煤污泥綠色發(fā)電技術(shù).課件

1、煤-污泥綠色發(fā)電技術(shù)研究Green power generation from co-combustion of coal and sludge匯報(bào)人：目錄技術(shù)研究背景和目標(biāo)技術(shù)路線和研究?jī)?nèi)容結(jié)論和下一步工作技術(shù)經(jīng)濟(jì)分 析目錄技術(shù)研究背景和目標(biāo)技術(shù)路線和研究?jī)?nèi)容結(jié)論和下一步工作技術(shù)經(jīng)濟(jì)分 析研究背景1污泥的來(lái)源污泥主要產(chǎn)生于水處理過(guò)程中，由各種微生物以及有機(jī)、無(wú)機(jī)顆粒組成，是一種能夠有效利用的富含有機(jī)質(zhì)的城市污染產(chǎn)生物。污水處理廠河湖疏浚自來(lái)水廠城市排水管道系統(tǒng)研究背景2污泥的產(chǎn)量2013年，我國(guó)污水日處理能力達(dá)12246萬(wàn)立方米，每天產(chǎn)生約6萬(wàn)噸含水率80%的污泥，可裝滿70列15節(jié)的火車。

2、 圖1.1 我國(guó)城市污水處理能力發(fā)展趨勢(shì)污泥的危害惡臭毒性有機(jī)物：如多氯聯(lián)苯病原體重金屬：如砷、鉻、汞污泥圍城3污泥的危害研究背景4污泥的能源化利用價(jià)值 干污泥的發(fā)熱量接近于褐煤的發(fā)熱量，相當(dāng)于煙煤發(fā)熱量的2550%，可作為一種中熱值高揮發(fā)份的燃料進(jìn)行能源化利用。 2013年全國(guó)污泥產(chǎn)量折合干污泥438萬(wàn)噸，相當(dāng)于約200萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤。研究背景污泥種類低位熱值kJ/kgkcal/kg初沉污泥（新鮮泥，干基）158001820037804354活性污泥（新鮮泥，干基）152001530036363660初沉污泥+活性污泥（新鮮泥，干基）170004067初沉污泥+活性污泥（消化泥，干基）74501

3、782褐煤（收到基）95401272022823043煙煤（收到基）209003350050008014表1.1 污泥和煤的熱值5污泥的主要處置方法研究背景優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單、投資少缺點(diǎn)：侵占土地，選址困難 滲濾液對(duì)地下水的潛在污染優(yōu)點(diǎn)：費(fèi)用低、改良土壤缺點(diǎn)：重金屬污染 有毒有機(jī)物污染 影響食品安全優(yōu)點(diǎn)：大幅減容 徹底無(wú)害化 能量回收 處置速度快缺點(diǎn)：投資較大 技術(shù)要求高 填埋土地利用（堆肥） 焚燒6污泥的主要處置方法研究背景發(fā)展趨勢(shì)：隨著地下水保護(hù)、土壤保護(hù)、食品安全等問(wèn)題受到更廣泛的關(guān)注，污泥填埋場(chǎng)選址日益困難，填埋和污泥土地利用標(biāo)準(zhǔn)也不斷提高，使污泥填埋和土地利用受到越來(lái)越多的限制。焚燒作為

4、污泥減量化、無(wú)害化和資源化的重要技術(shù)，在污泥處置中的占比將不斷提高。圖1.2 我國(guó)污水污泥處置的現(xiàn)狀 圖1.3 歐盟污泥的處置情況7當(dāng)前主流的污泥焚燒技術(shù)及其特點(diǎn)研究背景存在問(wèn)題：（1）由于受到可用蒸汽量和干化機(jī)性能的限制，干化后污泥仍有較高的含水率，鍋爐煙氣量和排煙溫度高，熱效率低，處理規(guī)模較小。（2）爐內(nèi)燃燒溫度一般控制在850950，遠(yuǎn)低于煤粉爐的爐內(nèi)燃燒溫度，對(duì)于充分降低飛灰未燃盡碳，控制二噁英等有機(jī)污染物的生成是不利的。（3）干化過(guò)程產(chǎn)生的高含濕乏氣的余熱，缺乏足夠的冷卻介質(zhì)進(jìn)行回收利用；干化機(jī)排出乏氣中臭氣的去除也需要增加復(fù)雜的除臭設(shè)施。（4）單獨(dú)焚燒污泥所產(chǎn)生的灰渣中，重金屬含量

