在分(fen)解(jie)(jie)(jie)污(wu)(wu)水(shui)(shui)中有機(ji)物時，對(dui)(dui)環境(jing)條件極為敏感。溶解(jie)(jie)(jie)氧(yang)作為它們有氧(yang)呼吸的(de)(de)(de)(de) “氧(yang)氣源”，其濃(nong)度(du)直接影響(xiang)微(wei)(wei)生(sheng)物的(de)(de)(de)(de)代謝活性。通(tong)過在線溶解(jie)(jie)(jie)氧(yang)傳感器，像敏銳的(de)(de)(de)(de) “氧(yang)氣偵(zhen)察兵”，對(dui)(dui)曝氣池中溶解(jie)(jie)(jie)氧(yang)濃(nong)度(du)進行毫(hao)秒級實時監測(ce)。一(yi)旦濃(nong)度(du)低于設(she)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)適宜區間(通(tong)常為 2 - 4mg/L)，智能控制(zhi)系統這個 “指揮官” 即刻啟動，增(zeng)大曝氣量，確保微(wei)(wei)生(sheng)物始終(zhong)處于最(zui)佳的(de)(de)(de)(de)有氧(yang)代謝狀態，使(shi)污(wu)(wu)水(shui)(shui)中有機(ji)物的(de)(de)(de)(de)分(fen)解(jie)(jie)(jie)過程(cheng)穩定(ding)(ding)進行。

　　同(tong)時，污(wu)(wu)水(shui)(shui)中碳、氮、磷等(deng)營養物(wu)(wu)質的(de)(de)比例對于(yu)微(wei)生物(wu)(wu)的(de)(de)生長和(he)代謝至關重要。利(li)用先進的(de)(de)水(shui)(shui)質分析(xi)儀器，對污(wu)(wu)水(shui)(shui)中的(de)(de)營養成分進行高頻(pin)次檢測，根據微(wei)生物(wu)(wu)的(de)(de)生長需求，通過精確投加營養藥劑的(de)(de)方式，動態調整碳氮磷比至合(he)適范圍(wei)(一般為(wei) C:N:P = 100:5:1)。就好比給微(wei)生物(wu)(wu)準(zhun)備(bei) “營養餐(can)”，避免因營養失衡導致(zhi)微(wei)生物(wu)(wu)生長異常，進而引(yin)發(fa)污(wu)(wu)泥(ni)成分的(de)(de)波(bo)動。例如(ru)，[具體(ti)污(wu)(wu)水(shui)(shui)處理廠(chang)名稱] 在(zai)合(he)作(zuo)前，受(shou)工業廢(fei)水(shui)(shui)排放波(bo)動等(deng)因素影響，污(wu)(wu)泥(ni)含水(shui)(shui)率(lv)波(bo)動范圍(wei)可(ke)達 ±15%，有機(ji)質含量波(bo)動在(zai) ±10% 左(zuo)右。在(zai)與(yu)國家能源集團聯合(he)清華大學科研團隊攜(xie)手(shou)合(he)作(zuo)后(hou)，經過上述精細化調控，污(wu)(wu)泥(ni)含水(shui)(shui)率(lv)波(bo)動范圍(wei)成功縮(suo)小至 ±8%，有機(ji)質含量波(bo)動降至 ±5%，為(wei)后(hou)續的(de)(de)摻燒工作(zuo)提供了穩定可(ke)靠的(de)(de)原(yuan)料基礎。

　　智能監測，動態調整預處理

　　在污泥預處理環節，國家能(neng)源集(ji)團聯合清華大學科研(yan)團隊引入了國際(ji)領先(xian)的智能(neng)監測(ce)系統。該(gai)系統融合了激光誘(you)導擊(ji)穿(chuan)光譜技(ji)術(LIBS)、傅里葉變(bian)換(huan)紅外光譜技(ji)術(FT - IR)以及熱重分析(xi)技(ji)術(TGA)等多種先(xian)進的分析(xi)手段，能(neng)夠對(dui)污泥的成分進行全方位、實(shi)時且(qie)高精度的監測(ce)。

