1 《一个荒唐的童话——“增钙热干化”技术不可言说的秘密》
2010年的中国水网开始以污泥处理和处置为题目,组织了一批迹近付费广告的文章和采访。其中曾引起热议的有一则7月30日北京城市排水集团科技研发中心研发部部长周军博士做客中国水网的报道,以及同时配发的多篇文章,焦点是增钙热干化技术。
周博士在采访中称:“增钙热干化工艺可以达到二氧化碳零排放或者负排放,这一点我们非常的看重。为什么这么说呢?我们采用氧化钙加到污泥当中,和污泥混合之后氧化钙可以和污水中的二氧化碳反应,直接生成碳酸钙。这里有一个非常奇妙的化学公式,氧化钙的分子量是56,二氧化碳的分子量是44,碳酸钙的分子量是100,这似乎也预示着我们石灰污泥干化工艺是一种十全十美的选择,非常完美。而且通过这个工艺过程,我们可以发现它不仅不产生二氧化碳,同时还吸收二氧化碳”。
9月15日有网友评论称:“怎么会有这样的博士,说出这样的话(指分子式的形容)?我有个侄子,不是读书的料,有一次考试居然得了100分,把他爸爸乐得不得了,后来才知道,数学44分,语文56分,加起来100分。我那个傻侄儿跟这个博士的水平差不多了!!!!”
我一向对中国水网的商人气不敢苟同,但很感谢它常常给我提供一些有趣的题材。一次采访,就引来前后一百多条相关的网友评论,可谓热点无疑了。加上北京方庄这个项目被水网评为2010年中国十大推荐污泥处理处置技术之一,于是,它自然而然成为我重点研究的题目之一。
北京方庄项目应该是原中关村环保产业联盟的一批人,即北京市奥利爱得科技发展有限公司实施的。北京排水集团的前总经理与该公司渊源颇深,在奥迪爱得的推广资料中到处可见这种痕迹。该公司创始人陈子亭早年在日本以推销自制功能饮料起家,回国后的发展也始终以日本技术为标榜,但其中真正的日本成色是多少无人知晓。
该公司网站上列出的日本技术合作伙伴的有NTT-Neomeit九州、NTT-Airec技建株式会社、三菱化工机械株式会社和LAGUNA株式会社,其中两个NTT都是做通讯的,与污泥处理技术无关;三菱化工机做水处理和燃料电池制造,LAGUNA是销售软水器的小公司,两者也都不是污泥技术的来源。他们可能只是北京市奥利爱得设备的用户而已。
周军博士是北排应用其技术的直接窗口。周博士在西北大学化学系完成无机化学学士和硕士学业,与碳酸钙看来是结下了不解之缘,他对化学反应有种诗意般的理解,应该是情有可原的吧。
被周博士鼓吹得如此完美的这项技术其实很神秘。至少在我写此博文的时候,网站上就没有增钙热干化、过热蒸汽的任何内容。我第一次听说其中的某些核心内容还是在水网网友的评论中:
“周博士的增钙热干化工艺中据说采用了一项过热蒸汽的新技术,因为石灰干化过程中会产生大量100度左右的蒸汽,他们采用了日本的过热蒸气技术,把这100度的过热蒸气通过一个小装置进行了微波加热,大约在0.1秒的时间内,把100摄氏度的蒸汽温度提高到500度。当然可以不把温度升的这么高,控制在200摄氏度,然后蒸汽再回到生产系统,避免了能源的浪费,大大降低石灰的添加量”。
引起网友质疑的主要原因似乎是周博士把“石灰干化”形容得过于“十全十美”,尤其是那近乎天真的比喻,引起了众人几乎一致的“讨伐”,使周博士的科学研究身份和可信度大打折扣。这件事让我思考了两个问题:
其一,这种几乎不加掩饰的软性广告在互联网时代是否已经太不合乎时宜了?为此不但周博士本人名誉有损,其所推销的技术也未必占得了什么便宜,就连做这种广告的载体——一直希望做成业内最佳媒体的“中国水网”,恐怕也是大大失分了。明知如此,为什么还要这么做?既然是做广告,没有什么见不得人的,为什么不能做的专业一些、市侩气少一些?
其二,周博士所推销的“增钙热干化”可能完全不同于一般所说的“石灰干化”或“石灰法化学调质”,这种工艺到底情况如何,业内还没有人真正了解,而周博士本人也语焉不详。如果这种技术真的那么完美和优秀,是什么能妨碍它做光明正大的宣传呢?
