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1、污泥焚烧发电简介污泥发电是城市污水处理厂进行污泥合理开发利用的技术措施之一,是污泥实行减量化、稳定化、无害化、资源化的良好方法,污泥作为污水处理的伴生物,占污水总量的0.15 %1 %。据统计,我国城市污水处理厂每年污泥发生量(干重)约为130万t,且以每年10%的速度增长。污泥中含有近40%的有机生物质,具有可燃性,所以污泥既被视为废弃物,又被视为一种生物质资源。合理利用污泥发电已成为污泥有效利用的一个新的发展趋势。污泥发电不但可以实现污泥安全处理,同时还可以从污泥中抽取能量,替代部分化石燃料,即节约资源和能源,又保护环境,有利于促进我国向可持续的循环型社会的转变。1典型的污泥发电工艺目前，
2、污泥发电的3种发电工艺包括了：1）污泥燃料直接焚烧发电; 2）污泥厌氧消化产生沼气、通过燃气轮机组发电; 3）污泥厌氧消化产生沼气、进而通过改质制造氢气,经燃料电池发电。其中目前世界上已经试验性使用的为前2种发电方式，第3种发电工艺尚处于实验研究阶段。目前我国污泥处理处于前期探索阶段，以前污泥的处理主要采取填埋方式，随着国家对污染的重视，国内已有几家污水处理厂开始采用污泥燃料直接焚烧发电处理方式，下面主要介绍污泥经干化处理后的焚烧发电工艺和污泥厌氧消化产生沼气发电工艺。1.1污泥燃料燃烧发电污泥焚烧(热分解)是指在高温(5001000)下，污泥固形物在无氧气或者低氧气氛中分解成气体、焦油以及灰
3、等残渣这3部分的过程。污泥焚烧的处理对象主要是脱水泥饼，脱水泥饼含水率仍达4586，含水率高，体积大，可将其进行干燥处理或焚烧。干燥处理后，污泥含水率可降至2040。焚烧处理，含水率可降至0，体积很小，便于运输与处置。在焚烧过程中，最重要的是对污泥进行脱水处理，这一过程在国内外基本上都在污水处理厂完成,也就是说目前国内外对于污水的处理都会考虑污泥的浓缩脱水过程。经脱水处理后的污泥饼，再进行污泥干化，污泥干化是在污泥机械脱水后,进一步进行干燥,经过干化后的污泥或者利用或者焚烧。干化的目的,是使污泥进一步脱水,从机械脱水后含水率大概为80%的状态,进一步脱水到10%50%,一方面进行了有效的减容,
4、另一方面干化后的污泥运输、利用都很方便。因为污泥的燃烧热值低，国内污泥焚烧发电都需要利用辅助燃料，以提高燃烧热值。污泥燃料有多种形式,如将湿污泥与煤粉、重油等燃料一起混合形成的污泥燃料;污泥与城市有机垃圾混合形成的污泥燃料;湿污泥干化后形成的污泥燃料。污泥燃料燃烧所释放出的热能通过热回收系统和发电系统实现能量的转化,见图1。1.1.1污泥的干化处理及焚烧1）污泥的干化处理干化和干燥是污泥深度脱水的一种形式，其应用的能量（推动力）主要是热能，即用热能将污泥中的水汽化。污泥干化形式有传统的自然干化和强化自然干化。干化、干燥技术主要有直接加热转鼓干化技术、间接加热转鼓干化技术、离心干化技术、间接式多
5、盘干燥技术和流化床污泥干化技术。污泥干化焚烧处理工程采取的处置方式和流程见下图：2）工艺系统：l 运输贮存系统海南市污水处理厂产生的污泥由运输车运送至厂后经过称重计量卸入污泥接收仓内，然后由接收仓底部的螺旋输送机输送至污泥储仓。各个厂区的污泥在污泥储仓进行混合，以供干化、焚烧系统使用。l 污泥干化系统利用焚烧系统产生的蒸汽对污泥进行干化处理，降低污泥的含水率，提高污泥热值，减少在焚烧过程中辅助燃料的添加，降低运行成本。同时对干化过程中产生的废气经过洗涤塔净化后大部分作为热载体回用，其余的进入焚烧炉进行焚烧处理。作为热源的水蒸汽经过干燥机后成为冷凝水，输送至锅炉除氧器进行回用。l 污泥焚烧系统采
