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常州广源热电何以要改弦更张?——电厂直接掺烧湿泥的真实能耗

2012-5-22 10:35| 发布者: admin| 查看: 3425| 评论: 0|原作者: 泥客庄主

摘要: 一、何为“常州模式”?提起污泥到电厂处置,不能不提到业内大名鼎鼎的所谓“常州模式”。“常州模式”的提法似乎最早见于《江苏经济报》2007年3月4日的一篇报道《江苏常州污泥焚烧模式“开花结果”》 。文章称:“随 ...

一、何为“常州模式”?

提起污泥到电厂处置,不能不提到业内大名鼎鼎的所谓“常州模式”。

“常州模式”的提法似乎最早见于《江苏经济报》200734日的一篇报道《江苏常州污泥焚烧模式“开花结果”》 。文章称:“随着城市生活污水处理厂建设数量的增加和规模的扩大,在实现‘污浊变清流’的同时也产生大量的污泥,成为我省各个城市的‘沉重包袱’。记者近日采访获悉,这一难题在我省常州市已率先攻克:利用热电厂的循环流化床锅炉,来‘吃掉’污水处理厂产生的污泥,成功走出了一条‘无害化、资源化、减量化’的新路。常州市的这一成功做法,得到了省相关部门的大力推崇。目前,我省已把‘常州模式’巧妙‘移植’到近10个城市。

当常州市利用循环流化床锅炉,焚烧城市污水处理厂脱水污泥成功之后,先后被国家和江苏省推举为污泥处置的示范工程,在省内积极推广。目前,已有上海、深圳、宁波、合肥、西安、苏州、无锡、南通等近10个城市,积极将‘常州模式’引入本地‘开花结果’”。

对常州处理污泥的报道非常多,比较全面的是2006711日刊登在《中国环境报》上的一篇综合报道《江苏常州城市污泥锅炉焚烧技术受青睐》(以下简称《青睐》),该文详细介绍了常州模式的具体内容,并在这一项目注入了多项重要宣传理念。

第一,由环保部门对技术和运作模式进行背书,对环境排放层面的一切予以认定:“近日,江苏省环保厅向全省各地推广了常州市处理城市污水处理厂污泥的处置技术和运作模式。经过现场调查,江苏省环保厅认为,常州市在‘资源化’处置污泥方面在全省率先迈出了一步,有效解决了城区污泥的处置问题”。

第二,将其定义为一项自主创新的技术,以获得国家的政策和财政支持:“经过认真调研并与高校、电厂、锅炉厂等多次交流,逐步确立了依托电厂现有的燃煤锅炉,通过技术改造,将脱水污泥按比例掺杂在煤块中进行焚烧的构想”,“利用循环流化床锅炉焚烧城市污水处理厂的脱水污泥,在国内尚无先例,在国外也属业内机密”。“20053月,由江苏省建设厅组织专家组开始对脱水污泥焚烧项目进行评议和技术鉴定,鉴定结果为“具有广阔的应用前景,总体技术达到国内领先,接近国际水平。”

第三,为规避国家加快小火电关停政策、使电厂尽快转入市政废弃物处置领域从而有效绑定政府功能做准备,在宣传层面将其上升到“突破行业壁垒创新协作模式”的高度:“城市脱水污泥焚烧项目通过技术鉴定后,常州市排水管理处与热电公司通过洽谈,确定了脱水污泥焚烧合作模式:由热电公司投资建设脱水污泥焚烧系统,并承担脱水污泥焚烧的日常运行和维护等工作。市排水管理处负责将脱水污泥运送到热电公司,按照合同规定,支付污泥焚烧的费用。为确保脱水污泥焚烧处置正常运行,市排水管理处与热电公司签订了无固定期限的长期合同。按照‘双赢’的原则,双方共同测算了脱水污泥焚烧成本,确定了污泥焚烧合同价格和今后调价政策。为确保脱水污泥焚烧的稳定性,由常州市建设局、经贸委、环保局对双方签订的脱水污泥焚烧合同进行共同见证,并承担了共同监督管理的义务”。

