项目项目的研究方法下: 通过对江苏省现有运行的污泥发电厂实施调查、现场测试,结合实验室对污泥的全水、氧弹测量、红外侧硫、工业分析、元素分析等数据进行分析和研究,并且通过对比各种处理污泥方式,验证污泥掺烧的环保性与经济性。
掺烧环境效益分析:测试数据及实测数据来样单位:协鑫污泥发电厂 污泥
1、污泥和煤的发热量测试结果汇总
品种 | 发热量 KJ/Kg | 发热量 Kcal/Kg |
未干化污泥 | 7450 | 1782 |
干化后污泥 | 9352 | 2244.5 |
褐煤 | 9540-12720 | 2282-3043 |
烟煤 | 20900-33500 | 5000-8014 |
污水处理厂污泥和煤的燃烧热值范围,从表中可以看 出,干燥后污泥的发热量相当于烟烟的25%-50%,接近褐煤的发热量,作为能源资源,具有较高的开发利用价值。同时,污泥的挥发分含量较高,因此,可以将干化后的污泥作为一种中热值高挥发分燃料。
2、污泥与煤按比例掺混的发热量测试结果汇总(由于在实验室故选用GBW1101q型烟煤)
比例 | 发热量 KJ/Kg | 发热量 Kcal/Kg |
煤1污泥0 | 31646 | 7567.8 |
煤5污泥5 | 20170 | 4823.4 |
煤6污泥4 | 22833 | 5460.4 |
煤7污泥3 | 24598 | 5898.7 |
从上表可以看当掺烧比例达到7:3时,发热量与纯烟煤燃烧下降并不是很明显,另外还要考虑到污泥与煤掺烧比例不同后炉内燃烧工况的变化。我们调查后得知协鑫发电污泥的着火温度约为240℃ (试验测得),比一般烟煤的着火温度低,也低于公司原煤着火温度 (332 ℃ )。因此,煤中掺入污泥后,不用担心其着火问题。另外,燃煤中即使掺入30% 污泥,对锅炉参数也不会有多大的影响。由于炉膛出口烟温变化甚微,烟气流量变化也不大,对炉膛以后受热面的热力工况不会有很大影响,因而锅炉各项运行参数与燃煤基本相同。
3、污泥与煤按比例掺混的工业分析测试结果汇总
比例 | M % ad | A % ad | V % ad | FC % ad | A% d | V% d | V % daf | FC% d | S% ad |
煤 | 2.35 | 12.83 | 29.92 | 54.9 | 13.14 | 30.64 | 35.28 | 56.22 | 0.38 |
污泥 | 3.63 | 50.23 | 40.60 | 5.54 | 52.13 | 42.13 | 88.00 | 5.74 | 0.61 |
煤5污泥5 | 3.68 | 34.04 | 35.89 | 26.39 | 35.34 | 27.88 | 51.57 | 37.78 | 0.51 |
煤6污泥4 | 3.31 | 28.79 | 33.17 | 33.73 | 29.78 | 26.07 | 48.54 | 43.15 | 0.46 |
煤7污泥3 | 2.87 | 27.10 | 31.97 | 38.06 | 24.81 | 25.71 | 44.19 | 49.48 | 0.40 |
水分: 这里需要指出的是由于在实验室中,污泥含水率较低,实际污泥的水分较高,这是影响污泥掺入煤粉锅炉燃烧的一个主要不利因素,但是在电厂可以利用烟气余热进行有效干燥。
挥发分: 污泥中含有大量的有机物质去掉表面水分以后即污泥的空干基挥发分能达到86%左右,很高,它对污泥在炉内完全燃烧是十分有利的。
灰成分和灰熔融性: 污泥的灰分含量也比较大,大量的灰分将不利于着火的稳定性。因此污泥与煤混烧时必须综合考虑各种利弊因素。 资料显示按7:3混合后泥煤结渣特性与单煤相比没有产生过大变化仍处于轻微结焦范围。
含硫量: 当掺烧比例达到7:3时含硫量0.39%左右,与实际燃煤的含硫量相近。经过脱硫后不会对环境产生影响。
4、按比例混合C、H、N含量数据报告
样名 | 水分% | C% ad | C% d | H% ad | H% d | N% ad | N% d |
污泥1 | 3.62 | 21.48 | 22.29 | 3.66 | 3.80 | 3.79 | 3.93 |