5、比較高，后續(xù)處理要求也比較高，資源化利用難度大。干化+流化床單獨(dú)焚燒8當(dāng)前主流的污泥焚燒技術(shù)及其特點(diǎn)研究背景存在問(wèn)題：（1）目前絕大多數(shù)的混燒是在煙煤鍋爐上進(jìn)行的，受煙煤鍋爐所采用的制粉系統(tǒng)的限制，高含水率的污泥（比如機(jī)械脫水后含水率80%的污泥）不能直接進(jìn)入制粉系統(tǒng)，通常是先對(duì)污泥進(jìn)行蒸汽干化，然后才能把低含水率的干化污泥送到鍋爐制粉系統(tǒng)，和煤混合制粉后送入爐內(nèi)燃燒。（2）由于污泥干化系統(tǒng)和鍋爐制粉系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，干化污泥轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中的防塵、防爆和防臭氣擴(kuò)散都是十分棘手的問(wèn)題，污泥處理的流程長(zhǎng)，系統(tǒng)復(fù)雜。（3）大型高效蒸汽干化機(jī)的國(guó)產(chǎn)化程度較低，進(jìn)口依賴比較重，其設(shè)計(jì)制造技術(shù)也是有待解決的問(wèn)題。

6、干化+煤粉鍋爐混燒怎樣定崗？9研究目標(biāo)本項(xiàng)目針對(duì)城鎮(zhèn)污泥處置問(wèn)題，擬通過(guò)應(yīng)用基礎(chǔ)理論研究、設(shè)備開發(fā)、系統(tǒng)集成與中試試驗(yàn)等步驟，開發(fā)基于燃煤電站鍋爐的大容量高效環(huán)保煤-污泥綠色發(fā)電技術(shù)。大容量高效率綠色環(huán)保安全可靠自主創(chuàng)新目錄技術(shù)研究背景和目標(biāo)技術(shù)路線和研究?jī)?nèi)容結(jié)論和下一步工作技術(shù)經(jīng)濟(jì)分 析10污泥焚燒處置的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題污染物控制（環(huán)保）污泥焚燒處置有兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題：1、采取合理的污泥干化方案，降低污泥干化能耗，提高發(fā)電系統(tǒng)效率。2、采取高效的燃燒技術(shù)，控制酸性氣體、二噁英和重金屬等污染的排放，避免 二次污染。技術(shù)路線11污泥焚燒處置的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題技術(shù)路線圖2.1 污泥熱值和含水率之間的關(guān)系1

7、2污泥焚燒處置的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題技術(shù)路線常用污泥脫水與干化方法污泥脫水 機(jī)械壓濾、真空過(guò)濾、離心脫水等1自然干化干化場(chǎng)，利用太陽(yáng)能使污泥干化2蒸汽干化 槳葉式、滾筒式和薄膜干化機(jī)等3煙氣干化 滾筒式、皮帶式干化機(jī)及噴霧干燥等4本項(xiàng)目采用的技術(shù)：集干燥、制粉于一體的高溫?zé)煔飧稍镲L(fēng)扇磨系統(tǒng)+污泥干燥乏氣余熱回收13污泥焚燒處置的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題技術(shù)路線煤-污泥綠色發(fā)電系統(tǒng)的污染物控制策略常規(guī)污染物 用電廠脫硫、脫硝、除塵設(shè)施高效脫除1臭氣用一體化干燥-制粉系統(tǒng)，避免干污泥轉(zhuǎn)運(yùn)2二噁英利用煤粉鍋爐高溫燃燒條件抑制其生成3重金屬 大量燃煤灰渣直接稀釋污泥焚燒產(chǎn)生的灰渣414煤-污泥綠色發(fā)電技術(shù)工藝路線圖技術(shù)路