第四,在处理处置效能方面予以全面肯定,并进行大力推广。“200511月,常州广源热电有限公司完成了375蒸吨的循环流化床锅炉焚烧污泥改造工程,并正式投入运行,常州市区5座污水处理厂的脱水污泥,开始全部送到广源热电公司焚烧,并逐步实现了城市污水处理厂脱水污泥的全量焚烧。从200511月以来,脱水污泥焚烧运行工况一直正常,平均每天焚烧脱水达177.3吨,日最大焚烧量达到了253.53吨,彻底解决了长期困绕城市环境的污泥处置问题。近日,常州市又确定,在200612月之前,在常州广源热电有限公司再改造两台75蒸吨的循环流化床锅炉,使公司每天焚烧能力扩大到400吨以上。同时,准备把江边污水处理厂旁的常州市新港电厂作为常州第二个焚烧脱水污泥的基地,计划改造375蒸吨的循环流化床锅炉,每天再增加焚烧能力200吨以上。

目前,循环流化床锅炉焚烧脱水污泥技术已被建设部确定为科技示范工程。上海、深圳、宁波、合肥等许多城市都组织到常州市考察脱水污泥焚烧的成功做法,其中,南通市已签订了脱水污泥焚烧技术的引进合同。”

在多年后我们来分析这一宣传口径,不难看出该文其实还是热电企业的视角。在污泥的产生端——排水界,“常州模式”最为吸引眼球的,其实是它所宣传的廉价处理成本。

《经济参考报》2006109日刊登的《民间资本趟出“市场化治污”新路》(以下简称《新路》)是一篇颇为煽情的报道:

“‘环保困局’引发‘民资治污’。记者近日在苏南调研时发现,这里的民间资本以三种形式投身污染治理,不仅解决了政府的难题,企业也赚了钱,开创了民资‘市场化治污’的环保新路。

在传统观念中,治污这种赔钱的买卖都是由政府运作的。我国1980年开始实行的‘谁污染谁治理’的模式因缺乏治污自觉性,环保部门监管乏力,结果污染长期得不到有效治理,不少地方环境恶化。‘治污困局’为民资提供了新机遇,在政府放宽治污的门槛后,一个巨大的治污市场‘蛋糕’呈现在民资面前。

现在民间资本终于看到了‘治污’中蕴藏的商机,他们打破政府垄断,纷纷投身于污染治理,甚至出现了多家企业抢着治污的新鲜事。

如今,常州市所属的城市污水处理厂产生的脱水污泥,全部通过常州广源热电有限公司循环硫化床锅炉进行了焚烧。由于污泥与煤按比例和特殊工艺进行混合焚烧,经比利时专家测验,广源热电厂焚烧污泥产生的废气只有欧洲焚烧垃圾污染的1/20,每一吨污泥焚烧后只有3.5公斤。在焚烧过程中,所排放的二恶英、氮氧化物、硫化物及铅、镉、汞等污染物,经过系统处理,均优于焚烧污染控制的标准限值;所产生的灰渣也被收集再用于制砖等,消除了‘二次污染’。

广源热电厂副总经理谢江平给记者算了一笔他们的环保账:处理一万吨污水将产生五吨污泥,常州五座污水处理厂日产生污泥近200多吨。这些污泥填埋后将产生二次污染,在垃圾厂焚烧每吨1000元以上,单独建设焚烧装置的成本为每吨350元。而在热电厂内通过新技术焚烧,热电厂只收取每吨98元,不仅成本低,还可以发电,企业也得了实惠”。

污泥能发电!

污泥焚烧无污染!

廉价的污泥处置能赚钱!

常州模式给污泥处理处置业界贡献了三个振聋发聩的新概念,而这正是电厂掺烧火遍全国的开始。

5年过去了,2011125日《常州日报》上的一篇报道《江苏常州市排水管理处一年处置污泥8.5万吨》,让人对常州模式的巨大成功不禁产生了一丝怀疑。在总结了2010年“常州市排水管理处共处置污泥8.5万吨”的同时,提到“该处还加强与广源热电协调会商,督促其加快污泥焚烧设施的扩容及完善,包括污泥半干化系统和污泥深度脱水项目的建设投运”。

广源热电一向标榜湿泥焚烧如何廉价、如何有效,何以现在也要“半干化”?

