随着我国城镇化和工业化的快速发展,城市污泥产量日益提高,污泥处理压力极大。相较于当前污泥填埋、堆肥等处理方式,热解技术因其二次污染小、热解产物利用价值高等优点而被认为是实现污泥洁净、高效和资源化处理目标的极具潜力的处理技术之一。本文依托国家高技术研究发展计划项目“污泥热解能源化利用成套技术及工程示范”,针对武汉市两类市政污泥开展了快速热解工艺系统的能源和经济性研究,主要包括以下几个方面的工作:首先对取自武汉市两个污水处理厂的污泥(龙王嘴LWZ和汤逊湖TXH)进行快速热解实验,研究了其在300/500/700/900℃条件下,热解气、半焦、油产物的质量分布,以及热解油GC-MS分析数据和热解半焦的热值。发现两类污泥产物分布差异性较大,但均在500℃下产油率最高,热解半焦产率随温度上升而下降。基于热解实验数据在Aspen Plus中建立了污泥快速热解制油和油焦联产系统,主要包括干燥和破碎、热解、燃烧和能量回收部分。以5t/h的设计规模,对两类污泥在不同温度工况下的热解情况进行仿真模拟,得到了系统各部分的能流和物流。以(火用)分析的方法对工艺系统进行能量角度的评价,通过对各部分的(火用)损和(火用)收益的计算,确定整个工艺系统的(火用)损分布以及(火用)损失系数。发现各工况条件下最大(火用)损来自于燃烧部分,即由于补充燃煤和热解产物一起发生的燃烧反应引起了系统的最大不可逆损失,占比50%以上。其后(火用)损贡献依次为干燥部分,能量回收部分,而热解部分(火用)损最小。TXH污泥的(火用)损失系数均高于LWZ污泥工况,产油系统(火用)损失系数要高于油/焦联产系统。优化补充燃料、改进换热系统均可能降低系统(火用)损,提高系统能量利用率。最后通过Aspen Process Economic Analyser对污泥快速热解系统进行了经济性分析,以净现值(NPV)和内部投资收益率(IRR)经济性指标对不同污泥种类、各热解温度工况以及不同产物的情况进行了对比分析,发现在现有技术手段和市场条件情况下,各工况系统均无法盈利。相较而言,TXH污泥500℃热解制油工艺最接近盈利状态。通过影响该工艺经济性重要因素(污泥处理补贴、产品价格、煤炭价格及运输距离)变化的计算,发现在其它条件不变时污泥处理补贴高于99￥/t或动力煤价格低于177￥/t时TXH污泥500℃快速热解制油项目可以盈利,污泥热解制油厂在设计时离污水处理厂在9km之内较为合理。敏感性分析结果表明四类因素中污泥补贴的变化对污泥热解制油经济性影响最大,运输距离对其影响最小。
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