高干脱水后造纸污泥焚烧处置的方案比较

1、高干脱水后造纸污泥焚烧处置的方案比较、方案选择根据要求，对以下三种处置技术方案进行分析和比较：方案一、高干脱水后直接与煤掺混入循环流化床锅炉焚烧方案二、髙干脱水并利用电厂蒸汽干化后与煤掺混入循环流化床锅炉掺烧方案三、髙干脱水后利用自建干化焚烧系统进行焚烧二、计算条件和取值1、脱水污泥性质造纸企业的污泥一般有三种：化学污泥、剩余污泥和初沉污泥，假设苴干基比例分別为 30%. 35%. 35%»按泥性可设干基低位热值分别为1100、2200、2400大卡/公斤，则平均干基 低位热值1940大卡/公斤。燃料的剩余 水分M75. 00灰分A10. 70碳C634氢H0.92氧06.91氮N0

2、.08硫S0.05测算规模根据客户的要求，原脱水湿泥的含固率按25%考虑，干基污泥戢150吨/日。此 时，湿泥的收到基构成可能为：2、髙干脱水后污泥性质由于髙干脫水需要添加大虽无机化学药剂如三 氯化铁和生仃灰等，这将造成高干脫水后污泥的总干 基量上升，热值相对下降。干基总量的上升，意味着无机药剂也会将一部分 水分带入髙干脱水后的污泥。由于生石灰水合，使得无机药剂的干重增加，即 如果输入1公斤CaO,会产生1. 321公斤的氢氧化钙干 重。氢氧化钙在580度的焚烧温度下分解为水和氧化 钙。这意味着焚烧时还需考虑氢氧化钙重新生成氧化 钙所需的分解热，以及重新释放出的水分对焚烧装置 的影响。为便于判

3、断水分的具体量，假设市场采购的石灰含氧化钙、氢氧化钙和杂质，比例分别 为60%、 20%、 20%。根据要求，测算点选择的是石灰添加量为湿基的10%脱水后含固率50弔。按此比例推算, 高干后的污泥干基量229. 1吨/日。由于无机药剂的稀释作用，原干基污泥的构成也发生改变，干基热值同比降为原来的 65. 5%,即1270大卡/公斤。这样，用于计算的污泥燃料构成为（假设因添加无机质的量不同而有变化）：燃料的剩余 水分M50. 0040. 00灰分A361.280. 00碳C83020. 42氢H1.208.68氧09.051.26氮X0109.46硫S0.070113、燃煤热值用于计算的燃煤性质

4、如下（取自郑州热电厂670 t/h锅炉双稳燃宽调节浓淡煤粉燃烧 器应用）：燃料的剩余 水分M914灰分A26. 30碳C4.41氢H2.74氧0617氮N0.84硫S0.40干基低位热值为5439大卡/公斤。4、高干度脱水为便于汁算综合成本，有必要对髙干度脱水的经济参数进行评估。主要取值如下：-吨干基处理量的脱水电耗140kW （根据某高干脫水技术提供商的数据）：-日吨湿基处理量的投资2.0万元：-人员数量：8人-年维护成本相当于初始设备投资的比例：5%5、循环流化床锅炉采用了一台220吨蒸汽/小时产能的循环流化床锅炉作为参考炉型，蒸汽参数为：压 力9.81MPa,温度540度，给水温度150

5、度。对高干脱水污泥入循环流化床锅炉处置的技术经济分析，是基于不处宜污泥时与处置污 泥时的前后比较。过剩空气系数均取1.22。不处置污泥时，设排烟温度120度，蒸汽产量为额左产量220吨/时，以此时排岀锅炉的 湿烟气疑为基本参考（锅炉设计上的限制）。处置污泥时，方案一由于大量水分进入锅炉，岀于硫酸腐蚀的考虑，设排烟温度160度; 方案二设排烟温度135度。锅炉出口的湿烟气呈:一定的情况下，由于蒸汽占用体积大，干烟 气量所占份额缩小，这意味着蒸汽产岀量一泄会减少：当然，考虑了污泥输入的热量，燃煤 消耗量会减少。从锅炉进煤口到出灰渣口、排烟口的锅炉全系统设为一个热工系，进行热平衡计算。不 考虑蒸汽系

