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"摇身一变”成“煤炭”——污泥燃料化技术的实质及其相关环境政策问题(2012-01-08 1 ...

2012-4-15 22:21| 发布者: admin| 查看: 4119| 评论: 1

摘要: 一、背景 在写作上一篇污泥造粉技术解析时,就已经遇到了这个无法回避的问题:污泥是否经过某种处理,即可彻底抛弃其原本作为污染物的特征,一跃而为人见人爱、廉价、抢手的“资源”? 最近一个时期,类似污泥燃料化 ...

 

一、背景

在写作上一篇<污泥造粉技术解析>时,就已经遇到了这个无法回避的问题:污泥是否经过某种处理,即可彻底抛弃其原本作为污染物的特征,一跃而为人见人爱、廉价、抢手的“资源”?

 

最近一个时期,类似污泥燃料化的技术层出不穷,简单搜一下,有以下相关报道:

n         珠海伟力高生物科技有限公司采用生物技术对污泥进行处理并制成环保清洁燃料的珠海150吨污泥处置项目;

n         北京国电新能科技有限公司与宜宾市蓝洁环保技术服务有限公司共同推出“污泥合成节煤脱硫剂工艺”;

n         重庆华东化工有限公司与北京中博佳源环保科技发展有限公司重庆100吨污泥制造SDF污泥合成燃料项目;

n         兰州年处理40万吨污泥、生产70万吨成品型煤的大型技术示范项目;

n         山东省胶南市易通热电广源电厂燃用按比例加入粉煤灰和秸秆后压滤成型的污泥生物质燃料;

n         太原一顺悟业节能新技术有限公司推广采用含水率80%污泥与石灰、稻壳和煤按比例混合成型的四合一有机燃料技术;

n         武汉路德科技有限责任公司在广州实施采用污泥干成剂调理、低能高效干化技术制成污泥衍生燃料的示范项目;

n         哈尔滨市环保局将含水率80%以上的污泥作为型煤粘合剂用于型煤制备以提高锅炉节煤率;

n         无锡金园采用污泥、废白土、木质碎粒和脱硫剂或者固硫剂、热值添加剂制取污泥质废弃物颗粒燃料技术;

……

一篇被天涯论坛转载自伟力高公司网站的报道<污泥摇身一变成‘煤炭’伟力高公司一项发明专利有望解决我市生活污泥问题>称:“日前,记者在市伟力高生物科技有限公司看到一项发明专利,它让污泥变成了‘煤炭’。这家公司设计的生产线经过了几道环节之后,污泥变成了一种高热值的燃料,不但燃烧后产生的热量可以达到标准煤的水平,而且排放出的燃烧气体比市场上的标准煤更加环保,前来参观的市人大代表和政协委员连声称奇”。

       另一篇来自珠江晚报的报道<全国首个污泥无害能源化项目在我市试产 城区污泥年内实现100%无害化处理>2010-05-19)称:“除了生产线正式试产,伟力高近日还有另一喜事:由珠海市标准编码所和伟力高公司共同负责起草的省地方标准 《再生环保燃料-污泥衍生清洁燃料》经广东省质监局批准发布,成为全国首个‘污泥衍生清洁燃料’标准,已于51日正式实施,这标志着珠海企业获得了行业的话语权”。

       珠江晚报(2010-1-25)的一篇报道<每天200吨城区污泥将变身成燃料 金鼎污泥能源化综合利用项目加紧建设届时将‘吃’掉香洲主城区污泥>称:“据悉,该项‘污泥’变‘燃料’的先进技术已申请国家专利,在世界上也处于领先水平”。

       好嘛,又一个“世界先进水平”的环保技术!

现在就让我们以这个“世界先进水平”的“环保技术”为例,解析一下污泥燃料化技术的实质。

 

       珠海伟力高公司的技术是国内众多污泥燃料化技术中比较有代表性的一个。这一“代表性”不仅体现在它是一个已实施的BOT项目,更主要的在于它还有“标准”的支撑。到底伟力高公司的技术如何,其所参与制定的“污泥衍生燃料标准”有何意义和影响,笔者以为是一个有关环保原则、具有一定普遍性的重要问题,值得认真研究。

为节省篇幅,对其它技术的宣传不做引述。仅根据相关报道,总结污泥燃料化技术的基本特征如下:

1、污泥处理方法主要是通过添加剂作用,分别进行除臭、杀菌、固硫、脱硝等技术流程,并最终自然干化和热干化;

2、需要加入少量助燃剂增加发热量;