常州模式在推广过程中,常州排水处与广源热电报了多个部委的研究课题,得到过大量国家资金的支持,并多次获奖(中国住房和城乡建设部2008年华夏建设科学技术奖二等奖、全国总工会全国职工技术创新成果三等奖、市科学技术协会金桥工程重点项目等),但听说在个别评奖过程中也有遇到不小阻力,原因在于有专家对其环境安全性和能源合理性提出过质疑(2008712日中国水网报道“污泥在热电厂混烧的可行性应系统考虑”,中国水网20101014日评论文章“污泥混烧短期看双赢 长期看效果堪忧” )。

是“存在二次污染的危险”,还是“烟气排放达标”?是“能效低下”,还是“节能发电”?还是让我们一起还原一下“常州模式”的真实面目吧。

二、计算依据

杨敏等发表在《锅炉制造》2008 年第4 期上的文章“循环流化床锅炉在污泥焚烧中的工艺特性研究”(以下简称《研究》);

万伟泳发表在《中国给水排水》2006 9月期刊上的文章“城市污水处理厂脱水污泥的焚烧处置”(以下简称《处置》);

常州排水处曹洪涛20078月题为《因地制宜 创新科技 解决污泥处置行业性难题》的汇报材料(以下简称《难题》);

吴越等发表在《环境保护科学》20095期上的文章《应用循环流化床锅炉掺烧城市污泥的技术研究》(以下简称《应用》)等;

上述四篇文章描述了常州排水处与广源热电有限公司利用电厂循环流化床锅炉对湿泥进行掺烧处置的项目实例、设计理念和基本参数。

关于湿泥直接焚烧项目的投资和成本,据《中国环境报》20101124日专题文章《污泥处置不再陷“泥潭”——江苏减量化、热干化、混合焚烧、建材利用四大技术破解治泥难题》:“常州市热电公司与常州市排水管理处合作,对常州广源热电有限公司375/小时循环流化床锅炉进行了改造,并投资1200万元建成了污泥的贮存、输送、燃烧、控制系统,目前日处理污泥约200吨”。

关于半干化改造项目的投资,参考常州市发展改革委《关于常州广泰环保科技有限公司城镇污水厂污泥处理项目核准的批复》(以下简称《批复》):“该项目估算总投资4800万元,包括:建安工程费4180万元”。


三、计算条件和取值

根据20119月《常州广源热电有限公司污泥焚烧装备技术改造项目第二次公示》:“常州广源热电有限公司于1997年成立,于2002年搬迁至常州天宁经济开发区内,现有135t/h链条炉、575t/h循环流化床锅炉,并配套17MW双抽式汽轮发电机组、17MW背压式汽轮机组、115MW背压式汽轮发电机组”。

用于污泥处置的锅炉是375t/h循环流化床锅炉(2#3#4#炉)。该公司总发电能力29 MW2010年全年发电量2.03亿千瓦时,相当于发电机的实际运行日数292天(20300*10000/24/29000),其中对外供电率73.5%。全年蒸汽产量287万吨,对外供热150万吨,也就是说发电的蒸汽耗量在6.75公斤以上((2870000-1500000/203000000),远高于业内平均值,发电效率低下。该公司是一个以供热为主的企业。

75吨级锅炉的蒸汽参数一般为5.3 MPa485度,给水温度150度、排烟温度140度。这里为计算方便,取炉膛面积17.4平方米,净高22米(参考浙江大学热能工程研究所与南通万达锅炉股份有限公司《75吨循环流化床锅炉设计》)。在进行热能效率分析时,这里仍假设其为具有蒸汽再热循环的发电型企业,抽汽压力1.6 MPa,发电蒸汽耗2.977公斤。

