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王凯军:我国污泥干化-焚烧市场发展与问题分析

王凯军:我国污泥干化-焚烧市场发展与问题分析

发布日期:2023-03-28 作者:JIEI创新实验室 点击:

国家环境保护技术管理与评估工程技术中心主任、清华大学环境学院教授王凯军以“我国污泥干化—焚烧市场发展与问题分析”为主题,从国家为什么解决不了污泥问题、关于污泥干化—焚烧工艺的技术分析、关于我国污泥干燥-焚烧的几个技术问题三个方面进行了分享,从宏观角度介绍了行业发展与未来方向,并指出污泥焚烧是污泥处理处置的主流技术。以下为根据其发言整理。


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王凯军

国家环境保护技术管理与评估工程技术中心主任、清华大学环境学院教授

一、国家环境保护技术管理与评估工程技术中心

大家下午好,应大会的要求今天我的发言重点聚焦在宏观层面,首先我简单向大家介绍下国家环保技术评估与管理工程技术中心(以下简称“工程技术中心”),2010年3月批准依托清华建设。中心工作以环境技术评估为基础工作,以技术政策、BAT导则和工程规范等技术指导体系建设为核心工作,建立环境技术的示范推广机制平台,为环境技术管理体系建设提供技术支撑。


二、我国污泥干化—焚烧市场发展与问题分析

1、国家为什么解决不了污泥问题?

目前中国拥有15-16万吨/日的污泥处理设施。“十五”期间,我们就关注到污泥问题,当时每天污泥产生量为8-9万吨/日。“十四五”期间规划新增污泥(含水率80%)无害化处置设施规模不少于2万吨/日。回顾“十二五”期间,新建污泥处理处置规模(含水率80%)7万吨/日。“十三五”期间,新增或改造污泥(含水率80%)无害化设施处置能力6万吨/日。如果按照计划,污泥问题早就解决了。“十一五”至“十三五”期间建设了5500多座污水厂取得了很大的成绩,但是污泥无害化处理处置设施建设的工作一直没有完成,污泥处理确实存在着比较大的问题。

京城环保赵传军总在发言中提到垃圾焚烧在发达沿海地区发展经验教训要重点关注,我也有同样的感受,所以提出“历史的经验值得注意”。

是什么历史经验呢?最开始搞垃圾焚烧的时候发生的番禺事件、余杭中泰事件、广东清远事件,当地民众都反对垃圾焚烧。

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最后四部委联合发文,说明焚烧还是很好的无害化处理方法,能够相对集中解决问题,国家发声后来垃圾焚烧的反对声少了一些。到现在,形成了80万吨/天的焚烧能力(2.4亿吨焚烧能力),实际清运能力为2.1亿吨,垃圾焚烧能力已经超出了垃圾清运能力。

污泥焚烧也遇到同样的问题。大家看反对杭州七格澳门新葡亰网站所有平台厂污泥焚烧项目这条新闻,当时调查98.82%的网友反对焚烧。深圳市“第一座”城市污泥焚烧处理项目引进国外现金技术装备,总投资约5亿元,也是因为反对的声音太多而运行不起来。对比垃圾焚烧,人们对污泥焚烧实际上是存在一种误读。

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误读一:污泥焚烧特性与垃圾相同是二噁英排放源。垃圾焚烧确实会产生大量的二噁英。根据京都大学平岗教授调研比较,垃圾焚烧、污泥燃烧和尾气排放,污泥的焚烧和垃圾焚烧跟汽车排放产生的二噁英是在同一个数量级,因为垃圾焚烧有大量的塑料和有机物,所以污泥焚烧和垃圾焚烧本质不一样。

误读二:污泥焚烧是一种高碳排放工艺。联合国气候变化专门委员会(IPCC)认为污泥生物源产生的有机质焚烧是碳中性的,所以污泥焚烧不是高碳排放。

误读三:污泥焚烧是一种高能耗工艺。如果我们认真比较大型的污泥处理工艺,通过污泥焚烧厂和一个堆肥厂在装机能力上的比较发现,污泥堆肥厂的装机能力是要高于垃圾焚烧厂的。我们通过系统比较一系列的大型污泥堆肥厂,从耗能来讲,污泥焚烧不是一种高能耗工艺。