煤1 | 0 | 79.29 | 79.29 | 4.79 | 4.79 | 1.08 | 1.08 |
煤5污泥5 | 0 | 50.33 | 50.33 | 4.50 | 4.50 | 2.04 | 2.04 |
煤6污泥4 | 0 | 56.85 | 56.85 | 4.45 | 4.45 | 2.01 | 2.01 |
煤7污泥3 | 0 | 62.42 | 62.42 | 4.58 | 4.58 | 1.89 | 1.89 |
氮在污泥中含量为3.79%,氮在锅炉中燃烧时生成氧化氮已气体形式从烟气中排走,不会对灰渣成份造成影响,但在烟气排放中的氧化氮主要是会造成温室效应,具体污泥掺烧后氧化氮在锅炉烟气中的含量需做试验后才能得出数据。但从表中看出按7:3混合后为1.89%,与纯烟煤变化不大,且循环流化床内的燃烧温度可以控制在850~950℃的范围内稳定而高效燃烧,这一燃烧温度抑制了热反应型NOx的形成,脱硝处理后对环境不会产生较大影响。
碳主要是对粉煤灰的烧失量有规定,国家标准规定一级水泥烧失量小于5%,而污泥含碳量远低于原煤,所以锅炉烟气排放中二氧化碳基本上无影响,还能降碳化物的排放,这在碳减排方面是有利的。
掺烧经济效益分析:
1.1、填埋和掺烧比较
| 填埋 | 掺烧 |
项目 | 费用(万/年) | 吨费用(元) | 年吨数(吨) | 年费用(万元) |
场租 | 15 | 0 | 0 | 0 |
运输 | 55 | 43 | 200*365 | 313.9 |
防渗处理 | 50 | 0 | 0 | 0 |
表层覆土封盖 | 40 | 0 | 0 | 0 |
焚烧补贴 | 0 | 86 | 200*365 | 627.8 |
合计 | 160 | 129 | 73000 | 941.7 |
上表为江心洲污水处理厂填埋和掺烧的经济效益对比。
1.2、污泥干化和堆肥比较
| 污泥干化 | 污泥堆肥 |
项目 | 费用(万元) | 费用(万元) |
干化厂建设 | 8000 | 0 |
制肥厂建设 | 0 | 2000 |
运行费用 | 1500万/年 | 800万/年 |
上表为污泥干化和堆肥的经济成本.
通过上面两表的比较我们看出掺烧的经济成本高于填埋,但是污泥有一定的热值,可以产生一定的发电量,同时燃烧完的炉渣可以用来制造建材;而填埋由于土地资源的限制,环境要求的提高、经济成本越来越高等因素影响,将会逐渐减少使用。
污泥干化、污泥堆肥由于没有现成的设施,必须新建一污泥干化厂、污泥制肥厂,建设及运行费用都很高。与掺烧发电相比经济效益不是很明显。
采用污泥掺烧的前景
1.1采用污泥掺烧的优点
⑴2015年我国需处置干污泥量约1.2万t/d,我国将面临巨大的污泥处理压力和污泥对周围饮用水源污染问题。而掺烧法处理污泥具有“剩余物少,不需灭菌处理,处理速度快,不需长距离运输,可回收能量用于发电和供热”的优点,因此,对污泥和煤混烧的研究正得到专家学者越来越多的关注。
⑵污泥掺烧处置一次性投资较低,且它具有其它工艺不可替代的优点,特别是在污泥的减量化、无害化、节约土地资源和节能等方面,尤其是大大减轻工业污泥所含重金属对水质的影响,因此成为污泥最终出路的解决方法。
⑶可节省不可再生能源。南京主城区污水日处理能力目前为104.5万吨,实际处理量约86.15万/吨,日产污泥量约290吨(含水率约76%)。如果这些污泥与煤掺烧后仅南京市每天可节煤50吨,年节煤可达18250吨。
1.2 可能出现的问题
⑴污泥的Cl含量远高于煤,污泥和煤混烧时,不仅会释放SOx、NOx等有害气体,HCl气体也是主要的污染气体之一。而HCl的强腐蚀性会造成受热面的高温腐蚀损毁及尾部受热面和烟道的低温腐蚀,还会促进毒性有机挥发物的生成,因而,对污泥和煤混烧时HCl释放及脱除行为的研究十分必要。
⑵我国对污泥掺烧过程中掺烧问题的解决对策所进行的理论研究很少,对如何防止二恶英的排放和扩散以及实现燃烧工况的稳定还没有系统的解决,因此技术不成熟。
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