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二、参照比较工艺的设计条件
了解热水解+消化的运行成本定位,有必要引入两个其它处置方式以资比较。
1作为参照的干化系统
根据原污泥干化项目的能流图,污泥处理中心的电耗为1.96 MW,蒸发热耗13.14 MW,耗费天然气热量17.47 MW,热损失4.33 MW。将蒸发净热耗13.14 MW除以天然气总能耗17.47,得到锅炉热效率75%。根据欧盟和英国的污泥干化实践,干化污泥含固率一般均为90%以上。以年处理干基污泥量40000吨计,假设入口含固率20%,则干化的蒸发量17757 kg/h,升水蒸发量热耗740 kcal/kg。若取平均入口含固率25%,则干化蒸发量为13191 kg/h,升水蒸发量净热耗为996 kcal/kg。电耗方面,含固率20%时为0.110 kW/kg,率25%时为0.149 kW/kg。笔者以为,这里的天然气锅炉热效率严重偏低(一般在85%以上),干化净热耗即使对某些耗能工艺也显得偏高,电能则偏离更多。可能是作者为了显示新项目的优越性,不自觉地放大了某些对比数字。因此,本文在比较中将采用两个工程上比较可信的数字来评价热干化:净热耗670 kcal/kg,电耗0.075 kW/kg。投资以含固率20%的湿泥为基准,单位投资25万元/吨˙日。
2作为参照的传统消化系统
为了解高级厌氧系统的投入产出,笔者建了一个CSTR高浓度厌氧消化模型(类似于大连夏家河项目)。工艺取值如下:入消化罐固体浓度10%,消化日数28天,消化温度55度,有机质的消化降解率36.9%。消化罐数量4个,单体有效容积8000立方米。参考环境温度/水温/泥温一律取为10度。有关消化器加热、保温的气候数据选为北京。以同样的有机质产甲烷率来分析,传统消化应可实现有机质降解110 tds/d * 75% * 36.9% = 30.3 t.VSSr/d,产沼气27660 m3/d,池容产气率0.9 m3/m3。就消化系统而言,采用高温消化,将料液从10度升温到55度,所需能量大约为1900000 kcal/h;考虑北京地区冬季极端气温下的保温需要(最大单池66000 kcal/h),所需能量约2200000 kcal/h。沼气发电机若可回收36.5%的热能(是可保证的),即可满足消化的给热保温需要。这意味着27660立方米沼气均可用于发电,以发电热效率38.5%考虑(一个较实际的取值),可实现发电量2720 kW。按照笔者的评估,该消化系统的自用电量约为14.1%。类似消化条件下的污泥脱水含固率可能在22%(离心机,可保证的数据),则产生脱水污泥量360吨/日。
3用于比较的经济参数
同样的经济参数取值,用于三个不同工艺的比较。主要取值如下:电价0.75元/千瓦;脱盐水制水成本10元/吨;商业天然气热值8500 kcal/m3,天然气价格3.2元/立方米,天然气锅炉热效率90%;燃煤价格800元/吨,热值5000kcal/kg,燃煤锅炉热效率75%;雇员平均年薪4万元,定员人数均为20人(不考虑运行难易和复杂性);年利率5.94%,还款付息期10年,复利计算;维护成本按总投资额计算,系数2.0%(亦不分难易);消化系统脱硫药剂成本按湿泥折算,每吨10元。由于三种工艺最终的产出极为不同,最终处置出路可能极为不同,前景无法预料,应该说各有优势,也各有劣势,难定统一价格。热干化污泥具有一定的热值,去水泥厂处置,零费用给出是有可能的;热水解并消化后的污泥如果没有重金属污染,应该也有土地利用的出路;传统消化由于采用的是高温消化,如无污染,脱水污泥也可实现灭菌和土地利用。但考虑到后两者施用有季节性,含水率仍很高,要实现零成本处置,有较大难度。因此,比较时采用了两种可能:一种是全部零成本处置,一种是各考虑一个比较可能的处置付费。
三、比较
1设计条件下的水解+消化与其它工艺的比较不考虑处置成本时的投入产出如下:
考虑处置成本时的投入产出:
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