在污泥行业中,有搞厌氧技术的,有搞堆肥技术的,也有搞焚烧的,大家不是一块儿想把蛋糕做大,而是互相说对方的工艺不行。早在2014年我就呼吁过,为什么污泥焚烧被妖魔化了呢?引用孟子一段话来说,“夫人必自悔,然后人悔之”。在行业中需要的是共同呼吁解决污泥问题,而不是相互攻击说别人的工艺不行,说对方工艺不行,实际上很有可能是因为我们对技术不太了解。做水处理技术的专家对燃烧工艺了解多少?因为不了解,专业人士也变成了公众,公众发表专业意见,这就存在很大的问题。

我们在各种场合呼吁解决污泥问题,也曾以专报的形式上报生态环境部。发改委、住建部、生态环境部三部委共同印发《污泥无害化处理和资源化利用实施方案》,这都是对污泥问题的重视。“十四五”规划纲要对澳门新葡亰网站所有平台只有一段话,明确提出污泥集中焚烧无害化处理,再就是管网和污水资源化的问题。所以,这三个问题是“十四五”的主要工作。

我国政策法规也对污泥干化焚烧技术有一系列的支持。《污泥处理处置及污染防治技术政策》、《污泥处理处置污染防治BAT指南》、《城镇澳门新葡亰网站所有平台厂污泥处理处置技术指南》这三个文件我都参与了制定。住建部、环保部、科技部发的污染防治技术政策、污染防治最佳可行指南以及污泥处理处置技术指南,都明确了污泥焚烧在其中的位置。

在国际污泥主流处理处置技术中,干化-焚烧也是主流之一。美国颁布联邦法典规定污泥焚烧应该遵循的要求;日本由于地方狭小、人口稠密,污泥焚烧一直是主导工艺;在欧洲,污泥焚烧也是主流工艺之一,其他还有厌氧、堆肥工艺。

2、关于污泥干化—焚烧工艺的技术分析

接下来简单介绍一下污泥干化—焚烧工艺技术。80%或60%的污泥干化到具有自持燃烧的程度,可分为直接干化技术和间接干化技术。

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早期认为直接干化是不行的,主要原因是烟气接触有污染,但是对尾气治理达到排放标准后是没问题的。直接干化技术,主要是喷雾干燥和带式干化,还有其他的滚筒干燥等;间接干化分别为桨叶干化、圆盘干化、薄层干化等。这些技术都有一些适用条件和特点。间接干化技术的设备单机最大处理能力为100吨/天。

单机处理能力小是间接干化技术面临着问题。在国际市场,300吨的焚烧已经是大项目了,但是在中国动辄就是500吨、1000吨的项目。如果单机处理能力小,千吨级项目就要选择十几台处理设备,这样使系统复杂程度非常高。

为什么间接干化处理设备做不大呢?因为间接干化主要靠桶壁加热,而桨叶的面积很小,滚筒直径增大后和加热面积不成正比,做到一定直径后就很难再做大,这是间接干化的技术弱点。

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对比直接干燥的的单体设备可以做到比较大的体量,比如“喷雾干燥技术“单塔可以做到500吨/个,更适用于大型污泥干燥项目。

作为焚烧工艺设备主要有三个,分别是鼓泡流化床、循环流化床和回转窑。其中循环流化床基本上用于掺烧,单独污泥焚烧很少使用,是因为飞灰的量比较大,不在今天的讨论主题之内。鼓泡流化床和回转窑是污泥焚烧主要采用的设备,在国内都有应用的案例,这里就不详细展开介绍,后面对鼓泡流化床稍微有些深入的探讨。

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3、关于我国污泥干燥-焚烧的几个技术问题

在焚烧应用过程中有几个问题值得我们注意。从2019年起,清华大学和清控环境对国内单独焚烧项目进行了调查。截至目前调研了70多个项目,

通过调查发现,国内的领军企业集中在三家。第一个组合是京城环保和上海市政院的合作,主要围绕上海竹园、石洞口等污泥项目,京城环保还独立建设了一些污泥焚烧项目;第二个组合是同方环境与西南市政院的合作,比如配合成都兴蓉水务一、二、三期的污泥项目;第三个组合是清华大学与浙江环兴机械的合作,到目前为止也做了十几个项目。我和京城环保赵总沟通了解到,去年京城又新增了三个项目,可以看到行业这几年的迅速发展。

