污泥污泥處置污泥焚燒污泥干化厭氧消化雜談

1、污泥污泥處置污泥燃燒污泥干化厭氧消化雜談-德國(guó)漢堡污泥消化發(fā)電干化燃燒工程的數(shù)搪解讀德國(guó)漢堡在 Kochlbrandhocft 污水處置廠內(nèi)建設(shè)了一個(gè)包括厭氧消化、沼氣發(fā)電、污泥干化、污泥燃燒在內(nèi)多種工藝組合的能源化綜合利用工程,從概念上看是十分先進(jìn)的,國(guó)內(nèi)已有多篇介紹.本文根據(jù)這些文章所提供的數(shù)據(jù),結(jié)合漢堡公用排水公司(HamburgPublicSAagcCompany)在年報(bào)等公開(kāi)由版物中的根底數(shù)據(jù),試圖對(duì)這一十分復(fù)雜的工程進(jìn)行一個(gè)量化解讀.一、大體情形根據(jù) MalhiasL?scr 在布拉格大學(xué)(2022 年)的講課記錄(WasicWatcrTrcatmcntinHamburg),漢堡污

2、水處置及其污泥處置的主要情形如下：漢堡人口約 17()萬(wàn),有兩座污水處置廠(K?hlbraiidh?ftaiidDradcnau),設(shè)計(jì)處置水平為18()萬(wàn)加上相當(dāng)于 4()萬(wàn)人口當(dāng)量的工業(yè)或商業(yè)污水.日處置污水量約 45 萬(wàn)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(jìn)行中溫(35 度)處置,有機(jī)質(zhì)降解率約 50%,產(chǎn)生沼氣約 8400()立方米/日,消化對(duì)象也包括每一年大約 26000 噸來(lái)自其它污水廠的污泥和有機(jī)廢物.消化后的污泥經(jīng)機(jī)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

3、建設(shè)了污泥燃燒裝置,該裝置除處置干化污泥外,也燃燒大約17000 噸外來(lái)廢物.根據(jù) HSE(漢堡排水公司)2022 年年報(bào),2022 年處置污水量 1.455 億立方米,2022 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,工程發(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(guó)處于領(lǐng)先位置.根據(jù)漢堡城市排水公司 R.D.Thicrbach 等?漢堡 Kochlbraiidhocff 污水處置廠對(duì)沼氣和污泥燃燒的能源利用?一文的介紹(盧志等在?中國(guó)給水排水?2022.5 上發(fā)的論文?德國(guó)漢

4、堡污水處置廠污泥循環(huán)處置模式探討?與該文大體相同),該工程可知足用電量的 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(jī)中干化到含水率為 58%o 沼氣用于發(fā)電,燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電裝機(jī)量為 4950kWh,高溫?zé)煔饨?jīng)冷卻鍋爐產(chǎn)生蒸汽,蒸汽第一用于發(fā)電,然后抽由部份 0.7MPa 的蒸汽用于污泥干化.污泥燃燒爐產(chǎn)生的蒸汽(4MPa40()度)與前述的蒸汽是采用同一臺(tái) 2MW 蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電.干化系統(tǒng)為三流,兩用一備,每流各兩臺(tái)干化機(jī).流化床燃燒爐亦為兩用一備.通過(guò)干化后的污泥量約為 1000(K)噸/年,迸行燃燒處置的柵渣(含固

5、率 20-35%)約 6()0()噸.沼氣產(chǎn)量 740()0 立方米/日,燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電 4.95MW,冷卻鍋爐產(chǎn)蒸汽量 22 噸/時(shí),流化床燃燒爐產(chǎn)蒸汽量 9 噸/時(shí),年發(fā)電量 63000MWO根據(jù)給生的物料平衡表,進(jìn)入消化罐的生污泥 185tds/d,消化后為 115tds/d,即7()tds/d 轉(zhuǎn)化為沼氣.115tds/d 中有 7tds/d 隨上清液回流至污水廠,如此實(shí)際脫水污泥為108idQd.發(fā)電效率約 20-22%.根據(jù)給由的能量平衡圖,生污泥和柵渣的總能量為 34MW,其中生成沼氣 18MW,進(jìn)入燃燒系統(tǒng)的能量為 16MWO沼氣的 18MW 中,煙氣和輻射損失 4.4MW,發(fā)電