　　一旦(dan)監測到污泥(ni)成(cheng)(cheng)分出現(xian)異常波動，智能控制(zhi)系統會(hui)立即啟(qi)動相應的(de)(de)(de)(de)調(diao)整機(ji)(ji)制(zhi)。針(zhen)對含水率過(guo)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)情(qing)況，采用了高(gao)(gao)效(xiao)的(de)(de)(de)(de)熱(re)泵(beng)干(gan)化(hua)(hua)與(yu)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽干(gan)燥相結合的(de)(de)(de)(de)復(fu)合干(gan)化(hua)(hua)技術(shu)。熱(re)泵(beng)干(gan)化(hua)(hua)技術(shu)依托(tuo)逆卡諾循環(huan)原理(li)，仿佛是一個(ge)神奇的(de)(de)(de)(de) “熱(re)量(liang)搬運(yun)工”。在蒸(zheng)(zheng)(zheng)發器(qi)中(zhong)，低(di)(di)溫低(di)(di)壓(ya)的(de)(de)(de)(de)制(zhi)冷(leng)(leng)劑迅速吸收污泥(ni)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)熱(re)量(liang)，促(cu)使(shi)水分蒸(zheng)(zheng)(zheng)發變成(cheng)(cheng)水蒸(zheng)(zheng)(zheng)氣。隨(sui)后，攜(xie)帶熱(re)量(liang)的(de)(de)(de)(de)制(zhi)冷(leng)(leng)劑在壓(ya)縮(suo)(suo)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de) “推力” 下，壓(ya)力和溫度升(sheng)高(gao)(gao)，進入冷(leng)(leng)凝器(qi)。在這里(li)，制(zhi)冷(leng)(leng)劑將熱(re)量(liang)釋放給周圍的(de)(de)(de)(de)介質，使(shi)水蒸(zheng)(zheng)(zheng)氣冷(leng)(leng)凝成(cheng)(cheng)液態水回收，實現(xian)了熱(re)量(liang)的(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)效(xiao)利用與(yu)水分的(de)(de)(de)(de)精準脫除。通過(guo)智能調(diao)節制(zhi)冷(leng)(leng)劑的(de)(de)(de)(de)流量(liang)、壓(ya)縮(suo)(suo)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)功率以(yi)及循環(huan)時間等參數，能夠對污泥(ni)的(de)(de)(de)(de)干(gan)化(hua)(hua)過(guo)程進行精確(que)控制(zhi)。

　　蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)干(gan)燥技術則(ze)利用高(gao)溫(wen)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)強大(da)的(de)(de)(de)熱傳(chuan)導(dao)能(neng)(neng)(neng)力。高(gao)溫(wen)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)像(xiang)一(yi)群(qun)熱情的(de)(de)(de) “能(neng)(neng)(neng)量使者”，通過管道與(yu)污(wu)(wu)(wu)泥接(jie)觸，將大(da)量的(de)(de)(de)熱能(neng)(neng)(neng)迅速傳(chuan)遞給(gei)污(wu)(wu)(wu)泥，使污(wu)(wu)(wu)泥中(zhong)的(de)(de)(de)水分(fen)在短時(shi)間(jian)內被快速蒸(zheng)(zheng)發。在實際操作中(zhong)，通過調節蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)的(de)(de)(de)壓力、溫(wen)度和流(liu)量，以(yi)及控制干(gan)燥設備的(de)(de)(de)轉速和停留時(shi)間(jian)，確(que)保污(wu)(wu)(wu)泥在干(gan)燥過程中(zhong)既能(neng)(neng)(neng)充分(fen)去(qu)除水分(fen)，又不會因過度干(gan)燥而(er)影(ying)響其后續(xu)的(de)(de)(de)燃燒性能(neng)(neng)(neng)。比如在 [華能(neng)(neng)(neng)珞璜電廠(chang)] 處理一(yi)批初始(shi)含水率高(gao)達(da) 80% 的(de)(de)(de)污(wu)(wu)(wu)泥時(shi)，通過智能(neng)(neng)(neng)調控的(de)(de)(de)復合干(gan)化(hua)技術，僅用了 3 小時(shi)就(jiu)將其含水率穩定降至(zhi) 40% 以(yi)下，完全(quan)滿足了后續(xu)摻(chan)燒的(de)(de)(de)嚴苛要求(qiu)。