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其他污泥项目主要集中在苏伊士、威立雅等外资公司。苏伊士运营的污泥项目焚烧的不多,主要采用干化和掺烧。这里没有提到的一些日本公司,是因为京城和同方背后主要的设备供应厂家是日本公司。

通过北控姜总的介绍,我们看到北控水务和京城环保有密切关系,清华大学与同方环境也有紧密合作,所以在污泥焚烧领域各方合作是非常密切的。

通过总结我们发现两个问题。问题一,早期因为国外进口设备价格昂贵,项目的平均投资金额较高,达到了120万元/吨。最近有些设备型号国产化以后,投资金额探底可以到50万元/吨。投资对运行费用的影响还是非常大的。如果按照投资100万元/吨金额计算,把运行费用、折旧、BOT利息、收益摊销以后,运营成本很难低于600元/吨,所以上海、成都有的项目收费都到800块钱。

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国产化后的污泥喷雾干化焚烧工程投资成本可降低至30万元/吨,运行成本可以降低到300元/吨,这就是为什么清华与环兴团队在全国做了十几个喷雾干化的工艺,从成本和科技创新上来说是非常重要的。

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第二个问题是深度脱水处理政策“遗产”。2010年环保部出台了《关于加强城镇澳门新葡亰网站所有平台厂污泥污染防治工作的通知》,提到不以集中处理为目的外运污泥要达到50%含水率。这个通知下发后,全国各个澳门新葡亰网站所有平台厂全部建设高干脱水设施。我在“2019年中国给水污泥论坛”上提出,中国污泥处理界面临重大的历史选择,选择高干脱水工艺将阻碍污泥处理技术发展,导致在市场出现劣币驱逐良币现象。有幸的是,2021年生态环境部做政策清理废止了这个文件。全世界污泥处理厂90%都不采用这条技术路线,我们采用了这条技术路线,留下得高干脱水污泥技术怎么办?这是焚烧时代的机会,同时也是陷阱。

机会是深度脱水的污泥(~50%含水率)如果直接焚烧,可避免在干化粘滞区工作;有机质含量>50% 、深度脱水50%含水率的污泥,可自持燃烧,简化干化焚烧工艺。同时存在的陷阱是,如果污泥有机质<50%、高干脱水>60%含水率的污泥将面临非常尴尬的状况,干化设备必须上,为了脱出小量水导致投资效率非常低,并且这个系统配置上非常困难,太干了要喷水降温,含水率高了,烧不起来。所以,这是它的陷阱。

鼓泡流化床对低热值的解决方法是热气回流,回流后干化了污泥,相当于提高了热值,在 500<污泥热值<1000范围内起作用,针对不同情况下数值范围是不一样的,但如果热值低于500再回流也起不到作用。

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热值高的情况下,流化床就会出现问题。我们从日本引进的炉型基本是绝热的,超过900°以上就需要降温,否则就会结焦。对于高热值的项目,反而需要喷水降温,这在经济上是不合理的,从工艺路线上来讲也不应该这么做。对现场数据的调研、对工艺的把握是非常重要的。所以说,这对焚烧来说,既是机会也是陷阱。

针对这种情况,我们这两年开发了立式叠层高压脱水,可迅速将80%含水率的污泥脱水至50%以下,对大部分的城市污泥脱到这个程度后,用很简单的直接干燥就可以进到焚烧,使得工艺流程大为简化,大规模降低工程造价,项目投资也大为降低。

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我们进行了测算,按照80%的含水率来算,以前是正能量的,如果采用这种工艺是负能量的,能作为热能或者电能的产出。我们做过400吨/日的可研,驱动一个一兆瓦的发电机以后,对内部用电可以基本平衡,符合低碳绿色,这是一个非常好的技术方向。

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由于《关于加强城镇澳门新葡亰网站所有平台厂污泥污染防治工作的通知》颁布,导致我国全部上马污泥高干脱水。高干脱水之后怎么顺势而为,这将是下一步污泥焚烧非常重要的话题。


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