污泥碳化分報(bào)告--

污泥熱解碳化特性分析與技術(shù)評價(jià)

污泥熱解碳化是采用熱解的方法，以獲得含碳固體產(chǎn)物為主要目標(biāo)的污泥穩(wěn)定化處理過程。相對于堆肥、厭氧消化和干化焚燒等傳統(tǒng)處理技術(shù)，污泥碳化在能源轉(zhuǎn)化效率、產(chǎn)物資源化利用、碳減排效果等方面具有一定的優(yōu)勢。因此，污泥碳化有望成為未來污泥資源化處理處置的重要技術(shù)方向。

污泥熱解碳化是在無氧條件下對污泥中的有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行熱分解的過程，產(chǎn)生熱解碳化產(chǎn)物污泥炭和揮發(fā)份，并分別進(jìn)行資源化和能源化利用。本文是在“污泥碳化技術(shù)發(fā)展報(bào)告”之后的分報(bào)告，重點(diǎn)介紹了污泥熱解碳化過程物質(zhì)轉(zhuǎn)化規(guī)律與熱量平衡，以及污泥熱解碳化過程污染物排放特性的研究成果，并對碳化技術(shù)碳排放特征進(jìn)行了分析評價(jià)。該報(bào)告可為污泥熱解碳化技術(shù)的工程應(yīng)用提供理論技術(shù)參考。

課題負(fù)責(zé)人：戴曉虎 杭世珺

技術(shù)負(fù)責(zé)人：羅臻 陳德珍

課題組成員：陳云 關(guān)春雨 許文波 楊東海 劉志剛 羅弘熙 楊海 余斌

參編單位：北控水務(wù)杭世珺工作室、同濟(jì)大學(xué)、武漢普樂環(huán)境技術(shù)有限公司

發(fā)布單位：國家污泥處理處置產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟

目 次

0引 言

1污泥熱解碳化特性_

1.1 污泥組成特性

1.2 污泥熱解碳化的過程特性

1.3 污泥炭化物的性質(zhì)

2污泥熱解碳化過程熱量平衡分析_

2.1 質(zhì)量平衡及熱量平衡方程式

2.2 熱解碳化過程能量輸入

2.3 熱解碳化過程能量輸出

2.4 能源回收率

2.5 熱解碳化過程能量平衡案例

2.6 污泥水分對熱解碳化過程能量平衡的影響

3污泥熱解碳化過程污染物排放分析_

3.1 污染物因子分析

3.2 污染物處理工藝

3.3 適用標(biāo)準(zhǔn)

4污泥熱解碳化處理處置碳排放評價(jià)_

4.1 污泥碳化生命周期清單

4.2 評價(jià)方法及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

4.3 污泥熱解碳化工藝的碳減排評價(jià)5結(jié) 論

污泥熱解碳化是一種低碳的污泥處理方法，目前已成為可替代污泥焚燒處理的一個重要技術(shù)方向。本報(bào)告總結(jié)了污泥熱解碳化技術(shù)的轉(zhuǎn)化過程和減排效果。首先對污泥的性質(zhì)和污泥熱解碳化規(guī)律進(jìn)行了回顧，然后分析了污泥熱解碳化過程中能量的平衡、污染物排放特性；指出提升能量自平衡及控制污染物排放的關(guān)鍵，最后核算了熱解碳化過程中CO2排放特性及相比焚燒技術(shù)的減排效果，形成了實(shí)施污泥碳化技術(shù)工程應(yīng)用的重要支撐依據(jù)。主要結(jié)論如下：

（1）污泥具有高含水、熱值多變的理化性質(zhì)

脫水污泥含水率高達(dá)80%，干基低位熱值在2.30-19.74MJ/kg之間波動。干燥基灰分比例在21.88%-79.05%之間波動。干基灰分含量越高、則熱值越低。而污泥熱值越高，越適合炭化處理。污泥熱解碳化后有炭化物、熱解液(油和水)、熱解氣三種產(chǎn)物，污泥炭化物中保留了部分碳元素，炭化物的產(chǎn)量一般隨著熱解碳化溫度的升高而降低，而熱解氣產(chǎn)量不斷上升，熱解液的產(chǎn)量在550℃左右達(dá)到峰值。

（2）污泥熱解碳化宜優(yōu)先考慮能量自平衡

污泥熱解碳化過程需要供熱以滿足水分蒸發(fā)、物料升溫和化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，所需熱值與污泥含水量、熱解碳化溫度直接相關(guān)。污泥熱解碳化后，其產(chǎn)生的熱解液、熱解氣和炭化物的化學(xué)能回收效率不超過82%，主要損失在水分蒸發(fā)、水分生成的熱損失上。宜降低污泥的進(jìn)爐含水率、合理選擇熱解碳化溫度，盡量利用揮發(fā)分（熱解氣、熱解液）自身的能量來滿足熱解碳化熱量需求，實(shí)現(xiàn)熱解碳化過程的能量自平衡。

（3）污泥熱解碳化所產(chǎn)生的污染物及其控制

污泥熱解碳化項(xiàng)目仍會產(chǎn)生煙氣污染物，尤其是揮發(fā)分直接焚燒處理會產(chǎn)生飛灰、HCl、SO2、NOx及二噁英等污染物。建議采用“旋風(fēng)+活性炭噴射+布袋+脫硫脫酸”處理工藝，并在熱風(fēng)爐內(nèi)采取SNCR脫硝措施，必要時再設(shè)置SCR等脫硝設(shè)施。污泥碳化項(xiàng)目所產(chǎn)生的臭氣，可采用高溫脫臭或生物除臭處理。

（4）污泥熱解碳化的CO2減排效果

日本的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明污泥碳化裝置比污泥焚燒爐產(chǎn)生的溫室氣體排放量更少，其減排貢獻(xiàn)主要來自于非二氣體（N2O）的大幅減少和熱解炭化物后續(xù)土地利用固碳兩個方面。本研究比較了國內(nèi)的污泥焚燒裝置和碳化裝置的CO2排放情況，在污泥熱值近似、且焚燒規(guī)模遠(yuǎn)大于熱解碳化規(guī)模的情況下，通過生命周期評價(jià)驗(yàn)證了碳化裝置的CO2排放量低于焚燒裝置，在污泥干基熱值為10MJ/kg的條件下，減排比例約為63.5%。