8、線15煤-污泥綠色發(fā)電技術(shù)的特征與優(yōu)勢(shì)技術(shù)路線該技術(shù)采用組合式的制粉系統(tǒng)，改變了在同一個(gè)電廠中一般只采用一種類型制粉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想。以煙煤鍋爐為例，同時(shí)設(shè)置進(jìn)行煙煤制粉的中速磨制粉系統(tǒng)和進(jìn)行污泥干燥制粉的風(fēng)扇磨制粉系統(tǒng)，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)對(duì)污泥含水率的適應(yīng)能力，高含水率的污泥可以直接進(jìn)入制粉系統(tǒng)。該技術(shù)采用干燥/制粉一體化的風(fēng)扇磨高溫?zé)煔飧稍锵到y(tǒng)取代傳統(tǒng)的蒸汽干化機(jī)，干燥流程短，干燥速度快，干燥出力高，避免了干化污泥轉(zhuǎn)運(yùn)等環(huán)節(jié)，系統(tǒng)密閉性，可有效控制臭氣擴(kuò)散；通過(guò)控制煙氣中氧含量，可確保干燥系統(tǒng)安全運(yùn)行。該技術(shù)利用電廠凝結(jié)水充分回收污泥干燥乏氣余熱，降低干燥能耗，并減少污泥帶入鍋爐的水分，避免了焚

9、燒污泥時(shí)鍋爐出口煙氣露點(diǎn)溫度和排煙熱損失上升，提高鍋爐的熱效率。16煤-污泥綠色發(fā)電技術(shù)的特征與優(yōu)勢(shì)技術(shù)路線該技術(shù)采用大容量電站煤粉鍋爐取代傳統(tǒng)的流化床鍋爐進(jìn)行污泥焚燒，處理規(guī)模大，燃燒溫度高，可有效抑制多環(huán)芳烴、二噁英等有機(jī)污染物的生成。該技術(shù)通過(guò)調(diào)節(jié)煤和污泥的摻燒比例，使得燃燒后灰中堿金屬和重金屬的含量維持在較低水平，有效防止受熱面結(jié)渣、積灰和磨損問(wèn)題，使灰渣易于處理和利用。總體上，本項(xiàng)目提出的煤-污泥綠色發(fā)電技術(shù)具有污泥處理量大、節(jié)能、環(huán)保的特征和優(yōu)勢(shì)。17研究?jī)?nèi)容系統(tǒng)研究污泥儲(chǔ)運(yùn)和制粉系統(tǒng)研究關(guān)鍵設(shè)備開發(fā)大容量污泥儲(chǔ)運(yùn)輸送技術(shù)、除臭技術(shù)、污泥煙氣干燥機(jī)理及干燥制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面的工作。

10、煤-污泥綠色發(fā)電系統(tǒng)的熱力學(xué)分析、機(jī)組系統(tǒng)設(shè)計(jì)、機(jī)組安全性、控制技術(shù)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析等工作。鍋爐本體、氣粉分離設(shè)備、新型風(fēng)扇磨煤機(jī)和熱能及水回收裝置等關(guān)鍵設(shè)備的開發(fā)。中試試驗(yàn)?zāi)夸浖夹g(shù)研究背景和目標(biāo)技術(shù)路線和研究?jī)?nèi)容結(jié)論和下一步工作技術(shù)經(jīng)濟(jì)分 析18能量平衡技術(shù)可行性以某600MW機(jī)組為例，燃煤熱值19MJ/kg，進(jìn)入電廠污泥含水率80%，經(jīng)風(fēng)扇磨爐煙干燥系統(tǒng)干燥后污泥含水率30%。污泥抽爐煙干燥的可行性 97t/h的污泥（含水率80%）干燥至30%含水率時(shí)干燥乏氣中含水蒸氣約70t/h，相當(dāng)于一臺(tái)600MW褐煤機(jī)組燃用的褐煤在風(fēng)扇磨系統(tǒng)中蒸發(fā)水分的50%左右，故通過(guò)抽爐煙可以提供足夠的干燥熱量。

