污泥污泥處置污泥焚燒污泥干

化厭氧消化雜談-德國漢堡污泥消化發(fā)電干化焚燒項目的數(shù)搪解讀德國漢堡在Kochlbrandhocft污水處置廠內(nèi)建設了一個包括厭氧消化、沼氣發(fā)電、污泥干化、污泥焚燒在內(nèi)多種工藝組合的能源化綜合利用項目，從概念上看是十分先進的，國內(nèi)已有多篇介紹。本文按照這些文章所提供的數(shù)據(jù)，結合漢堡公用排水公司(HamburgPublicSAagcCompany)在年報等公開出版物中的基礎數(shù)據(jù)，試圖對這一十分復雜的項目進行一個量化解讀。一、大體情形按照MalhiasL?scr在布拉格大學(2006年)的講課記錄(WasicWatcrTrcatmcntinHamburg)，漢堡污水處置及其污泥處置的主要情形如下：漢堡人口約17()萬，有兩座污水處置廠(K?hlbraiidh?ftaiidDradcnau),設計處置能力為18()萬加上相當于4()萬人口當量的工業(yè)或商業(yè)污水。日處置污水量約45萬立方米，年均1.4億立方米。污水產(chǎn)生的污泥，第一采用1()座、單體容積80()()立方米的蛋形消化器進行中溫(35度)處置，有機質降解率約50%，產(chǎn)生沼氣約8400()立方米/日，消化對象也包括每一年大約26000噸來自其它污水廠的污泥和有機廢物。消化后的污泥經(jīng)機械脫水，從含水率97%降為80%,然后采用熱干化，從80%降至58%。1997年末建設了污泥焚燒裝置，該裝置除處置干化污泥夕卜，也焚燒大約17000噸外來廢物。按照HSE(漢堡排水公司)2005年年報，2004年處置污水量1.455億立方米，2005年為1.443億立方米，別離產(chǎn)生污泥干固體4411()和45130噸。污水廠年耗電1.19億度，項目發(fā)電可知足自用電的65%,所需熱量().87億千瓦亦可從污泥中取得65%,此能源自足率在德國處于領先位置。按照漢堡城市排水公司R.D.Thicrbach等《漢堡Kochlbraiidhocff污水處置廠對沼氣和污泥焚燒的能源利用》一文的介紹(盧志等在《中國給水排水》2007.5上發(fā)的論文《德國漢堡污水處置廠污泥循環(huán)處置模式探討》與該文大體相同)，該項目可知足用電量的60%和熱量的10()%。消化后污泥的含水率約為96.7%,離心脫水后含水率為78%,然后在蒸汽加熱干化機中干化到含水率為58%。沼氣用于發(fā)電，燃氣輪機的發(fā)電裝機量為4950kWh,高溫煙氣經(jīng)冷卻鍋爐產(chǎn)生蒸汽，蒸汽第一用于發(fā)電，然后抽出部份0.7MPa的蒸汽用于污泥干化。污泥焚燒爐產(chǎn)生的蒸汽(4MPa40()度)與前述的蒸汽是采用同一臺2MW蒸汽渦輪發(fā)電機進行發(fā)電。干化系統(tǒng)為三流，兩用一備，每流各兩臺干化機。流化床焚燒爐亦為兩用一備。通過干化后的污泥量約為1000(K)噸/年，迸行焚燒處置的柵渣(含固率20-35%)約6()0()噸。沼氣產(chǎn)量740()0立方米/日，燃氣輪機發(fā)電4.95MW，冷卻鍋爐產(chǎn)蒸汽量22噸/時，流化床焚燒爐產(chǎn)蒸汽量9噸/時，年發(fā)電量63000MWO按照給出的物料平衡表，進入消化罐的生污泥185tds/d,消化后為115tds/d,即7()tds/d轉化為沼氣。115tds/d中有7tds/d隨上清液回流至污水廠，如此實際脫水污泥為108idS/do發(fā)電效率約20-22%。按照給出的能量平衡圖，生污泥和柵渣的總能量為34MW,其中生成沼氣18MW,進入焚燒系統(tǒng)的能量為16MWo沼氣的18MW中，煙氣和輻射損失4.4MW,發(fā)電4.8MW，產(chǎn)生蒸汽8.8MWo進入焚燒爐的16MW中，產(chǎn)生蒸汽約12MW，煙氣和輻射損失4MW。如此，在總的蒸汽20.8MW中，發(fā)電2.5MW,透平冷凝損失10.3MW,抽汽用于干化8MWo在用于干化的8卜1書中，6.5MW可回收熱水，用于辦公樓和消化的加熱，冷凝和輻射損失1.5MW。二、數(shù)據(jù)辨析一、 污泥量按照給出的干化后含固率42%、污泥量l()OO()()t/a、每日275H勺計，此項目所考慮的運行日數(shù)可能為100000/275=364天。以年柵渣6000干噸計，每日柵渣量為6000/364=16.5干噸，與給出的16tds/d柵渣量大體相符。