6、 4.8MW,產(chǎn)生蒸汽8.8MWO進(jìn)入燃燒爐的 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卜 1 書(shū)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、污泥量根據(jù)給生的干化后含固率 42%、污泥量 l()OO()()t/a、每日 275 日勺計(jì),止匕工程所考慮的運(yùn)行日數(shù)可能為 100000/275=364 天.以年?yáng)旁?6000 千噸計(jì),每日柵渣量為 6000/364=16.5 千噸,與給生的 16tds/d 柵渣量大體相符.但一篇

7、文章中給由的 275vds/d 的污泥量數(shù)據(jù)與物料平衡圖中的 185tds/d 相差太大,也與年報(bào)中的數(shù)字相差太大,在這里有必要做個(gè)簡(jiǎn)單判斷.根據(jù) 2022 年的水量和污泥干固體量可知,昔時(shí)日均污水處置量為 1.443*108/364/104=39.7萬(wàn)立方米/日,萬(wàn)噸污水的濕泥產(chǎn)量為 15.3 噸(以含固率 20%計(jì)).假設(shè)是日產(chǎn)污泥 275tds/d 的話,萬(wàn)噸污水的濕泥產(chǎn)量為 34.7 噸.假設(shè)是是 185tds/d的話,萬(wàn)噸污水的濕泥產(chǎn)量為 23.3 噸.根據(jù)年報(bào)中所提及的處置外來(lái)污泥量26000ids/d,筆者以為物料平衡圖中給由 185tds/d 可能最接近工程的設(shè)計(jì)值,而275v

8、ds/d 的數(shù)不知何據(jù).因此本文以 185vds/d 為依據(jù)進(jìn)行反推.二、發(fā)電量蒸汽系統(tǒng)圖中給由了 5.2MW 的蒸汽發(fā)電量.但同一篇文獻(xiàn),給生的實(shí)際蒸汽汽輪機(jī)設(shè)計(jì)值是 2MWclo根據(jù)發(fā)電總量 6300()MWh/a 考慮,發(fā)電裝機(jī)量應(yīng)為63000/364/24=7.2MWh,但根據(jù)給出的沼氣燃?xì)廨啓C(jī) 4.95MW 和蒸汽輪機(jī)在用于干化的 82MW 看,實(shí)際裝機(jī)量為 6.95MWho依如實(shí)際裝機(jī)看,年實(shí)際發(fā)電量應(yīng)為 60655MW,與給出的 63000MW 還比擬接近.因此筆者以為蒸汽系統(tǒng)圖中的 5.2MW 應(yīng)該是熱能數(shù)3、干化蒸汽量以干化所需的循環(huán)蒸汽 12()()()0i：/a 計(jì),循環(huán)

9、量為120000/364/24=13.75t/d以 lOSids/d 干化處置量善慮,從 22%含固率干化至 42%,需要蒸發(fā)9749kg/h 水,依照 4 臺(tái)干化機(jī)運(yùn)行考慮,單機(jī)蒸發(fā)量 2437kg/ho根據(jù)熱平衡圖給由的干化需熱量 8MWh 計(jì)算,那么升水蒸發(fā)量的凈熱耗為706kcal/kgo這一數(shù)值也比擬接近實(shí)際.如此,每千克用于干化的蒸汽實(shí)際吸熱量為8MW*1000*860/13750=5()0kcal/kgo 開(kāi)水蒸發(fā)量的蒸汽耗為13750/9749=1.41kg/kgo4、沼氣產(chǎn)率依照 10 個(gè)消化池、單體有效容積 8()00 立方米計(jì)算,74000 立方米的沼氣量,相當(dāng)于池容產(chǎn)氣

10、率為().925m3/m3,已屬于很高的水平(高碑店設(shè)計(jì)值().425,實(shí)際 0.2 左70tds/d,意味著入消化器的干基有機(jī)質(zhì)含量高達(dá) 76%!(70/0.5/185=76%五、污泥和柵渣的干基發(fā)燒量這種混合燃料的平均干基熱值為16*1000*860/(4504+688)=2650kcal/kg.ds2981kcal/kgo假設(shè)是依照設(shè)計(jì)值,揮發(fā)性有機(jī)質(zhì)的降解率取0.5 的話,該工程實(shí)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)降解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,那么假設(shè)是假設(shè)污泥厭氧消化后的干基熱值為2600kcal/kg,那么柵渣的熱值就相當(dāng)于從燃燒角度看,平均干基熱值在