带着这样的疑问,我搜集了大量的资料。下面是我对这种技术的解析。
一、扑朔迷离——技术的真实来源
根据找到的专利资料,可从时间上清晰地梳理出北京奥利爱得以石灰为核心手段的环保技术的主要脉络:
早在2001年,陈子亭作为发明人之一参与了《一种垃圾处理用生石灰的制备方法及所用设备》专利的申请。这是一种将石灰石混合氯化钠后与燃煤分层填充制取石灰的小型煅烧装置。
2005年陈子亭个人申报了一项发明专利《利用水泥回转窑处理城市污泥的方法和装置》(CN100398472C),内容为利用水泥窑,将含氢氧化钙的污泥渣,在650~1100吨下煅烧成为氧化钙制品,重复利用于污泥脱水干化增钙的预处理。
根据专利描述,以石灰石、酸化铁、脱水铝强酸盐、脱水非铝强酸盐和污泥渣(污泥+氢氧化钙)组成的原材料经过煅烧成为活性氧化钙产品。
同一年,发明人还专门就污泥混合石灰的核心设备专门申请了补充专利(CN101100346A),声称“本发明的目的就是提供一种污泥处理装置,以解决现有技术的处理装置存在的反应筒热反应效果低、输送器的机械刚性大幅度下降、无法形成连续工作的问题”。
这一专利应该说才是其核心技术,它实际上是一个将石灰、污泥进行机械混合的机械装置。而据我了解,所谓将石灰法干化污泥后的残渣用于制造可再次使用的活性石灰的专利从未实施过。
2009年8月,奥利爱得的新一代技术孕育产生,这个由北京大学、日本第一高周波株式会社和北京奥利爱得公司共同持有的专利《利用高温蒸汽对污泥干化的方法和设备》(CN101628779A)内容为:“采用干燥滚筒进行一次干燥,初步干燥过程中回收的饱和蒸汽用高温加热装置加热为过热蒸汽,并引入到干燥滚筒内,对污泥进行直接接触的二次干燥。在过热蒸汽使用后,石灰添加量由该在前的17%减少到14.06%,干燥滚筒温度从54.54度提升到60.81度,出口物料的温度提高8%,而过热蒸汽所使用的电耗仅为每小时3 kW,达到节能减排的目的和大幅度降低成本”。
从2003年8月至2009年8月,北京奥利爱得事实上只在北京方庄污水处理厂进行了一个30吨/日级的石灰干化项目。所谓增钙热干化新专利的产生很可能是在方庄工程的基础上进行的一个改良。从专利所公开的数据看,这次改良只是一项实验室级别的实验而已。但从奥利爱得其后的市场推广上,却把方庄工程作为新型“增钙热干化”工艺的第一个项目,在对外宣传上则有意无意地给人以“名校研发”、“日本成熟技术”的错觉。
在日本第一高周波株式会社的网站上,找不到任何环境领域特别是与污泥等废弃物处理工艺相关的产品。该公司以“高周波”名,它的技术大多与“诱导/感应加热”相关,即类似超声波的一种加热器,广泛用于钢铁焊接等工业领域。这就是说,所谓“增钙热干化专利”本身,是2009年8月左右才产生的新想法,并非该日本公司所已有;要说有关,无非是在方庄的实验中,使用了一台3kW的小型高周波加热器而已。
此专利以北京大学为第一权利人,“拉大旗作虎皮”的作秀味道显得更为突出了。作为第一发明人的刘阳平,1999年清华化工系硕士毕业,2001年7月获清华环境学院博士后学位后,即来到北京大学环境工程研究所成为一名教师。研究上他主要继承了其清华导师聂永丰在城市废弃物焚烧处理的方向。作为社会兼职无数、研究内容庞杂的中年教师,他在污泥处理方面却既无论文也无项目,一句话,没有任何值得一提的建树。工程方面,该研究所本身也只做过深圳填埋场渗滤液这样的小项目而已。
在搜集和研究了大量文献,并完成对“石灰稳定化”、“石灰干化”等工艺的计算之后,我开始有了如下的“猜想”:
第一, 这一技术应属纯粹的国内发明,套不上任何国外成熟技术的“光环”;
第二,“增钙热干化专利”的核心其实是一个热干化回路,尽管发明人在废弃物焚烧方面曾有所接触,但由于对热工颇为陌生,在基本概念上存在严重的混淆,特别是对“过热蒸汽”的理解,这使得该技术在热量使用与描述上非常不靠谱;
第三,该专利其实是因纯石灰干化实际运行不理想,而期望在原有框架内引入热干化概念的一次尝试,这一尝试目前还停留在中试阶段,尚没有可信的工业实例,但已作为成熟技术在进行大规模商务推广。
二、张冠李戴——“石灰干化”尴尬的市场定位
将中国市场的“石灰干化”与美国所提倡的“石灰稳定化”进行比较,就会发现这种技术的错误定位其实就是中国石灰干化技术厂商的尴尬所在。
按照美国石灰协会(
http://www.lime.org/uses_of_lime/environmental/biosolids.asp) 的说法,“采用生石灰和消石灰处理有机废物已经有100多年的历史了”。