但一篇文章中給出的275vds/d的污泥量數(shù)據(jù)與物料平衡圖中的185td‘/d相差太s大，也與年報中的數(shù)字相差太大，在這里有必要做個簡單判斷。按照2005年的水量和污泥干固體量可知，昔時日均污水處置量為1.443*108/364/104=39.7萬立方米/日，萬噸污水的濕泥產(chǎn)量為15.3噸(以含固率20%計)。若是日產(chǎn)污泥275tds/d的話，萬噸污水的濕泥產(chǎn)量為34.7噸。若是是185tds/d的話，萬噸污水的濕泥產(chǎn)量為23.3噸。按照年報中所提及的處置外來污泥量26000ids/d,筆者以為物料平衡圖中給出185tds/d可能最接近項目的設計值，而275vds/d的數(shù)不知何據(jù)。因此本文以185vds/d為依據(jù)進行反推。二、 發(fā)電量蒸汽系統(tǒng)圖中給出了5.2MW的蒸汽發(fā)電量。但同一篇文獻，給出的實際蒸汽汽輪機設計值是2MWclo按照發(fā)電總量6300()MWh/a考慮，發(fā)電裝機量應為63000/364/24=7.2MWh，但按照給出的沼氣燃氣輪機4.95MW和蒸汽輪機2MW看，實際裝機量為6.95MWho依如實際裝機看，年實際發(fā)電量應為60655MW，與給出的63000MW還比較接近。因此筆者以為蒸汽系統(tǒng)圖中的5.2MW應該是熱能數(shù)據(jù)。3、干化蒸汽量以干化所需的循環(huán)蒸汽12()()()0i：/a計，循環(huán)量為120000/364/24=13.75t/d。以lOSids/d干化處置量^慮，從22%含固率干化至42%,需要蒸發(fā)9749kg/h水，依照4臺干化機運行考慮，單機蒸發(fā)量2437kg/ho按照熱平衡圖給出的干化需熱量8MWh計算，則升水蒸發(fā)量的凈熱耗為706kcal/kgo這一數(shù)值也比較接近實際。如此，每千克用于干化的蒸汽實際吸熱量為8MW*1000*860/13750=5()0kcal/kgo升水蒸發(fā)量的蒸汽耗為13750/9749=1.41kg/kgo4、沼氣產(chǎn)率依照10個消化池、單體有效容積8()00立方米計算，74000立方米的沼氣量，相當于池容產(chǎn)氣率為().925m3/m3,已屬于很高的水平(高碑店設計值().425,實際0.2左右)。若是依照設計值，揮發(fā)性有機質的降解率取0.5的話，該項目實現(xiàn)有機質降解70tds/d，意味著入消化器的干基有機質含量高達76%!(70/0.5/185=76%五、污泥和柵渣的干基發(fā)燒量已知入爐干化污泥和柵渣的干固體量別離為4504和688kg/h，總發(fā)燒量16MW，則這種混合燃料的平均干基熱值為16*1000*860/(4504+688)=2650kcal/kg.ds。若是假設污泥厭氧消化后的干基熱值為 2600kcal/kg,則柵渣的熱值就相當于2981kcal/kgo從焚燒角度看，平均干基熱值在2650kcal/kg的污泥及柵渣，在含固率40%左右時是完全能夠實現(xiàn)良好的自持燃燒的。六、廢棄物平均熱值若是不進行厭氧消化，沼氣的18MW能量仍考慮在污泥中，此項目所處置的總干固體量為81()8燉.ds/h,能量為34MW，則廢棄物的平均干基熱值為3606kcal/kg.dso7、發(fā)電機熱效率以燃氣發(fā)電機裝機量4950kWh.消耗熱量18MW計，燃氣發(fā)電機的熱效率為4.95/18=27.5%。這一數(shù)值與目前典型的燃氣發(fā)電35-40%的熱效率相較，顯得較低，但其功能還在于產(chǎn)生大量的蒸汽用于發(fā)電和供熱。蒸汽發(fā)電的形式相當于背壓抽汽機組，其發(fā)電的熱效率較高，約為38.5%。八、 自用電知足率按照年報，項目所在污水處置廠的電耗為1.19億度/年，相當于每小時電耗13635kWho若是確如年報或文獻所言，該項目發(fā)電量應可知足本廠60-65%的需求，則需產(chǎn)電&2MW以上，而實際只有6.95MW。顯然，年報和介紹材料中的數(shù)據(jù)仍是略顯樂觀了些。筆者以為，那個項目給出自用電知足率是沒有什么參考意義的，因為其它來源的污泥、柵渣、其它有機廢物占有重要比例。九、 脫水污泥收率按照脫水前干基固體量115lds/d、脫水后干基固體量l()8tds/d^慮，固體收率為94%。