6、统内部进行抽汽、再热以及发电、供热比例方面的变化。所有焚饶的灰渣处宜成本均暂不考虑。锅炉事实上是作为“处宜设施”处置污泥的，可能导致的成本如下：锅炉的热效率降低，单位蒸汽产量的煤耗增加：蒸汽减产，减产蒸汽部分有利润损失；蒸汽减产，吨蒸汽产能的电耗成本分摊上升：原锅炉设备按照蒸吨所计算的折旧增加；可能对锅炉产生的磨损、腐蚀等，维护成本增加；新增干泥输送（运输）、料仓或混合上料等系统的配套投资及英折旧：灰渣虽提髙，导致灰渣捕捉、输送等处理和运输设备的负荷增大；上述成本与损失可分别量化为：一一吨蒸汽减产量，考虑利润损失50元/吨（该参数蒸汽的价值220元/吨）：吨蒸汽产量的煤耗增加，以吨煤价格900

7、元评估；其它各项损失，设方案一增加处置成本60元/吨湿泥：方案二增加20元/吨湿泥。 注意，上述三项取值属于假设，不一定能反映实际情况。6、热干化利用电厂锅炉的蒸汽，采用间接干化设备对高干脱水后的污泥进行热干化。设计参数取值如下：入口含固率50%干化出口含固率75%：干燥工质为1.2 MPa低压蒸汽：蒸汽价格：160元（比市场价格偏低）生产线数量：3条：厂房占地：40米X 30米人员数量：6人总建设投资（含二类费用）：8600万人民币，其中设备投资7000万（不含税）；热干化后的污泥去电厂循环流化床锅炉处置。7、热干化+污泥焚烧炉采用间接干化设备对高干脱水后污泥进行热干化，干化所需热量来自污泥

8、焚烧炉的余热 锅炉。设计参数取值如下：入口含固率50%干化岀口含固率80%：干燥工质为导热油，干燥器入出口工质温度280/255度：干化生产线数量：3条；焚烧炉数量：2条：燃煤导热汕锅炉：1台（用于启动或补热）厂房占地：70米X 30米人员数量：4+4人总建设投资（含二类费用）：12400万，苴中干化设备投资6500万（不含税），焚烧炉和 补热锅炉投资3400万：8、其它技术经济参数取值废水处理成本yua n/t120自来水单价yua n/t300一二类费用取费 系数%15%还款期a7银行年利率%80%电价yuan./kW065平均年薪wy/a4年工作日数d/a330焚烧系统综合热 损失%5%

9、环境温度。c20相对湿度%80%三氯化铁价格yua n/t3000氧化钙价格yuan/t300三、分析结果对三组不同的热工系统进行完整计算，可得到以下基本概念：高干脱水后直接与煤掺混，入循环流化床锅炉焚烧，存在两个工况：1）维持锅炉的同 等蒸发疑时（烟气量增加）；2锅炉的烟气疑基本不变（蒸汽疑减少）。1）锅炉蒸发疑不变时原锅炉参数单位原锅炉 参数掺烧差参数别原锅炉蒸发量t/h220220蒸汽减产%0.0烟气含湿量kg/kg0. 035400. 068烟气含湿量增加%8%91.灰渣量kg/h867615089灰渣量增加%9%73.干烟气量kg/'h292025233121干烟气量增加%4

10、%13.焚烧炉出口体积流量M3/h12868840415319烟气体积流屋增(E19.加0%千瓦电能煤耗g/kW446469千瓦电能煤耗增 加g/kW822.千瓦电能标煤耗g/kW312327千瓦电能标煤耗 增加g/kW915.由于污泥中含水量大导致烟气中含湿量大幅提髙，从而造成锅炉岀口的湿烟气虽:提髙19%.这意味着烟气流速大大提高，导致后端设备磨损加大。千瓦发电的标煤耗增加了 15. 9 克。2）锅炉蒸发量减少时原锅炉参数单位原锅炉参数掺烧差参数别原锅炉蒸发量t/h220180蒸汽减产%2%18.烟气含湿量kg/kg0. 03540. 0744烟气含湿量增加%.8%109灰渣量 灰渣量增加