1、脱水污泥性质

按照《处置》一文给出的湿泥性质,假设污泥干基低位热值3500大卡/公斤,含固率14.74%,单台循环流化床锅炉的湿基污泥量96/日·台。此时,湿泥的收到基构成:

燃料的剩余水分

M

85.26

灰分

A

4.61

C

5.31

H

0.66

O

2.78

N

0.84

S

0.54


      

根据《应用》,单台75吨锅炉可稳定燃烧的处理量最大4.5/小时,即每天108吨。根据《难题》,实际平均处理量62.7/日,最大处理量92.3/日。在《青睐》一文中,则为平均59.1吨,最大84.5吨。这里取单台平均值62.7吨进行计算。

2、燃煤热值

用于计算的燃煤性质如下(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

M

9.14

灰分

A

26.30

C

54.41

H

2.74

O

6.17

N

0.84

S

0.40

干基低位热值为5439大卡/公斤。

3、循环流化床锅炉

对热干化后污泥入循环流化床锅炉处置的技术经济分析,是基于不处置污泥时与处置污泥时的前后比较。

过剩空气系数均取1.25

有关排烟温度取值参考《处置》一文给出的实验数据。不处置污泥时,设排烟温度145.6度,以此时排出锅炉的湿烟气量(设870度)为基本参考。

处置污泥时,有两种工况:蒸发量不变(锅炉出口湿烟气量增加)和蒸发量减少(锅炉出口湿烟气量不变)。部分污泥携带的水分进入锅炉,排烟温度将有所提高(设166.3度)。由于锅炉蒸发量较小,污泥处理量不大,烟气量变化不大,因此这里仅考虑维持同等蒸发量的工况。

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。不考虑蒸汽系统内部进行抽汽、再热以及发电、供热比例方面的变化。

锅炉作为“处置设施”处置污泥,可能会掺烧的“处置成本”如下:

—— 锅炉的热效率降低,单位蒸汽产量的煤耗增加;

—— 因烟气量增加,导致风机电耗成本分摊上升;

—— 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其折旧;

—— 灰渣量提高,导致灰渣捕捉、输送等处理和运输设备的负荷增大;

上述成本与损失分别量化为:

—— 吨蒸汽产量的煤耗增加,以吨标煤价格700元评估(处置合同签订时的本地信息指导价);

—— 其它各项损失,设增加60.17/吨湿泥(据《难题》,除去燃煤外的所有其它成本,包括工程及设备投资摊销、电耗、人工及润滑油、维修、利润及税收等)。

5、其它技术经济参数取值

电价

yuan/kW

0.65

焚烧系统综合热损失

%

5%

环境温度

°C

20

相对湿度

%

80%


四、计算结果

原锅炉参数

 

原锅炉参数

掺烧参数

差别

烟气含湿量

kg/kg

0.0349

0.0559

 

烟气含湿量增加

%

 

 

60.1%

灰渣量

kg/h

2894

3153

 

灰渣量增加

%

 

 

9.0%

锅炉热效率

%

84.9%

81.1%

 

锅炉热效率降低

%

 

 

3.9%

干烟气量

kg/h

99679

107001

 

干烟气量增加

%

 

 

7.3%

焚烧炉出口烟气温度

°C

900

900

 

湿比容

m3/kg

3.51

3.62

 

焚烧炉出口体积流量

m3/h

349518

387189

10.8%

炉膛内气速

m/s

5.6

6.2

10.8%

烟气炉膛内停留时间

s

4.0

3.6

-9.7%

排烟温度下体积流量

m3/h

124759

145037

 

烟气体积流量增加

%

 

 

16.3%

燃煤添加量

kg/h

11002

11532

 

燃煤增加量

%

 

 