11、 2650kcal/kg 的污泥及柵渣,在含固率 40%左右時(shí)是完全能夠?qū)崿F(xiàn)良好的自持燃燒的.六、廢棄物平均熱值假設(shè)是不進(jìn)行厭氧消化,沼氣的 18MW 能量仍考慮在污泥中,此工程所處置的總干固體量為 81()8 燉.ds/h,能量為 34MW,那么廢棄物的平均干基熱值為 3606kcal/kg.dso7、發(fā)電機(jī)熱效率以燃?xì)獍l(fā)電機(jī)裝機(jī)量 4950kWh.消耗熱量 18MW 計(jì),燃?xì)獍l(fā)電機(jī)的熱效率為 4.95/18=27.5%.這一數(shù)值與目前典型的燃?xì)獍l(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(dāng)于背壓抽汽機(jī)組,具發(fā)電的熱效率較高,約為 3

12、8.5%o八、自用電知足率根據(jù)年報(bào),工程所在污水處置廠的電耗為 1.19 億度/年,相當(dāng)于每小時(shí)電耗13635kWho 假設(shè)是確如年報(bào)或文獻(xiàn)所言,該工程發(fā)電量應(yīng)可知足本廠 60-65%的需求,那么需產(chǎn)電&2MW 以上,而實(shí)際只有 6.95MW.顯然,年報(bào)和介紹材料中的數(shù)據(jù)仍是略顯樂(lè)觀了些.筆者以為,那個(gè)工程給由自用電知足率是沒(méi)有什么參考意義的,由于其它來(lái)源的污泥、 柵渣、其它有機(jī)廢物占有重要比例.九、脫水污泥收率根據(jù)脫水前干基固體量 115lds/d、脫水后干基固體量 l()8tds/d 善慮,固體收率為 94%o三、經(jīng)濟(jì)分析通過(guò)對(duì)技術(shù)數(shù)據(jù)的辨析能夠確認(rèn),該工程所發(fā)布的數(shù)據(jù)是大體靠譜的 o 通

13、過(guò)這些技術(shù)數(shù)據(jù),結(jié)合國(guó)內(nèi)造價(jià)和本錢,應(yīng)該能夠大致判斷此工程假設(shè)是在國(guó)內(nèi)實(shí)施的投資和本錢概念.一、參考污泥量對(duì)污泥處置處置的本錢進(jìn)行比擬,需要一個(gè)一路的基點(diǎn),那個(gè)基點(diǎn)咱們選擇為在漢堡工程中,消化前的干固體量為 185tds/d,依照機(jī)械脫水的固體收率 94%計(jì)算,可取得含固率 20%的脫水污泥 870 噸/日.二、電能產(chǎn)值以實(shí)際發(fā)電量 6950kWh 計(jì)算,假設(shè)消化、脫硫、發(fā)電、脫水、干化、燃燒等各項(xiàng)設(shè)施的自用電量占總發(fā)電量的 26%筆者測(cè)算數(shù)據(jù),電價(jià)以.65 元/千瓦考慮,那么天天的發(fā)電產(chǎn)值向?qū)ν怃N售為 80231 元/日.折合噸濕泥產(chǎn)值不考慮柵渣92 元.3、人員和藥劑本錢此工程組成極為復(fù)雜

14、,運(yùn)行難度較大,假設(shè)消化含脫硫、發(fā)電、脫水和干化、燃燒三大系統(tǒng)的總運(yùn)行人數(shù)為 30 人,人均年薪 4 萬(wàn)元,那么人員本錢為 3300 元/日.考慮到沼氣脫硫、機(jī)械脫水、燃燒煙氣處置均需要大量化學(xué)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(shè)消化部份投資 40 萬(wàn)元/噸濕泥參考上一篇?國(guó)內(nèi)污泥厭氧消扮裝置停運(yùn)或運(yùn)行不良的原因淺析?,干化投資 25 萬(wàn)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,燃燒投資 40 萬(wàn)元也不含備用,不考慮其它本錢如土建、安裝、稅費(fèi)等,那么一個(gè)類似工程在中國(guó)實(shí)施的投資最低在66719 萬(wàn)元,折合噸濕泥的平均

