煤污泥綠色發(fā)電技術.課件

1、煤-污泥綠色發(fā)電技術研究Green power generation from co-combustion of coal and sludge匯報人：目錄技術研究背景和目標技術路線和研究內(nèi)容結論和下一步工作技術經(jīng)濟分 析目錄技術研究背景和目標技術路線和研究內(nèi)容結論和下一步工作技術經(jīng)濟分 析研究背景1污泥的來源污泥主要產(chǎn)生于水處理過程中，由各種微生物以及有機、無機顆粒組成，是一種能夠有效利用的富含有機質(zhì)的城市污染產(chǎn)生物。污水處理廠河湖疏浚自來水廠城市排水管道系統(tǒng)研究背景2污泥的產(chǎn)量2013年，我國污水日處理能力達12246萬立方米，每天產(chǎn)生約6萬噸含水率80%的污泥，可裝滿70列15節(jié)的火車。

2、 圖1.1 我國城市污水處理能力發(fā)展趨勢污泥的危害惡臭毒性有機物：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值 干污泥的發(fā)熱量接近于褐煤的發(fā)熱量，相當于煙煤發(fā)熱量的2550%，可作為一種中熱值高揮發(fā)份的燃料進行能源化利用。 2013年全國污泥產(chǎn)量折合干污泥438萬噸，相當于約200萬噸標準煤。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：操作簡單、投資少缺點：侵占土地，選址困難 滲濾液對地下水的潛在污染優(yōu)點：費用低、改良土壤缺點：重金屬污染 有毒有機物污染 影響食品安全優(yōu)點：大幅減容 徹底無害化 能量回收 處置速度快缺點：投資較大 技術要求高 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：隨著地下水保護、土壤保護、食品安全等問題受到更廣泛的關注，污泥填埋場選址日益困難，填埋和污泥土地利用標準也不斷提高，使污泥填埋和土地利用受到越來越多的限制。焚燒作為

4、污泥減量化、無害化和資源化的重要技術，在污泥處置中的占比將不斷提高。圖1.2 我國污水污泥處置的現(xiàn)狀 圖1.3 歐盟污泥的處置情況7當前主流的污泥焚燒技術及其特點研究背景存在問題：（1）由于受到可用蒸汽量和干化機性能的限制，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，遠低于煤粉爐的爐內(nèi)燃燒溫度，對于充分降低飛灰未燃盡碳，控制二噁英等有機污染物的生成是不利的。（3）干化過程產(chǎn)生的高含濕乏氣的余熱，缺乏足夠的冷卻介質(zhì)進行回收利用；干化機排出乏氣中臭氣的去除也需要增加復雜的除臭設施。（4）單獨焚燒污泥所產(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+流化床單獨焚燒8當前主流的污泥焚燒技術及其特點研究背景存在問題：（1）目前絕大多數(shù)的混燒是在煙煤鍋爐上進行的，受煙煤鍋爐所采用的制粉系統(tǒng)的限制，高含水率的污泥（比如機械脫水后含水率80%的污泥）不能直接進入制粉系統(tǒng)，通常是先對污泥進行蒸汽干化，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)相對獨立，干化污泥轉(zhuǎn)運過程中的防塵、防爆和防臭氣擴散都是十分棘手的問題，污泥處理的流程長，系統(tǒng)復雜。（3）大型高效蒸汽干化機的國產(chǎn)化程度較低，進口依賴比較重，其設計制造技術也是有待解決的問題。

6、干化+煤粉鍋爐混燒怎樣定崗？9研究目標本項目針對城鎮(zhèn)污泥處置問題，擬通過應用基礎理論研究、設備開發(fā)、系統(tǒng)集成與中試試驗等步驟，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。大容量高效率綠色環(huán)保安全可靠自主創(chuàng)新目錄技術研究背景和目標技術路線和研究內(nèi)容結論和下一步工作技術經(jīng)濟分 析10污泥焚燒處置的關鍵技術問題污染物控制（環(huán)保）污泥焚燒處置有兩個關鍵技術問題：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，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。技術路線11污泥焚燒處置的關鍵技術問題技術路線圖2.1 污泥熱值和含水率之間的關系1

7、2污泥焚燒處置的關鍵技術問題技術路線常用污泥脫水與干化方法污泥脫水 機械壓濾、真空過濾、離心脫水等1自然干化干化場，利用太陽能使污泥干化2蒸汽干化 槳葉式、滾筒式和薄膜干化機等3煙氣干化 滾筒式、皮帶式干化機及噴霧干燥等4本項目采用的技術：集干燥、制粉于一體的高溫煙氣干燥風扇磨系統(tǒng)+污泥干燥乏氣余熱回收13污泥焚燒處置的關鍵技術問題技術路線煤-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)電技術工藝路線圖技術路