6、用流化床焚烧炉技术，焚烧温度控制在850900之间。为了能够确保污泥稳定燃烧，适量补充部分天然气。焚烧过程中产生的高温烟气采用余热锅炉回收余热，产生的饱和蒸汽，供本系统内部使用。l 烟气净化系统经过余热利用后的烟气根据污染物含量确定净化工艺，达标排放。3）污泥的焚烧污泥减容的主要方法是浓缩、脱水以及焚烧。污泥焚烧在日本、德国、奥地利等国应用比例较高（日本污泥焚烧比例达55%），一般大型污水处理厂的污泥均通过焚烧达到无害化处理处置，污泥减容减量化程度高，而且产生的热能可回收利用，如利用热交换装置（如余热锅炉）将产生的蒸汽用作供热采暖或驱动汽轮机发电等1.2污泥厌氧消化产生沼气发电污泥消化可以抑制
7、病菌,改善污泥的卫生状况;脱水后的消化污泥还可作为发电厂或水泥厂的辅助燃料。污水处理厂污泥厌氧消化产生的沼气,主要组分为CH4和CO2,以及H2S、氨等微量有害气体。与其他燃气相比,沼气是一种性能优良的清洁燃料。沼气发电以其低排放、低污染、节约能源、废物资源化等优点而倍受关注,开发沼气发电成为建设绿色环保工程的一项重要措施。2污泥焚烧处理的设备污泥焚烧的核心设备是焚烧炉。目前国内使用的焚烧炉主要有立式多层炉、回转窑炉、流化床炉、喷射焚烧炉等。20世纪60年代以前，用作污泥焚烧的主要是多膛式焚烧炉，但由于辅助燃料成本上升和更加严格的气体排放标准，多膛炉逐渐失去竞争力，促使流化床焚烧炉成为较受欢迎
8、的污泥焚烧装置。下面主要介绍流化床处理技术。流化床处理技术其主体设备为圆柱形塔体，底部装有多孔板，板上放置载热体砂作为燃烧床，塔内壁衬有耐火材料，气体从下部通入，并以一定速度通过分配板，使床内载体“沸腾”呈流化状态，污泥由塔侧或塔顶加入，在流化床层内与高温热载体及气流交换热量而被干燥、破碎并燃烧，废气从塔顶排出，夹带的载体粒子及灰渣经除尘器捕集后返回流化床内。循环流化床焚烧炉采用分级送风技术，从不同角度向锅炉里流动送风，使气体与气体及气体与固体颗粒充分混合，在温度达到850900时，只需3秒钟，就能使污泥彻底燃烧。污泥燃尽后通过水和气的形态达标挥发。该技术减少了污泥燃烧的氮氧化物排放量，而且加
9、入一定量的石灰石，还可使污泥在炉内完成脱硫、脱氮。焚烧产生的酸性气体、二噁英和烟尘，可通过吸附塔和纤维滤袋收集器粘附。循环流化床燃烧具有燃烧效率高、低污染的优点，近年来得到了快速发展。流化床焚烧炉有如下特点：由于流化层内粒子处于激烈运动状态，粒子与气体之间的传质与传热速度很快，单位面积的处理能力很大；由于流化床层内处于完全混合状态。所以加到流化床的固体废物，除特别粗大的块体之外，都可以瞬间分散均匀；由于载体本身可以蓄存大量热量，并且处于流动状态，所以床层反应温度均匀，很少发生局部过热现象，床内温度容易控制。即使一次投入较多量的可燃性废弃物，也不会产生急冷或急热现象；在处理含有大量易挥发性物质时