4.8%

千瓦电能煤耗增加

g/kW

437

458

21.1

千瓦电能标煤耗增加

g/kW

305

320

14.7

吨泥煤耗

kg/d

202.8

高温烟气流量增加10.8%。与《处置》一文所声称的增加9%还算接近。烟气流速的加快,飞灰量增加,可能对换热器等形成负荷冲击,导致磨损增加。

《难题》的成本构成表中列出燃煤项下增加37.828/吨,以吨煤700元折算,单吨污泥煤耗是54公斤。实际计算,煤耗增加相当于总投煤量的4.8%,折合每吨湿泥需要加煤202.8公斤,比《处置》、《难题》对外声称的仅增加54公斤多了3倍(如果抽取烟气进行干化后焚烧,燃煤增加在50公斤/吨的水平)。

处置成本如下表:

计算蒸汽量

t/d

75

日多耗煤量

t/d

13

煤成本上升

yuan/d

6213

计算污泥量

t/d

63

吨湿泥分摊燃煤成本

yuan/t.wet

99

其它焚烧处置成本

yuan/t

60.17

综合处置成本

yuan/t.wet

159.3

五、真实的补贴水平

从热能角度看,广源热电处理湿泥,仅补充燃煤的成本就达99/吨,这已经比常州排水处和广源热电对外声称的单吨污泥总收费98元要高。

莫非企业真的在做公益事业、赔本赚吆喝?

答案是:非也。如果把煤价调整和电价补贴两项考虑进来,就知道这种担心其实是多余的。

在笔者拿到的一份内部资料显示,在合同签订之初,广源热电已经埋下了充分的伏笔:

首先,在合同中明确规定了煤电以及人工和润滑油的调价机制。当时依据当地信息指导价所确定的煤价是标煤价格700/吨,按热值换算,相当于普煤490/吨。如果将实际煤炭价格定为900元,仅此一项,煤价补贴成本即可翻番。

其次,和所有电厂处置污泥项目一样,广源热电真正在意的不是什么污泥处置费,而是电补。根据常州物价局的一份文件(常价管〔2006146号),自200671日起常州开始执行0.464/千瓦的热电上网电价,而广源热电在此之前已经有了“基本电量+电量电价”的补贴模式,其中电量电价已经是0.507/千瓦。

和我们此前分析过的山东华能临沂发电有限公司的污泥处置一样,电价补贴是电厂处置污泥的原动力。以广源热电上网电量指标22 MW核算,即使煤价涨到900元,实际处置成本约在242.7/吨左右。假设处置费仍为98元(实际2008年就超过了105元),不考虑煤的调价机制,仅靠电补,每千瓦的电价只需比标杆电价高出0.052元(5分钱)即可覆盖全成本。

(242.7 – 98) * 62.7 t/d * 3 /( 22000 kWh * 24h) = 0.052 /kWh

显然,广源热电的真实收入应该远比它对外声称的98元高得多!

六、湿泥直接掺烧项目的改造:污泥半干化后焚烧

       关于项目改造,《常州广泰环保科技有限公司污泥综合处置项目招标公告》(注:广泰环保是广源热电的全资子公司)解释如下:“具体工艺路线为:项目采用先进工艺对污水处理厂产生的污泥进行调质和深度脱水,将375t/h循环流化床锅炉排放的经三静电场除尘的高温烟气引出,在污泥干化系统内对脱水后的泥饼进一步烘干后送入锅炉配煤系统,最终进炉内高温焚烧,实现印染污泥无害化、减量化处置”。

       原来这是一个进一步提高利润率的举措。经过几年的运行,广源热电应该已发现,锅炉严重磨损、维护量大、锅炉热效率降低、污泥处理量低等诸方面不合理因素,已经影响到其收益。于是改弦更张,准备投资它一直坚决反对的干化焚烧了。

       它所选用的工艺与笔者在《高干脱水后造纸污泥焚烧处置的方案比较》中所分析的“高干深度脱水+热干化+电厂焚烧”路线类似,所不同者仅在于它采用的是高温烟气而非蒸汽。而这种采用烟气干化后将废气直接排空的做法,与笔者在《一个新崛起的暴利行业——污泥电厂锅炉掺烧的成本解析》中所分析的干化工艺类似。