3、产品的能量与煤相当,但价格便宜;

4、污泥燃料是新能源、绿色燃料、环保燃料,燃用过程比煤还环保,属于变废为宝的循环经济项目……

本文将根据伟力高专利(容文钰《污泥衍生清洁燃料的制造方法》,以下简称“专利”)的内容进行一个简单的工艺经济核算,重点是结合欧盟对衍生燃料的政策,讨论污泥衍生燃料的标准问题。

 

二、“衍生燃料”的制造方法

1、“专利”内容

       按照“专利”描述,污泥衍生燃料的制造方法由以下步骤组成:

1)  预处理

将含固率15-20%的污泥加水稀释,添加量为湿泥量的50%,搅拌10分钟;

2)  好氧发酵

将稀释后污泥添加除臭、脱氮菌种,进行大约7小时的好氧发酵,菌种添加量为湿基污泥的0.1%,溶氧量>2 mg/l,优选控制污泥温度在26-32度之间,使有机质分解为二氧化碳、水和氨,从而达到除臭、脱氮的目的;

3)  调理

对好氧处理后的湿泥添加固硫剂生石灰,添加量为湿泥重量的5%;添加稳定剂(活性碳、煤粉、秸秆粉等),添加量为湿泥重量的15%

4)  脱水

采用16公斤压力的板框压滤脱水,时间45分钟,至含固率60%

5)  成型干燥

采用模具挤压成型,之后平铺为25cm高度,采用燃烧部分“衍生燃料”所产生的热风,在穿流式干燥器中对成型污泥进行干燥,烘干用热风温度约80度,时间约4小时,获得含固率85%的产品。

 

2、关于取值和计算方法

       “专利”未给出湿泥确切的数据,只有一个含固率区间,因此需要假设如下:

       湿泥处理量20/日(取示范项目的能力);

作为添加剂添加基准的污泥重量:以加水稀释后的量(30t/d)而不是原污泥重量(20t/d)为基准;此值的核算是参考了两个计算结果:a)燃料的热值,根据<广东省地方标准《再生环保燃料-污泥衍生清洁燃料》(征求意见稿)编制说明>,产品热值应达到15MJ/kg3585 kcal/kg),且称该数据是“企业产品具体可达到的实际性能指标”。如果以原污泥重量20t/d为基准,稳定剂热值要求会非常高;2)最终可供销售的产品量,此值与添加剂的添加量直接相关,根据报道,150吨污泥项目可产出60-90吨污泥燃料棒;

污泥干基热值:3380 kcal/kg (据中国科学院广州能源研究所2006年的一份珠海污泥检测报告的两个值平均所得);

固硫剂、稳定剂含固率:100%

湿泥含固率15%20%亦可,验算产品热值均可维持在3585 kcal/kg或略低);

稳定剂平均热值:6500 kcal/kg(稳定剂的热值具有极端重要性,低于此值无法实现产品热值3585kcal的要求);

固硫剂热值:0 kcal/kg

好氧处理的有机质损失:假设为5%(若取为零意味着没有好氧降解发生,似不妥;高于5%,有机质损失过高,为达到产品的热值底线,需要进一步提升稳定剂的热值);

 

3、对专利内容的讨论

       第一步稀释过程应无异议,因为无论是含固率15%还是20%,污泥的流动性均很差,加水稀释是必要的。按照原污泥含固率15%算,加水50%,混合后的污泥正好是含固率10%

       第二步好氧过程仅为7小时,仅给出溶氧量>2 mg/l,无法判断确切的好氧反应条件,姑且不论。值得怀疑的是所谓“除臭菌、脱氮菌”的表述,以笔者寡闻,似乎不存在如此有效的液相除臭的细菌;污水中的硝化与反硝化(生物脱氮)过程也不是仅靠添加某种菌就在一个容器内短时、高效实现的,何况污泥中的氮本来就是污水处理过程中未能去除的部分,靠添加某种菌剂就能将污泥中的氮轻易除去,这一说法真实与否有待证实。

       第三步的化学调质,是真正的工艺关键所在。首先看生石灰的添加量,30t/d5%1.5 t/d1.5 与污泥干基3.0 t/d比,干基比达0.5,远远高于一般石灰调质。其次是稳定剂的添加量,多达4.5 t/d (30*15%),这样添加剂干基总量达6.0 t/d1.5+4.5),调质后污泥仅占总物质量的33%