10、(如含油污泥)，也不会像多段炉那样有引起爆炸的危险；流化床的结构简单，设有机械传动部件，故障少，建造费用低；空气过剩系数可以较少；特别是流化床焚烧炉还具有其本身独特的优点，如燃料适应性广、易于实现对有害气体SO2和NOx等的控制、还可获得较高的燃烧效率、污泥焚烧的灰份有多种用途等等。3国内污泥处理案例 2005年,浙江绍兴采用具有我国自主知识产权的“煤助燃循环硫化床”技术兴建了国内首座污泥焚烧发电大型示范项目,日处理污泥1500t以上,污泥处理价格为80元/t,年上网电力2166108kWh ,供蒸汽150t/h。 2006年,浙江省富阳市某污水处理厂将污泥(600t/d) 焚烧发电,焚烧灰渣
11、制成建材替代红砖。2007 年1 月,宁波污泥处理一期工程已正式投运。该工程日处理污泥400t ,年发电量达730 万kWh 。 2007年6月在合肥投产运行的污泥发电供热项目, 日产污泥300t ,燃烧后灰渣用作修路。由上可见,国内污泥发电技术尚处于成长阶段,工程方兴未艾。4污泥处理收入来源目前污泥焚烧发电的收入来源包括两部分:一是污泥焚烧发电增加的发电量销售收入;二是市政部门按污泥处理量给予的补贴(参照江、浙地区的市政补贴政策,按90元/t计) 。5海口白沙门项目投资成本估算5.1热干化焚烧处理技术方案项目投资5.1.1设备成本主要设备清单序号名称数量备注1.湿污泥接收储存输送系统1套包括
12、接收仓、储存仓、污泥泵，以及管路2.干化系统2套包括干燥机、干污泥输送设备、洗涤塔、冷却循环装置，以及管路3.焚烧系统1套包括炉体、助燃系统、砂循环系统、出渣系统、供风系统等4.余热利用系统1套包括：余热锅炉、锅炉给水泵、除氧器、除氧器水泵、软水器、软化水箱、加药系统、蒸汽往复泵等5.烟气处理系统1套包括：除尘设备、脱酸设备、引风机、烟囱等6.电气1套包括电气柜、现场按钮箱及操作柱、现场控制柜、电缆桥架等7.仪控1套包括中控室操作台、工程师/操作员站、PLC及控制柜、软件、仪表（压力、温度、流量、可燃气体、物位、烟气在线监测等）、工业电视、电缆桥架等8.其他1套8.1飞灰输送、储存系统1套包括
13、灰仓、灰仓泵、附属设备等8.2空压系统1套包括空压机、冷干机、热干机、过滤器等8.3冷却循环系统1套包括提升泵、冷却塔等8.4臭气处理系统1套包括风机、除臭反应器、泵等8.5系统工艺管路1套8.6系统检修操作平台1套包括设备及安装费总估价6300万人民币。5.1.2运行成本处理每吨湿泥运行成本：110150元。5.2水热干化处理技术方案5.2.1 设备成本主要设备清单序号名称数量备注9.湿污泥接收储存输送系统1套包括2套接收仓、3套储存仓、5套污泥泵，以及管路10.蒸汽热解反应釜2套11.蒸汽供给系统1套包括锅炉、管路、给水设备等12.干污泥出料系统1套包括出料输送设备13.污泥脱水机1套包括
14、主辅机14.除臭系统1套包括风机、除臭装置等15.电气仪控系统1套本项目投资的系统包括：污泥储仓及供料系统、干化系统、蒸汽供给系统、除臭系统、电气仪控制系统等，设备及安装总估价1500万人民币。5.2.2运行成本1)系统消耗品序号消耗品消耗量单位1.运行电耗165 kWh2.天然气22kg/h2)系统排放物序号排放物排放量单位1.废水1t/h2.半干污泥0.7t/h3)运行成本估算项目单价消耗数量合计(元/t湿污泥)电力0.7（元/度）79.2（度/t湿污泥）55.44天然气2.92 （元/kg）10.56（kg/t湿污泥）30.84污水排放0.90 （元/t）0.48（t/t湿污泥）0.432系统单位运行成本86.712