　　對于熱(re)(re)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)較低的(de)(de)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥，通(tong)(tong)過添(tian)加(jia)適量(liang)的(de)(de)高(gao)(gao)熱(re)(re)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)質(zhi)廢(fei)棄(qi)物(wu)(wu)(wu)進行調(diao)質(zhi)處(chu)理。在添(tian)加(jia)過程中(zhong)，利用(yong)先進的(de)(de)計算(suan)(suan)模型和(he)高(gao)(gao)精(jing)度的(de)(de)混合設(she)(she)備至關(guan)重要(yao)。首先，通(tong)(tong)過熱(re)(re)重分析等手段，精(jing)確測(ce)定(ding)污(wu)(wu)(wu)(wu)泥原本的(de)(de)熱(re)(re)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)，并根(gen)據目標熱(re)(re)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)要(yao)求，運用(yong)復(fu)雜的(de)(de)數學模型計算(suan)(suan)出所需添(tian)加(jia)的(de)(de)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)質(zhi)廢(fei)棄(qi)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)精(jing)確比例(li)。然(ran)后，采(cai)用(yong)具有(you)高(gao)(gao)效攪拌(ban)和(he)分散功(gong)能的(de)(de)混合設(she)(she)備，將廢(fei)棄(qi)的(de)(de)木質(zhi)纖維素等生(sheng)物(wu)(wu)(wu)質(zhi)與污(wu)(wu)(wu)(wu)泥進行充分均(jun)(jun)勻的(de)(de)混合。這就像(xiang)是(shi)給污(wu)(wu)(wu)(wu)泥 “調(diao)制能量(liang)雞尾酒”，在 [國電電力承德熱(re)(re)電公司污(wu)(wu)(wu)(wu)泥摻燒項目] 中(zhong)，通(tong)(tong)過這一科學調(diao)質(zhi)過程，成(cheng)功(gong)將污(wu)(wu)(wu)(wu)泥的(de)(de)平均(jun)(jun)熱(re)(re)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)提高(gao)(gao)了 500 大(da)卡(ka) / 千(qian)克(ke)，顯著(zhu)提升了污(wu)(wu)(wu)(wu)泥的(de)(de)燃(ran)燒性能，為穩定(ding)燃(ran)燒提供了有(you)力保障。

　　優化燃燒，提升穩定性與效率

　　在燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)(shao)過(guo)程(cheng)中，為(wei)應對因污泥成分(fen)(fen)波動(dong)而可能(neng)引發(fa)的燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)(shao)不(bu)穩(wen)定問題，國家能(neng)源集(ji)團聯合清華大學科研團隊研發(fa)了一(yi)套先(xian)進的智能(neng)燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)(shao)控制(zhi)系(xi)統(tong)。該系(xi)統(tong)基于大數(shu)據分(fen)(fen)析與機器學習算法，收集(ji)不(bu)同(tong)批次污泥成分(fen)(fen)、燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)(shao)過(guo)程(cheng)的溫(wen)度(du)、壓力、煙氣(qi)成分(fen)(fen)等海量(liang)數(shu)據，構建燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)(shao)模(mo)型。通過(guo)模(mo)型模(mo)擬不(bu)同(tong)工況(kuang)下燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)(shao)情(qing)況(kuang)，預測燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)(shao)趨勢，自動(dong)調整空氣(qi)量(liang)、給料速(su)度(du)、燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)(shao)溫(wen)度(du)等關鍵參(can)數(shu)。