8、線15煤-污泥綠色發(fā)電技術的特征與優(yōu)勢技術路線該技術采用組合式的制粉系統(tǒng)，改變了在同一個電廠中一般只采用一種類型制粉系統(tǒng)的設計思想。以煙煤鍋爐為例，同時設置進行煙煤制粉的中速磨制粉系統(tǒng)和進行污泥干燥制粉的風扇磨制粉系統(tǒng)，大大增強了系統(tǒng)對污泥含水率的適應能力，高含水率的污泥可以直接進入制粉系統(tǒng)。該技術采用干燥/制粉一體化的風扇磨高溫煙氣干燥系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的蒸汽干化機，干燥流程短，干燥速度快，干燥出力高，避免了干化污泥轉(zhuǎn)運等環(huán)節(jié)，系統(tǒng)密閉性，可有效控制臭氣擴散；通過控制煙氣中氧含量，可確保干燥系統(tǒng)安全運行。該技術利用電廠凝結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、燒污泥時鍋爐出口煙氣露點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)電技術的特征與優(yōu)勢技術路線該技術采用大容量電站煤粉鍋爐取代傳統(tǒng)的流化床鍋爐進行污泥焚燒，處理規(guī)模大，燃燒溫度高，可有效抑制多環(huán)芳烴、二噁英等有機污染物的生成。該技術通過調(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，有效防止受熱面結渣、積灰和磨損問題，使灰渣易于處理和利用。總體上，本項目提出的煤-污泥綠色發(fā)電技術具有污泥處理量大、節(jié)能、環(huán)保的特征和優(yōu)勢。17研究內(nèi)容系統(tǒng)研究污泥儲運和制粉系統(tǒng)研究關鍵設備開發(fā)大容量污泥儲運輸送技術、除臭技術、污泥煙氣干燥機理及干燥制粉系統(tǒng)設計等方面的工作。

10、煤-污泥綠色發(fā)電系統(tǒng)的熱力學分析、機組系統(tǒng)設計、機組安全性、控制技術和技術經(jīng)濟分析等工作。鍋爐本體、氣粉分離設備、新型風扇磨煤機和熱能及水回收裝置等關鍵設備的開發(fā)。中試試驗目錄技術研究背景和目標技術路線和研究內(nèi)容結論和下一步工作技術經(jīng)濟分 析18能量平衡技術可行性以某600MW機組為例，燃煤熱值19MJ/kg，進入電廠污泥含水率80%，經(jīng)風扇磨爐煙干燥系統(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%含水率時干燥乏氣中含水蒸氣約70t/h，相當于一臺600MW褐煤機組燃用的褐煤在風扇磨系統(tǒng)中蒸發(fā)水分的50%左右，故通過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組凝汽器出口凝結水量為1376t/h，若凝結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。燃料消耗單獨燃煤時：燃煤250t/h 摻燒污泥時：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)爐煙干燥風扇磨直吹式制粉系統(tǒng)在褐煤發(fā)電機組中長期使用，成熟可靠。本項目采用的爐煙干燥風扇磨中儲式制粉系統(tǒng)的安全性，以及磨煤機出口高含濕乏氣的冷卻冷凝及熱量回收技術的可靠性，在前期

12、開展的“褐煤取水”專題研究的中試試驗中已得到充分驗證。 20鍋爐運行安全性技術可行性受熱面結渣和沾污的控制以某電廠進行煤和污泥摻燒的試驗結果為例，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，煤與污泥混燒不會增加結渣和沾污的風險，是可行的。 檢驗項目污泥煤二氧化硅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元素的含量低，因此煤摻燒污泥后不會增加酸性氣體。煙氣中重金屬以及二惡英類檢測結果也滿足相關標準的要求。 項目檢出限 無摻燒污泥摻燒5% 污泥摻燒10% 國內(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有顯著變化，且遠遠低于國家控制標準濃度，摻燒后產(chǎn)生的影響很小。 檢測項目無摻燒摻燒10%污染控制標準*二惡英（ng/kg）12.1316.03000pH值12.4212.28六價鉻(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)需增加污泥儲倉、污泥輸送系統(tǒng)、高溫爐煙管道、風扇磨煤機、兩套分離器和乏氣風機等主要設備，初期投資增加約1.5億元。 24污泥處置成本經(jīng)濟可行性運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）計算，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)濟可行性運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），相當于約109 kg熱值20.93MJ/kg的煤?？梢?，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，按燃煤價格530元/噸計算，其節(jié)約燃料成本為12.2元，一套600MW機組年運行5500h，焚燒53.35萬噸污泥，可節(jié)約燃料成本650萬元。再加上污泥干燥乏氣余熱回收減少汽輪機抽氣，增加發(fā)電量，進一步減少燃料消耗，污泥焚燒的運行成本接近于零。 26污泥處置收益經(jīng)濟可行性直接經(jīng)濟收益本發(fā)電技術處置污泥的直接經(jīng)濟效益可以污泥處置補貼進行定量。以上海市為例，按照污泥補貼標準，80%含水率的污泥按360元/噸計算，電廠設備利用小時數(shù)按5500小時計算，則一臺600MW機組摻燒97t/h污泥的財務收入就達19206萬元，增加的初期投資在一年內(nèi)就可收回。即便污泥處置補貼降到100元/噸，初期投資也可在3年內(nèi)收回。此外，處置污泥還可能會帶來增加上網(wǎng)發(fā)電量的政府政策支持。 27污泥處置收益經(jīng)濟可行性社會效益（1）通過焚燒處置大量污泥，減容的同時減少了大量應填埋而占用的土地，節(jié)約了大量土地資源。采用本項目技術，建設一套600MW機組，每年可焚燒污泥50萬噸以上，以年產(chǎn)污泥約120萬