11、kg/h%86761347655.4%干烟气星kg/h292025276937干烟气量减少%5.2焚烧炉出口体积流量M3/h12868841292729烟气体积流量增%0.5加%千瓦电能煤耗g/kW446472千瓦电能煤耗增 加g/kW625.千瓦电能标煤耗g/kW312329千瓦电能标煤耗17.增加g/ kW9由于燃煤疑相对减少，污泥含水量在烟气含湿量中的比例更髙。与原锅炉设计运行条件 比，蒸汽产能损失可高达18. 2%,千瓦发电的标煤耗增加17. 9克。在维持同等蒸发量的工况下，烟气增加量可能超过锅炉可忍受的极限。因此初步判断湿 泥掺烧导致蒸发量下降是非常可能的。因此后而的经济评价以此工况

12、为参考。2、髙脱水并利用电厂蒸汽干化后与煤掺混入循环流化床锅炉掺烧参考的热干化以升水蒸发量净热耗670 kcal/kg.电耗0.08 kW,/kg进行评估。 循环流化床锅炉的混烧处置比较如下（假设锅炉蒸发量不变）：原锅炉参数原锅炉 参数掺烧差参数别烟气含湿量烟气含湿量增加kg/kg%0. 035470. 049.2%40灰渣量kg/h867614454灰渣呈增加%.6%66锅炉热效率 锅炉热效率降低%85. 7%82.4%4%3.焚烧炉岀口体积流量m3/h12868840513950烟气体积流量增8.加704%干烟气量kg/h292025330983干烟气量增加%6.1%千瓦电能煤耗千瓦电能煤

13、耗降 低g/kWg/kW4474379.9千瓦电能标煤耗 千瓦电能标煤耗 降低g/kWg/kW3123056.9由于干化污泥中仍含较多水分，烟气中含湿量有一左幅度上升。与高干脱水污泥直接焚烧比，发电标煤耗下降，这意味着污泥的热值有一泄的正贡献, 但锅炉热效率仍降低了3. 4个百分点。热干化造成了入炉水分有一左幅度的减少，但这是消耗了锅炉所产生的部分蒸汽的结 果。在进行完整的经济分析时，还应将蒸汽消耗的能量考虑在内，即热下化的热能成本。3、高干脱水后利用自建干化焚烧系统进行焚烧干化焚饶为一套集成的系统，与造纸厂的循环流化床锅炉无关。干化燃料全部或大部分来自污泥焚烧产生的余热（根据污泥热值和高干脫

14、水后的含固率 而定）。四、经济分析1、髙干脱水后直接与煤掺混入循环流化床锅炉焚烧 以下成本计算均以吨脱水污泥量（含固率25%）计算。 高干脱水部分的运行成本构成如下：干基三氮化铁添 加量kg/tDS50干基氧化钙添加kg/tDS400药剂成本yuan/d40500吨干基电耗kW/tds140日耗电量kW/d21000电能成本yuan/d13650人数person8人员成本yuan/d970维护虽%5%维护成本yuancl1818直接运行成本yuan/t95板框投资wy/td2.0总投资wy1200深度脱水财务成 本yuan/t10.8综合处理成本yuant105.7循环流化床锅炉掺烧的成本:蒸

15、汽产能损失t/h10利润损失yuan/d04800计算蒸汽量t/d180日多耗煤量t/d37.2煤成本上升yuan/d63347计算污泥量t/d600分摊蒸汽利润损失yuan/t. wet80.0分摊蒸汽煤耗增加yuan/t. wet55.8其它焚烧处苣成本yuan/t60.0焚烧处置成本yuan/t. wet8195.高干脫水成本yuan/t7105.综合处置成本yuan/t3301.2、髙下脱水并利用电厂蒸汽干化后与煤掺混入循环流化床锅炉掺烧 高干脱水处理成本如前。热干化处理成本如下：蒸汽yuan/t57.5电能yua n/t13.2人工yua n/t1.2维护yuan/t7.0废水yua

16、n/t7.9自来水yuan/t0.4直接成本yuan/t87.3财务成本yuan/t77.2总成本yuan/t164.6循环流化床锅炉掺烧的成本:计算蒸汽量t/d220日多耗煤量t/d-18煤价yuan/t900煤成本上升yuan/d-15811计算污泥量t/d600吨湿泥分摊燃煤成 本yuan/t. wet-26其它焚烧处宜成本yuan/t20综合处置成本yuan/t. wet-6. 4高干脫水成本yuan/t1057热干化成本yuan/t164.6综合处置成本yuan/t26393、髙干脱水后利用自建干化焚烧系统进行焚烧 高干脱水处理成本同前。热干化处理成本如下：热能yuan/t0.0电能