11、干燥乏氣余熱回收的可行性機(jī)組凝汽器出口凝結(jié)水量為1376t/h，若凝結(jié)水與干燥乏氣換熱后，溫度由35上升至70，可以冷凝105的水蒸氣約84t/h，故可作為冷卻介質(zhì)充分回收干燥乏氣的余熱。燃料消耗單獨(dú)燃煤時(shí)：燃煤250t/h 摻燒污泥時(shí)：摻燒10%干燥后污泥，可節(jié)約燃煤約10t/h。 焚燒的污泥折合含水率80%的原始污泥約97t/h。19制粉系統(tǒng)安全性技術(shù)可行性污泥和褐煤類似，都屬于高揮發(fā)分燃料，其水分比褐煤更高。傳統(tǒng)爐煙干燥風(fēng)扇磨直吹式制粉系統(tǒng)在褐煤發(fā)電機(jī)組中長(zhǎng)期使用，成熟可靠。本項(xiàng)目采用的爐煙干燥風(fēng)扇磨中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)的安全性，以及磨煤機(jī)出口高含濕乏氣的冷卻冷凝及熱量回收技術(shù)的可靠性，在前期

12、開展的“褐煤取水”專題研究的中試試驗(yàn)中已得到充分驗(yàn)證。 20鍋爐運(yùn)行安全性技術(shù)可行性受熱面結(jié)渣和沾污的控制以某電廠進(jìn)行煤和污泥摻燒的試驗(yàn)結(jié)果為例，污泥灰成分的堿酸比B/A一般小于0.4，屬于輕微結(jié)渣燃料的范疇。污泥的沾污指數(shù)一般在0.20.5，屬中等沾污范疇，和許多煤種的沾污特性也相近。通過(guò)控制煤和污泥摻燒比例，調(diào)節(jié)煤灰成分，煤與污泥混燒不會(huì)增加結(jié)渣和沾污的風(fēng)險(xiǎn)，是可行的。 檢驗(yàn)項(xiàng)目污泥煤二氧化硅SiO2%50.1051.544.99三氧化二鋁Ai2O3%13.0513.8318.07三氧化二鐵Fe2O3%7.617.259.98氧化鈣CaO%7.478.7911.79氧化鎂MgO%3.013

13、.642.21三氧化硫SO3%1.001.039.8二氧化鈦TiO2%0.910.940.83氧化鉀K2O%3.232.571.02氧化鈉Na2O%1.231.131.08五氧化二磷P2O5%8.269.210.05某電廠用煤及摻燒污泥的分析數(shù)據(jù)21污染物排放控制技術(shù)可行性煙氣中的污染物煙氣中有腐蝕作用的主要是酸性物質(zhì)HCl、SO2和NOX等，而HCl和SO2的含量與燃料中Cl和S的含量成正比，由于摻燒比例不高且污泥中相應(yīng)元素的含量低，因此煤摻燒污泥后不會(huì)增加酸性氣體。煙氣中重金屬以及二惡英類檢測(cè)結(jié)果也滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。 項(xiàng)目檢出限 無(wú)摻燒污泥摻燒5% 污泥摻燒10% 國(guó)內(nèi)排放濃度限值* 煙

14、塵(mg/m3) - 1.154 0.78 0.42 30 汞及其化合物(mg/m3) 3.110-7 5.8310-6 12.710-6 7.7210-6 0.03 鎘及其化合物(mg/m3) 610-5 ND ND ND - 鎳及其化合物(mg/m3) 610-4 7.9110-4 ND 7.7110-4 - 砷及其化合物(mg/m3) 0.0012 ND ND ND - 鉛及其化合物(mg/m3) 610-4 ND ND ND - 鉻及其化合物(mg/m3) 2.410-4 7.5210-4 ND 4.3710-4 - 銅及其化合物(mg/m3) 610-5 9.210-5 5.610-

15、5 2.2210-5 - 鋅及其化合物(mg/m3) 610-5 ND 4.5910-4 0.4210-4 - 二噁英(ng/m3) 1.0510-3 3.2110-3 2.7610-3 - 22污染物排放控制技術(shù)可行性飛灰中的污染物摻燒污泥10%污泥后，焚燒后的飛灰中二惡英和重金屬濃度沒(méi)有顯著變化，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)家控制標(biāo)準(zhǔn)濃度，摻燒后產(chǎn)生的影響很小。 檢測(cè)項(xiàng)目無(wú)摻燒摻燒10%污染控制標(biāo)準(zhǔn)*二惡英（ng/kg）12.1316.03000pH值12.4212.28六價(jià)鉻(mg/L)NDND1.5氟化物(mg/L)0.550.42苯并芘(mg/L)NDND總鎘(mg/L)NDND0.15總鉻(mg/

