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污泥干化焚烧工艺碳排放研究及优化策略秦赫

发表时间：2021/7/19 来源：《基层建设》2021年第12期作者：秦赫

[导读] 以某工程为例，采用不同的计算方法对城镇污水处理厂污泥干化焚烧碳排放进行核算。其中，温室气体核算边界主要包括干化环节、焚烧环节以及烟气处理环节

        中国联合工程有限公司浙江杭州 310052
        摘要：以某工程为例，采用不同的计算方法对城镇污水处理厂污泥干化焚烧碳排放进行核算。其中，温室气体核算边界主要包括干化环节、焚烧环节以及烟气处理环节，温室气体核算类型主要包括生物源类CO2、能量源类CO2以及替代类CO2。采用模型估算法，污泥焚烧工艺中CO2的排放当量为每t干污泥1456.6-1709.9kgCO2,利用运行数据估算法计算此污泥处理工程的CO2排放当量为每t干污泥3046.6kgCO2,通过物料特性影响以及运行系统影响两方面分析了分析两种评估方法存在的差异。最后从工艺、能量来源、系统效率等方面提出减少干化焚烧工艺碳排放的优化策略。
        关键词：污泥；干化焚烧工艺；碳排放；优化策略

        引言：
        随着城镇化与工业化实现同步发展的同时，使得生态环境问题也愈演愈烈，这就使得生态环境问题的关注程度与日倍增，“树立绿色、低碳发展”等环保理念不断被提出，有效地实现了对我国生态环境的恶化进行了遏制。而碳排放工艺是基于建设目技术经济评价基础之上而实现的方法，属于一种新的评价方式，它对于建设项目的各个环节之中，在可能会排放的一些温室气体、气候变化所受的影响等进行了反映。
        1.工程案例分析
        该工程案例之中，设计的干污泥规模为每天150t，对其处理的方式采用了干化焚烧技术这一路线。⑴在污泥接收系统之中，我们所接收到的脱水污泥的具体含水率取平均值在80%左右，脱水泥污的热值则为13700 k J/kg。⑵污泥干化系统的干化机采用的是桨叶式的干化机，在选用干化热源的时候，将压力设定为0.8MPa、温度设定为175℃，蒸汽属于饱和蒸汽，蒸汽的主要来源于余热锅炉，当蒸汽不足时需要部分由电厂外来蒸汽进行补充。⑶污泥焚烧系统选用了鼓泡流化床焚烧炉，进入到该焚烧炉中的污泥含水率约为60%上下。⑷烟气处理系统涉及到的内容比较多，主要有静电除尘器、布袋除尘器以及洗涤塔这几项设备。而布袋除尘器在实际适用中，需要注意的是喷射活性炭与石灰进行混合使用，主要发挥的作用就是将重金属、二噁英类有机化合物进行有效吸附；洗涤塔在实际应用的时候，需要通过NaOH溶液的喷淋才能使用，主要起到吸收烟气中酸性气体的作用。
        2.污泥干化焚烧工艺碳排放的优化策略
        在国家发改委发布的《省级温室气体清单编制指南》之中，针对废弃物焚烧过程的碳排放提出了要求，需要能够将化石、生物成因予以明确区分，其中并未规定将生物质材料燃烧过程中，所产生的CO2气体计入到相应的清单总量之中。
        2.1针对工艺选择环节予以优化
        依据相关数据分析，我们能够得知干化环节、烟气处理环节之中能量源所产生了CO2排放量是比较大的，特别是在干化环节的有效实施，对于CO2排放而言是其实施的最重要的环节之一。污泥在具体实施干化的过程中，CO2气体的排放量主要是与其干化过程中所产生的能耗量相结合的。各个污泥干化工艺在能耗方面都存在着不同，具体可见下表。从下表之中我们可以看出，污泥干化技术在实际实施中所产生的能耗取决于具体的干燥形式，所以所选择的干化工艺在能耗方面比较低的时候，能够有效的实现CO2排放量的降低。