　　同(tong)時，對(dui)燃燒器(qi)進行了(le)創新性改造。采用了(le)自適應多功能(neng)燃燒器(qi)，該燃燒器(qi)能(neng)夠根據污泥(ni)成(cheng)分(fen)(fen)(fen)(fen)的(de)變(bian)化自動調(diao)整火焰形狀、燃燒強度以及(ji)燃燒區(qu)域分(fen)(fen)(fen)(fen)布。當污泥(ni)中的(de)揮(hui)(hui)發(fa)分(fen)(fen)(fen)(fen)含(han)量較高(gao)時，燃燒器(qi)通過獨(du)特設(she)計的(de)一次風(feng)(feng)噴嘴，增大一次風(feng)(feng)的(de)噴射(she)角度和速(su)度。較大的(de)噴射(she)角度使(shi)一次風(feng)(feng)能(neng)夠更(geng)廣泛地覆(fu)蓋(gai)揮(hui)(hui)發(fa)分(fen)(fen)(fen)(fen)，高(gao)速(su)的(de)氣流(liu)則(ze)加(jia)速(su)了(le)揮(hui)(hui)發(fa)分(fen)(fen)(fen)(fen)與空氣的(de)混合，使(shi)其在極(ji)短(duan)的(de)時間內達到著火條件并(bing)充分(fen)(fen)(fen)(fen)燃燒，就(jiu)像一陣 “燃燒旋風(feng)(feng)” 迅(xun)速(su)點燃揮(hui)(hui)發(fa)分(fen)(fen)(fen)(fen)。

　　當(dang)固(gu)定碳(tan)含量(liang)(liang)較高時，燃燒(shao)器增(zeng)加二次風的(de)(de)(de)(de)供給量(liang)(liang)，并巧妙(miao)改變二次風的(de)(de)(de)(de)噴(pen)(pen)射位置。從不同位置噴(pen)(pen)入的(de)(de)(de)(de)二次風在爐膛(tang)內形成強烈的(de)(de)(de)(de)湍流，像(xiang)一雙雙無形的(de)(de)(de)(de) “攪拌手(shou)”，不斷擾動固(gu)定碳(tan)，使其與氧氣充分接觸。這(zhe)種優化后的(de)(de)(de)(de)燃燒(shao)方式(shi)，有(you)效提高了(le)固(gu)定碳(tan)的(de)(de)(de)(de)燃燒(shao)速率和燃盡(jin)率，確保了(le)燃燒(shao)過程的(de)(de)(de)(de)穩定性(xing)(xing)和高效性(xing)(xing)。

　　通過這些創新措施的(de)實施，不(bu)僅有效(xiao)(xiao)解決了(le)燃(ran)(ran)(ran)煤耦合(he)摻燒污泥(ni)發(fa)(fa)電技術(shu)中(zhong)(zhong)污泥(ni)成分波動(dong)(dong)的(de)難題，還顯著提升了(le)燃(ran)(ran)(ran)燒效(xiao)(xiao)率與發(fa)(fa)電穩(wen)定性。在 [國能(福州)熱電有限(xian)公司] 的(de)實際(ji)運行中(zhong)(zhong)，因污泥(ni)成分波動(dong)(dong)導(dao)致的(de)燃(ran)(ran)(ran)燒不(bu)穩(wen)定情況減少(shao)了(le) 80% 以上，發(fa)(fa)電效(xiao)(xiao)率提高(gao)了(le) 15%，實現了(le)環保與能源利用的(de)雙贏。

　　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。
 

來源：靈動(dong)核(he)心

如需轉(zhuan)載(zai)必(bi)須注明(ming)來源(yuan)作(zuo)者(zhe)