前言

　　在環(huán)保需求日益迫切、能源轉(zhuǎn)型持續(xù)推進(jìn)的當(dāng)下，燃煤耦合摻燒污泥發(fā)電技術(shù)作為一種極具潛力的解決方案，正逐漸進(jìn)入人們的視野。然而，污泥成分的波動(dòng)一直是困擾該技術(shù)穩(wěn)定運(yùn)行與廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵難題。近期，國(guó)家能源集團(tuán)聯(lián)合清華大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在這一領(lǐng)域取得了重大突破，成功探索出一系列有效控制污泥成分波動(dòng)的創(chuàng)新策略，為該技術(shù)的大規(guī)模推廣與高效利用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

　　多管齊下，精準(zhǔn)把控源頭

　　污泥成分的復(fù)雜性與波動(dòng)性，很大程度上源于其來源的多樣性。為從根源上解決這一問題，國(guó)家能源集團(tuán)聯(lián)合清華大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)與當(dāng)?shù)囟嗉椅鬯幚韽S建立了深度合作機(jī)制。通過搭建實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，污水處理廠能夠?qū)⒚咳债a(chǎn)出污泥的詳細(xì)成分?jǐn)?shù)據(jù)，包括含水率、有機(jī)質(zhì)含量、重金屬含量以及熱值等關(guān)鍵指標(biāo)，及時(shí)準(zhǔn)確地傳輸至發(fā)電企業(yè)。

　　在污水處理環(huán)節(jié)，調(diào)控微生物的生存環(huán)境是穩(wěn)定污泥成分的核心策略。以廣泛應(yīng)用的活性污泥法為例，微生物就如同一個(gè)個(gè)勤勞的 “清道夫”，在分解污水中有機(jī)物時(shí)，對(duì)環(huán)境條件極為敏感。溶解氧作為它們有氧呼吸的 “氧氣源”，其濃度直接影響微生物的代謝活性。通過在線溶解氧傳感器，像敏銳的 “氧氣偵察兵”，對(duì)曝氣池中溶解氧濃度進(jìn)行毫秒級(jí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。一旦濃度低于設(shè)定的適宜區(qū)間(通常為 2 - 4mg/L)，智能控制系統(tǒng)這個(gè) “指揮官” 即刻啟動(dòng)，增大曝氣量，確保微生物始終處于最佳的有氧代謝狀態(tài)，使污水中有機(jī)物的分解過程穩(wěn)定進(jìn)行。

　　同時(shí)，污水中碳、氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的比例對(duì)于微生物的生長(zhǎng)和代謝至關(guān)重要。利用先進(jìn)的水質(zhì)分析儀器，對(duì)污水中的營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行高頻次檢測(cè)，根據(jù)微生物的生長(zhǎng)需求，通過精確投加營(yíng)養(yǎng)藥劑的方式，動(dòng)態(tài)調(diào)整碳氮磷比至合適范圍(一般為 C:N:P = 100:5:1)。就好比給微生物準(zhǔn)備 “營(yíng)養(yǎng)餐”，避免因營(yíng)養(yǎng)失衡導(dǎo)致微生物生長(zhǎng)異常，進(jìn)而引發(fā)污泥成分的波動(dòng)。例如，[具體污水處理廠名稱] 在合作前，受工業(yè)廢水排放波動(dòng)等因素影響，污泥含水率波動(dòng)范圍可達(dá) ±15%，有機(jī)質(zhì)含量波動(dòng)在 ±10% 左右。在與國(guó)家能源集團(tuán)聯(lián)合清華大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)攜手合作后，經(jīng)過上述精細(xì)化調(diào)控，污泥含水率波動(dòng)范圍成功縮小至 ±8%，有機(jī)質(zhì)含量波動(dòng)降至 ±5%，為后續(xù)的摻燒工作提供了穩(wěn)定可靠的原料基礎(chǔ)。

　　智能監(jiān)測(cè)，動(dòng)態(tài)調(diào)整預(yù)處理

　　在污泥預(yù)處理環(huán)節(jié)，國(guó)家能源集團(tuán)聯(lián)合清華大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)引入了國(guó)際領(lǐng)先的智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)融合了激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)(LIBS)、傅里葉變換紅外光譜技術(shù)(FT - IR)以及熱重分析技術(shù)(TGA)等多種先進(jìn)的分析手段，能夠?qū)ξ勰嗟某煞诌M(jìn)行全方位、實(shí)時(shí)且高精度的監(jiān)測(cè)。

　　一旦監(jiān)測(cè)到污泥成分出現(xiàn)異常波動(dòng)，智能控制系統(tǒng)會(huì)立即啟動(dòng)相應(yīng)的調(diào)整機(jī)制。針對(duì)含水率過高的情況，采用了高效的熱泵干化與蒸汽干燥相結(jié)合的復(fù)合干化技術(shù)。熱泵干化技術(shù)依托逆卡諾循環(huán)原理，仿佛是一個(gè)神奇的 “熱量搬運(yùn)工”。在蒸發(fā)器中，低溫低壓的制冷劑迅速吸收污泥中的熱量，促使水分蒸發(fā)變成水蒸氣。隨后，攜帶熱量的制冷劑在壓縮機(jī)的 “推力” 下，壓力和溫度升高，進(jìn)入冷凝器。在這里，制冷劑將熱量釋放給周圍的介質(zhì)，使水蒸氣冷凝成液態(tài)水回收，實(shí)現(xiàn)了熱量的高效利用與水分的精準(zhǔn)脫除。通過智能調(diào)節(jié)制冷劑的流量、壓縮機(jī)的功率以及循環(huán)時(shí)間等參數(shù)，能夠?qū)ξ勰嗟母苫^程進(jìn)行精確控制。