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各种污泥干化工艺能耗表

干燥器形式	干燥方式	热源	每kg干污泥耗热量/MJ	每t干污泥耗电量/（kW●h）
转鼓式	热对流（直接）	天然气、沼气	3200～3500	50～90
转盘式	热传导（间接）	天然气、蒸汽	2750	45～55
多层台阶式	热传导（间接）	天然气	3260	45～60
流化床	热对流、热传导（直接或间接均可）	蒸汽	2750	100～200

        2.2针对能量来源予以全面优化
        干化过程中能源的消耗与其所选用的热源种类、加热方式以及热效率等方面息息相关。一般而言，通过间接加热方式的情况下，能够将所有的热源进行使用，在对其利用中所存在的差别性，主要表现在温度、压力以及效率这几个方面。而通过直接加热方式的使用下，则会由于各种热源种类的不同遭受到一定程度的限制，其中主要应用的燃煤炉、焚烧炉等在使用之中，存在烟气因量大、含有腐蚀性的污染物等问题所以很难予以利用。在对间接加热方式进行有效使用时，干化系统能够对废热烟气进行利用，从而使得碳排放得到减少，站在这个的角度来具体分析，如果相应的烟气温度达到要求且输送距离比较近的情况下使用是比较便利的，在大型工业、环保基础设施等废热烟气之中可以积极的予以优化。还可以对生物质产生的沼气进行利用作为所需的热源，它能够直接进行燃烧并提供热量，再加上其自身属于生物质材料，所以在具体焚烧的时候产生的CO2气体是不计入清单总量之中的。案例工程干化所用蒸汽一部分来源于污泥自身焚烧所产生的能源，另一部分来自附近电厂，电厂在发电的同时释放大量低温、低压蒸汽，这些蒸汽不仅适宜作为污泥干化的热源，还可减少能量源CO2的排放。
        4.3系统效率优化
        与能量源及生物源CO2排放不同，替代类CO2属于碳汇部分，在干化焚烧工艺路线中，应根据工程实际情况，选择合适的利用方式，并提高能量利用率，减少热损失，以达到提高此部分CO2排放数值的目的。案例工程污泥焚烧烟气经过高温空气换热器后进入余热锅炉，余热锅炉将污泥焚烧烟气中的热量转化成饱和蒸汽，供干化使用，此外工程通过设置一级、二级空气预热器，用于回收系统能量，提高了能量利用率。值得注意的是，在工程实施过程中，合理的热交换系统以及良好的保温措施将有效减少系统的热损失。
        5 小结
        （1）当前，我国在碳减排方面，将重点集中在集约利用能源和开发清洁能源降低排放两方面。但就目前来看，常规的工业行业减排、能源结构减排对于任何城市来说，都是巨大的挑战。与能源、建筑、交通等行业相比，污水、污泥处理减排成本低，减碳效益大。因此在考虑其“减量化、资源化、无害化”的同时，应该站在更高、更远的角度来讨论其在温室气体减排上可做的工作，应该意识到污泥处理行业蕴含的高效减排潜力，并探索出一些可行的碳减排路径。（2）本文通过模型估算法和运行数据估算法对某污泥焚烧工程的碳排放进行研究，除污泥焚烧产生的生物源CO2排放不计入排放清单外，干化所带来的能量源CO2排放最高，虽然污泥焚烧产生的能量可带来一定的碳汇，但整体来说焚烧工艺的碳排放较高。通过分析，可通过优化干化和焚烧环节达到降低碳排放的目的，例如提高能量利用率、选取能耗低的设备设施、减少热损失、采用生物质能源等。
        参考文献：
        [1]陈莉佳,许太明,卢宇飞.市政污泥脱水-干化-焚烧不同工艺路线碳排放分析[J].净水技术,2019(S1):155-159.
        [2]纪莎莎.污泥干化焚烧工艺碳排放研究及优化策略[J].环境科技,2019(01):49-53.
        [3]向文川. 城市污水污泥干化焚烧工艺的碳排放研究[D].西南交通大学,2011（07）：106.