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汙泥發電現狀及趨勢

  • 来源: 大唐華東電力試驗研究院 鍋爐所
  • 作者: 張科
  • 发布时间: 2018-04-02

汙泥發電現狀及趨勢

大唐華東電力試驗研究院 鍋爐所 張科

1. 汙泥發電現狀

汙泥作爲汙水處理的伴生物,占汙水總量的0.5%~1%。汙泥是低熱值燃料,含水量高,易腐爛,有強烈的臭味。汙泥中含有近40%的有機生物質,具有可燃性,所以汙泥既被視爲廢棄物,又被視爲一種生物質資源。

汙泥發電主要有以下2種方式:

(1)   汙泥燃料燃燒發電。

一般都是先將汙泥幹化(幹化後,汙泥熱值相當于標准煤熱值的1/3),再按一定比例與煤摻燒,利用蒸汽發電。汙泥中含有80%左右的水分,一般幹化到含水40%。汙泥幹化技術很多,有些用熱源,有些用余熱。形成企業汙水——汙水處理廠——汙泥——熱電廠循環硫化床焚燒——發電的資源循環鏈。

以汙泥燃料焚烧为核心的汙泥發電是一种很好的处理汙泥方法,汙泥焚烧具有减容、减重率高,处理速度快,无害化较彻底,余热可用于發電,焚烧后产生的灰渣可以用于改良土壤、筑路、制砖瓦、陶瓷、混凝土填料等优点。

美國近200家汙水處理廠采用焚烧方式处理汙泥,占全美处理总量的20%。日本东京电力公司、东京政府和生物燃料公司用下水道汙泥發電,2007年正式投入運行,東京每年産生130t下水道汙泥,其中9900t汙泥制成燃料汙泥送火力發電厂發電。1998年,英国伦敦开始将汙泥进行脱水、干燥、粉碎,然后利用汙泥燃烧的热能作为能源进行發電。2005年,浙江紹興采用具有我國自主知識産權的煤助燃循環硫化床技术兴建了国内首座汙泥焚烧發電大型示范项目,日处理汙泥1500t以上,汙泥处理价格为80/t,年上網電力2.66×108kW·h,供蒸汽150t/h1天可節約原煤450t,相當于每年節約原煤13.5t2006年,浙江省富阳市某汙水處理廠将汙泥(600t/d)焚烧發電,焚烧灰渣制成建材替代红砖。20071月,宁波汙泥处理一期工程已正式投运。该工程日处理汙泥400t,年發電量达730kW·h20076月在合肥投产运行的汙泥發電供热项目,日产汙泥300t,燃燒後灰渣用作修路。

(2)汙泥厌氧消化产生沼气發電。

先用汙泥生产沼气,再将沼气焚烧發電。汙泥發電的主要方法是通过汙泥厌氧发酵,产生沼气,然后沼气在燃气内燃机的气缸内燃烧做功,把化学能转换成机械能,最终产生电能和热能。这种方法无需对汙泥进行脱水处理,经厌氧罐发酵后,能消化75%~80%的汙泥,剩余20%~25%的沼渣经脱水无害化处理后,还可制成有机肥;产生的沼气回收到沼气罐内,随时可用于發電,供汙水處理廠循环自用;發電产生的余热一部分用来加温发酵池,剩下部分用于区域供热,实现热电联产。

利用汙泥消化产生的沼气發電,發電设备主要有两种:一种是燃气机-發電机系统;另一种是汙泥厌氧消化产生沼气通过改质器转化为氢气,经燃料电池發電。

德国城市汙水處理廠对汙泥处理有85.4% 以上采取中温厌氧消化,利用产生的甲烷發電,基本保证了汙水處理廠的供电要求。如:德国KA-helmstedt (sewagen treatment plant helmsstedt)汙水處理廠(處理汙水10×104t/d)汙泥發電系统。汙泥消化后产沼气6000m3/d,其熱值爲23MJ/m3。年發電量120×104kW·h,相當于汙水處理廠全年运行耗电量的90%~95%,同时还可满足处理工艺中的供暖及冬季全厂车间、办公室的供暖。海口市白沙门汙水處理廠借鉴了德国处理汙泥的经验和技术。该厂消化池产气量为4800~6000m3/d。發電量相当于厂内平均用电量的27%,每月節省電費約15~18萬元。沼气发动机产生的废热用于加热消化池中汙泥,在正常运行的23月产生的废热用于加热汙泥后仍有剩余。北京高碑店汙水處理廠,日處理汙水100m3,日产汙泥4000m3,全部進行高溫消化處理,沼氣産量1.8m3/d。按沼气發電1.7kW·h/m3计算,每天發電量为3kW· h1年節約電費500萬元。年發電量近1000kW·h,相當于5000戶家庭1年的用電量。2006年北京小红门汙水處理廠汙泥發電装置建设完成,2007年开始利用汙泥發電。小红门汙水處理廠是北京第二个装备汙泥消化、沼气發電系统的汙水處理廠,每天可从约2000m3汙泥中提出沼气,年最高發電量1.8kW·h

2. 汙泥發電存在问题

汙泥發電项目工艺性较为复杂,在实际运行中仍然存在许多问题,现有的汙泥發電厂,很难取得良好的经济效益。

1)汙泥含水率较高(通常80%),連續燃燒需要添加部分助燃劑進行。

2)發電产生的电量较小、电的质量不高、很难并入大网使用。并且汙泥发出的电并网,涉及到地方多个部门,现在没有规范化,电价和并网的切实落实仍需要解决。

3)汙泥产量随季节变化不稳定,相对于连续稳定發電,不易满足發電机的需求。电厂与企业间的衔接以及汙泥的存储运输等方面也存在一定问题。

4)發電机维护保养需要专业人士,零部件的生产少、供货不及时,连续使用中维护不方便。汙泥会产生渗透液,电厂每年需要有12个月的时间检修设备,电厂不运行期间汙水處理廠产生的大量汙泥仍然需要处理,因此电厂需要建设储存量较大的储存池,并且储存池需要密闭、负压,防止臭味散出。这些都大大增加了电厂设备成本。

5)产生噪音和粉尘,影响环境。汙泥成分复杂,含有较高浓度的重金屬元素等有害物质,印染厂等工业企业产生的汙泥相较于生活汙泥而言成分更为复杂。因此汙泥灰渣还要进行环保测评,并且增加处理有毒气体的设备,防止焚烧汙泥带来的二次污染。

3. 汙泥發電在我国的发展前景

汙泥發電能够达到汙泥处理最终无害化、资源化的目的,大量燃用汙泥有利于环境保护,符合国家资源无害化处置政策,在我国具有广阔的前景。


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