　　蒸汽干燥技術(shù)則利用高溫蒸汽強(qiáng)大的熱傳導(dǎo)能力。高溫蒸汽像一群熱情的 “能量使者”，通過管道與污泥接觸，將大量的熱能迅速傳遞給污泥，使污泥中的水分在短時(shí)間內(nèi)被快速蒸發(fā)。在實(shí)際操作中，通過調(diào)節(jié)蒸汽的壓力、溫度和流量，以及控制干燥設(shè)備的轉(zhuǎn)速和停留時(shí)間，確保污泥在干燥過程中既能充分去除水分，又不會(huì)因過度干燥而影響其后續(xù)的燃燒性能。比如在 [華能珞璜電廠] 處理一批初始含水率高達(dá) 80% 的污泥時(shí)，通過智能調(diào)控的復(fù)合干化技術(shù)，僅用了 3 小時(shí)就將其含水率穩(wěn)定降至 40% 以下，完全滿足了后續(xù)摻燒的嚴(yán)苛要求。

　　對(duì)于熱值較低的污泥，通過添加適量的高熱值生物質(zhì)廢棄物進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。在添加過程中，利用先進(jìn)的計(jì)算模型和高精度的混合設(shè)備至關(guān)重要。首先，通過熱重分析等手段，精確測(cè)定污泥原本的熱值，并根據(jù)目標(biāo)熱值要求，運(yùn)用復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出所需添加的生物質(zhì)廢棄物的精確比例。然后，采用具有高效攪拌和分散功能的混合設(shè)備，將廢棄的木質(zhì)纖維素等生物質(zhì)與污泥進(jìn)行充分均勻的混合。這就像是給污泥 “調(diào)制能量雞尾酒”，在 [國(guó)電電力承德熱電公司污泥摻燒項(xiàng)目] 中，通過這一科學(xué)調(diào)質(zhì)過程，成功將污泥的平均熱值提高了 500 大卡 / 千克，顯著提升了污泥的燃燒性能，為穩(wěn)定燃燒提供了有力保障。

　　優(yōu)化燃燒，提升穩(wěn)定性與效率

　　在燃燒過程中，為應(yīng)對(duì)因污泥成分波動(dòng)而可能引發(fā)的燃燒不穩(wěn)定問題，國(guó)家能源集團(tuán)聯(lián)合清華大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一套先進(jìn)的智能燃燒控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于大數(shù)據(jù)分析與機(jī)器學(xué)習(xí)算法，收集不同批次污泥成分、燃燒過程的溫度、壓力、煙氣成分等海量數(shù)據(jù)，構(gòu)建燃燒模型。通過模型模擬不同工況下燃燒情況，預(yù)測(cè)燃燒趨勢(shì)，自動(dòng)調(diào)整空氣量、給料速度、燃燒溫度等關(guān)鍵參數(shù)。

　　同時(shí)，對(duì)燃燒器進(jìn)行了創(chuàng)新性改造。采用了自適應(yīng)多功能燃燒器，該燃燒器能夠根據(jù)污泥成分的變化自動(dòng)調(diào)整火焰形狀、燃燒強(qiáng)度以及燃燒區(qū)域分布。當(dāng)污泥中的揮發(fā)分含量較高時(shí)，燃燒器通過獨(dú)特設(shè)計(jì)的一次風(fēng)噴嘴，增大一次風(fēng)的噴射角度和速度。較大的噴射角度使一次風(fēng)能夠更廣泛地覆蓋揮發(fā)分，高速的氣流則加速了揮發(fā)分與空氣的混合，使其在極短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到著火條件并充分燃燒，就像一陣 “燃燒旋風(fēng)” 迅速點(diǎn)燃揮發(fā)分。

　　當(dāng)固定碳含量較高時(shí)，燃燒器增加二次風(fēng)的供給量，并巧妙改變二次風(fēng)的噴射位置。從不同位置噴入的二次風(fēng)在爐膛內(nèi)形成強(qiáng)烈的湍流，像一雙雙無(wú)形的 “攪拌手”，不斷擾動(dòng)固定碳，使其與氧氣充分接觸。這種優(yōu)化后的燃燒方式，有效提高了固定碳的燃燒速率和燃盡率，確保了燃燒過程的穩(wěn)定性和高效性。

　　通過這些創(chuàng)新措施的實(shí)施，不僅有效解決了燃煤耦合摻燒污泥發(fā)電技術(shù)中污泥成分波動(dòng)的難題，還顯著提升了燃燒效率與發(fā)電穩(wěn)定性。在 [國(guó)能(福州)熱電有限公司] 的實(shí)際運(yùn)行中，因污泥成分波動(dòng)導(dǎo)致的燃燒不穩(wěn)定情況減少了 80% 以上，發(fā)電效率提高了 15%，實(shí)現(xiàn)了環(huán)保與能源利用的雙贏。

　　隨著這些創(chuàng)新技術(shù)的不斷推廣與應(yīng)用，燃煤耦合摻燒污泥發(fā)電技術(shù)有望在未來的環(huán)保與能源領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，為實(shí)現(xiàn)綠色、可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)貢獻(xiàn)重要力量。
 

來源：靈動(dòng)核心

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