       与原先的湿泥直接掺烧比,在能源效率方面也许是改善了;但,烟气成为了臭气,不加处理而被直排,却已经在环保上大大的退了一步。

尤其令人难以理解的是,这次改造有着进一步扩大产能、处置“印染污泥”的目的。印染业需要消耗大量的化工染料和颜料,其中有些是被明确列为危险废物的,如美国EPA将采用三芳甲烷、偶氮、蒽醌、FDC色料所生产的染料和颜料定为危险废物(EPA530-F-99-037 Hazardous Waste Listing Determination for Two Dye and Pigment Wastes);在我国,《国家危险废物名录》明确规定:从染料、颜料、油墨等的生产配制和使用过程中产生的废物中包括废水处理污泥,其危险废物代码为HW12

有报道(http://www.goootech.com/solutions/detail/73010497.html)说,在常州广源热电污泥处置项目上,燃煤锅炉成了“常州广源热电公司的自制“焚烧炉”,此话可说是一语中的,它点出了一个实质性问题:在中国的环保界,锅炉=焚烧炉,危废=普废!

有关电厂处置废弃物的环境问题,笔者还准备单独论及,这里对湿泥掺烧可能产生的危害也就不做深入了。

七、结论和讨论

作为一种对业界产生了重大影响的污泥处置路线,我们惊讶的发现,它的宣传与实际情况有着巨大差距:

它严重压低了燃煤支出,以显出其节能、便宜的虚假表象,甚至让人以为污泥能发电,而实际上,它比干化焚烧耗费更多的燃煤;

它隐瞒主要收入而仅低报处理费,使排水业界产生错误的印象,以为它是一个极为经济廉价的处理方式,其实它在煤价、电价补贴上暗中做足了手脚;

它对外声称是一个可以实现比欧盟排放标准还低20倍的安全焚烧,但实际上它利用了国家生活垃圾焚烧标准中对掺烧未作规定的缺失,只不过采用大比例烟气稀释的方式(污泥焚烧的干烟气量仅为燃煤干烟气量的2.4%,稀释40倍!),将所有可能产生的污染都赶到了天上而已;

它声称是一个国内首创、国际领先的科技创新,殊不知这是一个在有严格环境标准的外国无法实施、不屑实施、损人害己的投机方法;

……

常州排水处与广源热电作为湿泥掺烧的始作俑者,它带给这个行业的负面影响是难以估量的、深远的,其“功过”可以总结如下:

说它有“功”,功在:

——它最早提出了电厂对未加干化的湿泥直接进行处置并将其付诸实践;

——它探索了一种国外无人尝试的处置路线,充分体现了国人敢想敢干的首创精神,与精炼地沟油这样的“科技创新”有异曲同工之妙;

——它采用了循序渐进、“曲线救国”的模式,巧妙地绑定了政府,使企业获得长久的生存权和利益。

说它有“过”,其过在:

——它通过在技术参数上造假,制造了一种虚假的循环经济氛围,骗取了政府的信任,获得了市场先机;

——它通过“堤内损失堤外补”的形式,由政府(中央财政的电补)埋单隐形成本,并为类似私企以污泥处置为名上项目、从政府套利开了一个恶劣先例,将严肃的废弃物处置,变成八仙过海各显神通的钻营游戏,将本应透明的公共服务行业引入暗箱操作、利益勾结的歧途;

——利用国家在焚烧法规的不健全,误导舆论,制造隐性的二次污染,使“锅炉=焚烧炉”的错误认识大行其道,开创了一个废弃物可以野蛮焚烧且无人过问的新时代。

值得庆幸的是,真正采用“常州模式”进行湿泥掺烧的项目终归还是少数。据悉上海外高桥电厂在政府压力下也曾进行过长达半年的论证,最终还是否定了电厂掺烧方案。这说明,业内同行并非不了解这种技术的“奥妙”,只是不屑与之为伍罢了。那些采用了“常州模式”的企业和城市,有的可能没有实现所期待的电补,有的仍然没有逃脱被关停的命运,如果看到常州广源热电今天也已经准备抛弃其首创的“模式”,他们应该做何感想呢?

泥客庄主

2012417

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