       如此,按照理论推算下来的调质后物质含固率为25%(3.0+1.5+4.5)/(20+10+1.5+4.5))。这么高的含固率对于板框压滤机的进料是否可行,是否需要进一步稀释,以及添加剂破碎粒度是否会给物料输送带来困难,都有待工程验证。

       第四步机械脱水,由于调质后干基添加量两倍于原干基污泥量,获得60%干度应无大的疑问,但这意味着机械去除原污泥水分的比例是很低的,折算脱水干度只有33%3 tds/d / (3 tds + 6 t/d H2O) )而不是60%

       第五步成型后平铺为25cm高的堆体,采用批次性的穿流式干燥,从工艺描述看,是采用燃烧污泥燃料的烟气,直接混合降温到大约80度,采用这股热风直接吹干污泥燃料,废气进行单独的除臭处理。这种间歇式干燥的单位热耗要比有废气循环的连续式干燥(如低温带式机)高得多,单位热耗应在1000-1500 kcal/kg升水蒸发量之间。如此,假设产品从60%干燥到85%,热干燥的蒸发量为4412 kg/d,日消耗热量大约为5735300 kcal/d(取1300 kcal/kg),这部分热量的供给需从最终产品中扣除。

 

4、污泥衍生燃料的基本特征

       基于前述的假设,得到该工艺的物料平衡如下:

       处理20/日含固率15%的污泥,通过添加相当于稀释污泥(30/日)重量5%的生石灰、15%的高热值稳定剂,可获得大约10.6/日含固率85%的燃料产品,热值约3672 kcal/kg,其中1.6 t/d需用于自身产品干燥,可销售产品约9.0/日。

       当处理量为150/日时,可销售产品大约为67.7/日,属于厂家给出的60-90吨范围(见广东省环保公益公众网2010-12-10报道<袁征常务副理事长考察珠海市北区污泥处置中心>)的下限。这一点意味着,如果要提高产能到90吨,还需要大幅提升稳定剂的添加比例。

       从污泥的热值贡献看,原污泥干基热值3380 kcal/kg,减去5%好氧处理的损失,为3211 kcal/kg。干基污泥总量3.0 t/d,则污泥热量占总热值(新增添加剂热值1.5 t/d × 0 + 4.5 t/d * 6500 kcal/kg)的比例仅为25%。如果减去自身干燥耗用的热量,则产品中的污泥热值贡献率只有10%

       还应注意的是,本计算中所应用的污泥干基热值为3380 kcal/kg,此值与国内常见的2200-2600 kcal/kg热值水平相比已经非常高了。如果采用国内平均值,污泥热值对燃料产品的贡献很可能是负数。

       由数据看,依照伟力高专利描述制造的所谓“污泥衍生燃料”中,污泥的热值贡献如此之低,与商品名称所标示含义多少有些不协调吧。

 

三、“污泥衍生燃料”的成本构成

       对该项目进行一个简单成本核算是有意义的。这里仍以处理规模20吨进行分析。

       收入方面,珠海项目声称仅获得政府补助150/吨,远低于所要求的280/吨处理费。

       产品销售方面,珠海项目声称其产品售价在国际煤价的1/2-3/4之间。这里假设珠海煤价800/吨(活性碳粉、煤粉、秸秆粉平均),产品的售价可能在400-600/吨之间,这里取600/吨。

       在成本方面,主要的成本来自添加剂支出。假设生石灰采购价格260/吨。

电价设0.75/千瓦,以深度脱水带干化蒸发为工艺,假设吨湿泥的电耗平均20 kW

考虑到项目规模,人员假设2人,人均月薪4000元;

       按照工艺的构成,笔者认为其投资应该在日吨污泥20万元以内,年设备维护费取初投资的2.5%,全额建设贷款年利率8%,还款期10年。

       日产品销售收入可实现9.03*600=5416元,处理费150*20=3000元,则总收入8416/日,吨湿泥折合421元产值。

       生石灰1.5t/d*260=390元,稳定剂4.5*800=3600元,人员2*4000/30=267元,电耗20*20*0.75=300元,维护费用20*20*10000/365=274元,则日生产直接成本为4831元,折合吨湿泥242元。

       直接运行成本已超过了240元,若考虑折旧82元,则吨湿泥的经营成本为323元。此时项目的毛利率大约为23.2%

       注意,这是由于在投资上采用了了20万元/日吨的评估值。如果采用珠海拱北150BOT项目对外声称的投资6000万元,该项目的吨湿泥折旧就要上升为245元,项目效益将为负数。将BOT项目的投资额放大数倍,投资成本最终实际是谁买单,答案也不难猜测。毕竟日吨40万元的投资,比进口干化项目都高了50%。如果投资6000万是实,150/吨的处置费就值得怀疑了。