15、投資 77 萬(wàn)元.五、保護(hù)本錢善慮保護(hù)本錢為投資的 2.5%,那么每日的保護(hù)費(fèi)為 45869 元.六、總直接處置本錢未經(jīng)消化的、通過(guò)脫水所形成的含固率20%的濕泥未考慮燃燒灰渣的處置本錢7、折舊及財(cái)務(wù)本錢考慮年利率 5.94%、 還款付息期 2()年,那么折舊和財(cái)務(wù)本錢為 150259 元/日,相當(dāng)于每噸濕泥 173 元.總結(jié)一下,該工程靠污泥厭氧消化產(chǎn)電,可產(chǎn)生必然收入,乃至可高于整個(gè)項(xiàng)目的直接運(yùn)行本錢,但如果是善慮折舊的話,這種工程仍然有著很高的本錢負(fù)擔(dān).即,假設(shè)是處置費(fèi)不高于 162 元/噸濕泥,運(yùn)營(yíng)商必然是賠本的.就投資而言,此工程對(duì)于一個(gè)處置規(guī)模僅 39.7 萬(wàn)立方米/日的污水廠來(lái)講

16、,泥區(qū)的投資假設(shè)是折合到噸水里,需要 1681 元/立方米？日,已遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前國(guó)內(nèi)市政污水廠 100()元/立方米？日的造價(jià)水平.四、結(jié)語(yǔ)漢堡工程可能是我所見(jiàn)到的國(guó)外污泥處置工程中,能源利用效率最高的之一,但也是工藝最復(fù)雜的.燃燒部份是工程運(yùn)行連年后最后增加的,消化被保存,有著多方面的原因,整體來(lái)看,仍是很成功的.第一次看到它的能流介紹,真的感覺(jué)它很先迸.但分析下來(lái)才覺(jué)察,這一十分理想的能源利用工程,實(shí)際上是有一個(gè)特殊條件的：板高的能量輸入.污泥能源利用工程的核心條件,就是污泥應(yīng)具有較高的熱值.漢堡項(xiàng)目平均 36(X)kcaI/kg的能量輸入,已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了國(guó)內(nèi)一般污泥的熱值水平(2200-25

17、00kcal/kg)o換算成有機(jī)質(zhì)含量,平均 76%的揮發(fā)性有機(jī)質(zhì)干基比例,也是國(guó)內(nèi) BOSS%有機(jī)質(zhì)濃度所難以望其項(xiàng)背的.了解燃燒的人都明白,假設(shè)是有 3300kcal/kg.ds 以上的熱量,其實(shí)都沒(méi)必要做干化,脫水到含固率 30%應(yīng)該就可以燒得專門好了.說(shuō)到厭氧消化,也是一樣的道理.高有機(jī)質(zhì)含量,才能取得高產(chǎn)氣率.高碑店上述直接本錢人員、藥劑、保護(hù)之和為70907 元/日,折合 82 元/噸濕泥工程設(shè)計(jì)值是有機(jī)質(zhì)含量60%,降解率50%,但實(shí)際只取得70.2的池容產(chǎn)氣率,與漢堡工程的0.925比,真是氣煞人了.筆者分析的結(jié)果,是希望表達(dá)如此一個(gè)觀點(diǎn)：即便在污泥熱值如此理想、工藝進(jìn)程如此復(fù)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)電一蒸汽干化一干化廢熱回收用于消化的工程上,仍然是有很高的投資、很高的運(yùn)行本錢的.假設(shè)是污泥熱值沒(méi)有這么理想,能源利用效率也沒(méi)有這么高的話,所謂污泥的能源化處置必然是昂貴的.俗語(yǔ)說(shuō),他山之石,能夠攻玉但如果是不深切了解的話,他山之玉,沒(méi)準(zhǔn)兒也能被攻成石頭.國(guó)內(nèi)污泥處置行業(yè)內(nèi),