16、L)0.0110.0074.5總汞(g/L)NDND0.05總鎳(mg/L)NDND0.5總鉛(mg/L)NDND0.25總砷(mg/L)NDND0.3總銅0.005ND40總鋅0.010.00823污泥處置成本經(jīng)濟(jì)可行性初期投資采用煤-污泥綠色發(fā)電系統(tǒng)需增加污泥儲(chǔ)倉(cāng)、污泥輸送系統(tǒng)、高溫爐煙管道、風(fēng)扇磨煤機(jī)、兩套分離器和乏氣風(fēng)機(jī)等主要設(shè)備，初期投資增加約1.5億元。 24污泥處置成本經(jīng)濟(jì)可行性運(yùn)行成本污泥焚燒處置系統(tǒng)中，干燥耗能產(chǎn)生的成本占污泥處置成本的80%以上。（1）傳統(tǒng)工藝在目前的許多工程中，采用蒸汽干化系統(tǒng)，且污泥干化與焚燒在不同的廠進(jìn)行，將每噸80%含水率的污泥干化至含水率為30%，

17、需要0.7噸蒸汽，按每噸蒸汽200元（上海某電廠汽價(jià)）計(jì)算，約需140元/噸。在600MW鍋爐上，摻燒97t/h污泥可替代燃煤約10t/h，按燃煤530元/噸，則可節(jié)省的成本約53元/噸。因此污泥處置成本僅為87元/噸，按占比80%計(jì)算，總的污泥處置成本約為109元/噸（濕污泥）。 25污泥處置成本經(jīng)濟(jì)可行性運(yùn)行成本污泥焚燒處置系統(tǒng)中，干燥耗能產(chǎn)生的成本占污泥處置成本的80%以上。（2）本項(xiàng)目提出的工藝采用煤-污泥綠色發(fā)電系統(tǒng)后，蒸發(fā)一噸水分耗能約2500MJ，折合熱值20.93MJ/kg（5000kcal/kg）的煤約120kg。將1t含水率為80%的污泥干燥到含水率為30%，蒸發(fā)水量714

18、kg，耗煤86kg，干燥后得286kg含水率30%的干污泥，其熱值約8000kJ/kg（1911 kcal/kg），相當(dāng)于約109 kg熱值20.93MJ/kg的煤?？梢?jiàn)，利用干污泥燃燒放出的熱量不僅可以滿足污泥干化的需要，還能替代燃煤23kg，按燃煤價(jià)格530元/噸計(jì)算，其節(jié)約燃料成本為12.2元，一套600MW機(jī)組年運(yùn)行5500h，焚燒53.35萬(wàn)噸污泥，可節(jié)約燃料成本650萬(wàn)元。再加上污泥干燥乏氣余熱回收減少汽輪機(jī)抽氣，增加發(fā)電量，進(jìn)一步減少燃料消耗，污泥焚燒的運(yùn)行成本接近于零。 26污泥處置收益經(jīng)濟(jì)可行性直接經(jīng)濟(jì)收益本發(fā)電技術(shù)處置污泥的直接經(jīng)濟(jì)效益可以污泥處置補(bǔ)貼進(jìn)行定量。以上海市為例，按照污泥補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)，80%含水率的污泥按360元/噸計(jì)算，電廠設(shè)備利用小時(shí)數(shù)按5500小時(shí)計(jì)算，則一臺(tái)600MW機(jī)組摻燒97t/h污泥的財(cái)務(wù)收入就達(dá)19206萬(wàn)元，增加的初期投資在一年內(nèi)就可收回。即便污泥處置補(bǔ)貼降到100元/噸，初期投資也可在3年內(nèi)收回。此外，處置污泥還可能會(huì)帶來(lái)增加上網(wǎng)發(fā)電量的政府政策支持。 27污泥處置收益經(jīng)濟(jì)可行性社會(huì)效益（1）通過(guò)焚燒處置大量污泥，減容的同時(shí)減少了大量應(yīng)填埋而占用的土地，節(jié)約了大量土地資源。采用本項(xiàng)目技術(shù)，建設(shè)一套600MW機(jī)組，每年可焚燒污泥50萬(wàn)噸以上，以年產(chǎn)污泥約120萬(wàn)