三、經(jīng)濟分析通過對技術數(shù)據(jù)的辨析能夠確認，該項目所發(fā)布的數(shù)據(jù)是大體靠譜的o通過這些技術數(shù)據(jù)，結合國內(nèi)造價和本錢，應該能夠大致判斷此項目若是在國內(nèi)實施的投資和本錢概念。一、參考污泥量對污泥處置處置的本錢進行比較，需要一個一路的基點，那個基點咱們選擇為未經(jīng)消化的、通過脫水所形成的含固率20%的濕泥。在漢堡項目中，消化前的干固體量為185tds/d,依照機械脫水的固體收率94%計算，可取得含固率20%的脫水污泥870噸/日。二、電能產(chǎn)值以實際發(fā)電量6950kWh計算，假設消化、脫硫、發(fā)電、脫水、干化、焚燒等各項設施的自用電量占總發(fā)電量的26%（筆者測算數(shù)據(jù)），電價以（）.65元/千瓦考慮，則天天的發(fā)電產(chǎn)值問對外銷售）為80231元/日。折合噸濕泥產(chǎn)值（不考慮柵渣）92元。3、 人員和藥劑本錢此項目組成極為復雜，運行難度較大，假設消化（含脫硫、發(fā)電）、脫水和干化、焚燒三大系統(tǒng)的總運行人數(shù)為30人，人均年薪4萬元，則人員本錢為3300元/日。考慮到沼氣脫硫、機械脫水、焚燒煙氣處置均需要大量化學藥劑，以噸污泥25元考慮，每日的藥劑本錢最低為27138元。4、 投資假設消化部份投資40萬元/噸濕泥（參考上一篇《國內(nèi)污泥厭氧消扮裝置停運或運行不良的原因淺析》），干化投資25萬元（注意，不含備用，干化入口濕泥處置量491噸/日，已去掉了消化降解部份），焚燒投資40萬元（也不含備用），不考慮其它本錢（如土建、安裝、稅費等），則一個類似項目在中國實施的投資最低在66719萬元，折合噸濕泥的平均投資77萬元。五、 保護本錢^夸慮保護本錢為投資的2.5%,則每日的保護費為45869元。六、 總直接處置本錢上述直接本錢（人員、藥劑、保護）之和為70907元/日，折合82元/噸濕泥。未考慮焚燒灰渣的處置本錢。7、折I日及財務本錢考慮年利率5.94%、還款付息期2()年，則折舊和財務本錢為150259元/日，相當于每噸濕泥173元?？偨Y一下，該項目靠污泥厭氧消化產(chǎn)電，可產(chǎn)生必然收入，乃至可高于整個項目的直接運行本錢，但如果是^慮折舊的話，這種項目仍然有著很高的本錢負擔。即，若是處置費不高于162元/噸濕泥，運營商必然是賠本的。就投資而言，此項目對于一個處置規(guī)模僅39.7萬立方米/日的污水廠來講，泥區(qū)的投資若是折合到噸水里，需要1681元/立方米日，已遠遠高于目前國內(nèi)市政污水廠100()元/立方米日的造價水平。四、結語漢堡項目可能是我所見到的國外污泥處置項目中，能源利用效率最高的之一，但也是工藝最復雜的。焚燒部份是項目運行連年后最后增加的，消化被保留，有著多方面的原因，整體來看，仍是很成功的。第一次看到它的能流介紹，真的感覺它很先迸。但分析下來才發(fā)覺，這一十分理想的能源利用項目，實際上是有一個特殊條件的:板高的能量輸入。污泥能源利用項目的核心條件，就是污泥應具有較高的熱值。漢堡項目平均36(X)kcaI/kg的能量輸入，已遠遠超過了國內(nèi)一般污泥的熱值水平(2200-2500kcal/kg)o換算成有機質含量，平均76%的揮發(fā)性有機質干基比例，也是國內(nèi)BOSS%有機質濃度所難以望其項背的。了解焚燒的人都明白，若是有3300kcal/kg.ds以上的熱量，其實都沒必要做干化，脫水到含固率30%應該就可以燒得專門好了。說到厭氧消化，也是一樣的道理。高有機質含量，才能取得高產(chǎn)氣率。高碑店項目設計值是有機質含量60%，降解率50%,但實際只取得70.2的池容產(chǎn)氣率，與漢堡項目的0.925比，真是氣煞人了。筆者分析的結果，是希望表達如此一個觀點：即便在污泥熱值如此理想、工藝進程如此復雜、能源利用效率如此之高（沼氣發(fā)電一余熱產(chǎn)生蒸汽-蒸汽發(fā)電一蒸汽干化―干化廢熱回收用于消化）的項目上，仍然是有很高的投資、很高的運行本錢的。若是污泥熱值沒有這么理想，能源利用效率也沒有這么高的話，所謂污泥的能源化處置必然是昂貴的。俗語說，”他山之石，能夠攻玉“。但如果是不深切了解的話，他山之玉，沒準兒也能被攻成石頭。國內(nèi)污泥處置行業(yè)內(nèi)，太多的人都想實現(xiàn)污泥的”能源利用”了，”