17、yuan/t11.2人工yuan/t0.8维护yuan/t6.6废水yuan/t8.9自来水yuan/t0.8直接成本yuan/t28.3财务成本yuan/t72.8综合运行 成本yuan/t1010专烧焚烧炉的处理成本:热能yuan/t0.0电能yuan/t6.6人工yuan/t0.8维护yuan/t6.9药剂yuan/t0.5自来水yuan/t0.7废水yuan/t0. 1直接成本yuan/t15.6财务成本yuan/t38.6综合运行 成本yuan/t54.2焚烧炉综合运行成本低，在于热能满足干化自身的需要且有一左余量。这部分余量如作 价值化考虑，折合燃煤约6.7元/吨湿泥。将上述三项成

18、本相加，则新建干化焚烧项目的综合成本为：髙干脱水处理yu1成本an/t05.7热干化处理成 本yu an/t101.0焚烧处理成本yuan/t54.2余热价值yuan/t6.7总处理成本yuan/t254.2踊顷at化床須炉-V229.L tds/d (11.6 tfd H,0 in C&；OH) J458 LS229.1 t/daOt« 亦 19.1 VdISO tds/d600 t/d miS XW.4 t/d淞1ft雄混冬石及6OUd 三極化铁7,51/ti五、结论与讨论以往人们的认识中一直以为，只要将污泥的含水率提髙到50%以上，就可以少量在燃煤 中掺加的方式，到锅炉

19、上去烧，甚至认为这样污泥热值会对锅炉节煤、增效有贡献。但是对 污泥中水分进行全程分析后，我们就会发现这只是一种良好的愿望。将三个方案中的水分配进行比较，不难看出这其中的巨大差别：I 主fi灰 60 !/d (60%C3O , 20%Ca(OH 20%彖饿 三*化战7.5 t/dI字石衣60 Vd1W號7.5 t/d髙干脱水对水的脱除率有限，大量的水进入锅炉去烧，造成热工装置效率的降低。如果 考虑热效率降低所造成的损失，将大量湿泥（即使是所谓高干脫水后的）入炉，显然是不太 合适的。将上述三个处置方案进行比较，推荐方案首先应该是“方案三、高干脱水后利用自建干 化焚烧系统进行焚烧”，英次才是“方案二

20、、髙干脱水并利用电厂蒸汽干化后与煤掺混入循 环流化床锅炉掺烧”。不推荐方案一。原因很简单：锅炉热效率降低太多。220吨/时循环流化床锅炉已经是不小的规模，单台进泥显然不可取。如果是仅从锅炉承 受能力方而着眼，为了避免热效率降低太多，单台进料可改为分从几台锅炉进，这个问题似 乎容易解决。但由于苴热工方而的性质是相同的，分开进只不过是把一台锅炉的热损失分到 几台上去而已，从经济上评估的结果是一样的。按照客户给出的测算点，髙干脱水的石灰用量达每天60吨，是否正确，是否可行，都需 要实践来回答。我们可以按照一般高干脱水（到含固率40$）来评估，石灰用量可缩减为干 基的10% （诸多文献可证实的运行数据

21、）。则水量分配变为：K踊以孟化床禺炉4175.4 Uds/d 2.9 t/d H：O in Ca(OH)JA4J8.5t/d猱茨263.1 t/d3OH)亦 4.8 Vd主fi灰 IS t/d j60%GaO , 20%Ca(OH)?r ZO%杀像 三*化铁7.5 VdISO tds/d60G Vd Kt*a 384 t/dCa(OH)4 .8 VdISO tdsyd600 t/d生阳灰lSVd 三出化扶7.51/劭X灣混CjIQH)# 4.8 t/d150tds/d600 t/d从长期运行的可靠性和稳泄性看，方案二和方案三均好于方案一。在髙干脱水含固率岀 现负偏离时（即低于50%含固率），两者均能避免进一步损害锅炉的热效率。对脱水含固率负偏离情况的评估，应该是最终处置方案选择和决策的主要内容。根据试 算，负偏离时还会进一步拉大方案之间的差距。深度脱水后含固率50%时（石灰湿基添加M10%）,三个方案比较如下表