       正是由于这种处理方式的直接成本大部分在添加剂本身(>82.5%),其产品如果不销售出去,显然是难以回收成本的,而销售价格也无法很低。根据试算,以400元出手,即使按照投资20万元/日吨估算,利润率为零,只刚好打平。要销售出去而且还要价值不菲,就必须给它一个好听的名目。这应该就是企业急于制造“标准”的原因吧。

      

 

四、“污泥衍生燃料”标准的出台及其含义

1、“量体裁衣”式的法律法规

       广东省质监局公布的《再生环保燃料-污泥衍生清洁燃料地方标准(征求意见稿)》(以下简称“标准”)是污泥处理处置领域一个值得关注的典型案例。它反映了我国目前环保界人士在理论知识方面的匮乏,以及普遍存在的对环保法律和法规理解上的重大偏差和认识混乱。

“标准”的标题本身就是一种精心制造的词语含混的杰作:什么叫“环保燃料”?“环保”一词是作为名词定语来修饰“燃料”、说它的燃烧烟气是环保的呢,还是说燃料来自废弃物?看内容就可知道,两者都有,既是说燃料来自废弃物的再生,还暗示该燃料烧用起来是环保的,这一点在标题的后半段“污泥衍生燃料”中偏要加上“清洁”一词,就体现得再清楚不过了。

在中国,“环保”一词本身似乎就带着某种特殊的魔力,有着某种神秘的光环。这个词按说就是个普通名词,但用起来比任何形容词还管用。说房子装修是“环保装修”,跟装修公司的业务范围有无环保技术无关,而是指装修过程不使用某些低品质对人体有害的化工原料;说一个企业是“环保企业”,意思似乎不是说该企业从事环保技术,而是暗示该企业可能对中国人民的生活环境不造成损害;说一种燃料“环保”、“清洁”且“优质”,暗示的应该就是燃用该燃料不会产生污染,还有节能减排之效……

在“标准”中添加多个褒义形容词来定义、界定、修饰一种由废弃物产生的衍生燃料,并规定其使用范围“广泛用于工业燃煤锅炉、窑炉、热风炉”,这一“标准”的出台,应该说,是对现有废弃物管理法规(漏洞)提出的挑战,它涉及三个基本概念:

首先,仅经过简单生物处理(效果还严重存疑)和物理过程处理(掺混、脱水、干燥)的废弃物,化学性质未发生根本改变,污染物未形成减量和消失(重金属、持久性有机污染物、病毒、病菌依旧),各种污染物在利用过程(燃烧)中仍会以烟气形式释放,是否就不再属于废弃物的管理范畴(管辖权)?

其次,仅经过高比掺混其它常规燃料和具有一定脱硫效果的添加剂,废弃物燃烧所产生的烟气具有明显的污染物稀释性质,这种燃烧是否就可定义为安全、环保、清洁(混烧执行的排放标准)?

第三,规定燃料的污染物浓度限值(毒性浸出法),与当前国际上通行的废弃物焚烧烟气排放标准的限值到底是何关系(如何处理标准冲突)?

       该“标准”的出台,是我国环保界在环境保护立法上存在混乱认识的一次突出表现,它代表了一种短期性、地方性利益团体试图将污染物管理分散化、简单化、廉价化的倾向。

 

2、欧盟关于RDF的现况和政策

在欧盟国家,“垃圾衍生燃料”(RDF, Refuse Derived Fuel)一词已普遍使用,它是指来自垃圾中的部分可燃物被制成“替代燃料”(替代化石燃料),需要到得到特别许可的专烧或混烧装置上去处置的一类废弃物。不论这类废弃物是如何加工的,具有何种热值,其作为废弃物的性质不变,归属不变,其焚烧的最终要求(烟气处理)也不变,即仍属于垃圾焚烧专项立法的管辖范围。

欧盟环境总署于2003年出版了一份欧盟RDF现状与前景的调研报告(European Commission – Directorate General Environment - Refuse Derived Fuel, Current Practice and Perspectives - Final Report)。在这份报告中,有几个方面的信息值得我们参考:

1)  调研报告的目的是对欧盟15国当前的RDF生产、使用的现状进行评估,包括环境影响和经济影响两个方面,其中环境因素是管理RDF市场的主要限制性条件;

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引用 愚公疑煽 2012-5-11 13:50
污泥变煤技术就是水变油技术的翻版。

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