1979年美国EPA出版的《污泥处理处置工艺设计手册》第6.4章用了28页篇幅对石灰法处理污泥进行了详尽的描述。尽管成书较早,其中的内容仍显得十分有参考价值。摘录并翻译主要观点如下:
“石灰法处理主要是为了调节pH值,以抑制微生物发展,减少臭味和稳定化。
EPA只在三种条件下建议才有这种工艺:1)作为已有的污泥处理设施的备用措施;2)作为过渡措施,如果下一步污水厂可能被拆除;3)为已有设施改善臭味而采取的扩展办法。
所需考虑的设计参数为三项:pH值、接触时间与添加量。
EPA建议的pH值为>12.5,保持时间为30分钟。
以“稳定化”为目标的石灰法处理一般采用氢氧化钙,个别也有采用氧化钙的。
美国1976年第一个工业级石灰稳定化工程俄亥俄州的Lebanon项目运行,技术参数显示,不同的污泥需要不同的石灰添加量,且为实现pH值所需的有效碱性成分只与污泥干固体量相关。工程上,要实现剩余活性污泥pH>12.5,需要添加相当于污泥干基30%的氢氧化钙。氧化钙则需考虑其杂质(一般纯度80~90%)以及水合反应的彻底性,一般小型用户推荐采用氢氧化钙。
采用氧化钙会有加热的效能,但污泥含固率必须大于20%,且添加比例需在干基污泥重量的20~40%以上,才会有类似的加热效果(译者注:仅是开始产生加热效果而不是完成干化!这一点在后面的论述中可以数学模型证实)。
由于生石灰来源于石灰石烧制,其能耗巨大,应在能量平衡中综合考虑”。
不难发现,国内所大力推广的石灰法污泥处理与美国EPA工艺手册所描述的目标有着明显的不同。美国对石灰法处理的定义限制在简单的“化学调质”层面,它可能对污泥的脱水特性、臭味和微生物负荷有所改变,但从没有指望其对最终污泥的含固率有重要影响。而国内石灰法项目的立意则在“干化”,即采用石灰混合的手段,降低水分,获得可方便处置的干度特性。因此,我们看到的是,无论是方庄还是小红门,石灰添加的比例均已远远超出了美国EPA所给出的极限。
根据美国标准,要达到石灰稳定性,即实现pH >12.5,剩余生物污泥需要添加相当于干基污泥重量30%的氢氧化钙。这就是说如果要处理1吨含固率20%的污泥,其干固体量为200公斤,需添加61公斤的氢氧化钙,或纯度为85%的生石灰54公斤。
但如果按照国内“石灰干化”的概念,不能采用熟石灰而只能采用生石灰。仍然是85%纯度的话,将1吨含固率20%的污泥干化到可填埋的含固率40%,则需要220公斤生石灰,是前者的5倍之多。如果干化到含固率60%,则需要500公斤,显然这是无法承受的消耗。
三、连蒙带骗——发明还是造假?
不幸的是,国内同仁似乎对在国外早已是常识的污泥石灰稳定概念完全缺乏了解,甚至也不屑了解。采用石灰进行“干化“,利用生石灰极为有限的水合放热以减少水分,这种从原理上就站不住脚的做法,在国内却大行其道,甚至还为此编造出离奇的化学公式来证明。
一篇在互联网上流传很广的宣传文章《循环经济之路——增钙干化污泥作为建筑材料的研究与示范》有多个版本,主要作者为北京排水集团的张水英等,文章提出了一个足以颠覆一切传统科学的命题:
“增钙干化技术是现今国内新开发出的一种运用添加剂对污水处理厂污泥进行干燥、稳定化和资源化处理的方法。采用含生石灰(碱性)和硫酸铁铝(酸性)双组分发热剂,通过污泥高效干燥系统对有机酸腐污泥进行干燥、脱水、改性后,向稳定化无机材料转化。根据氢氧化钙脱水变成氧化钙这一原理,处理物经高温煅烧后,添加剂可回收反复使用。本课题的研究目的是用双组分发热剂替代国外现行的“石灰法”单组分污泥处理工艺,从而降低污泥无害化成本。
处理污泥采用的增钙剂是固态酸碱双组分发热剂,发热剂碱性组分是活性生石灰,主要反应为:
CaO+H2O=Ca(OH)2+水化放热
Ca(OH)2+ 含水污泥中有机物=有机钙酸盐+NH3↑
发热剂酸性组分为硫酸铁铝盐,除化工产品外也可以采用钢厂酸洗硫酸铁盐晒干的渣或其它化工除铁渣。主要反应可简化描述为:
Fe2(SO4)3+6H2O=2Fe(OH)3+3H2SO4+水化放热
AL2(SO4)3+6H2O=2AL(OH)3+3H2SO4+水化放热
发热剂酸碱两组分间还有反应:
Ca(OH)2+H2SO4=CaSO4+2H2O+酸碱中和放热
适量添加,可使污泥迅速升温至100℃以上,短时间内大量水蒸汽蒸发,达到干燥、脱水及杀菌目的。通过酸碱双组分配合比例可调整污泥处理物的酸碱度,而且所增加元素为钙、铁、铝之类及其化合物,都能被一般建材制品所接受。相比使用单一生石灰相同的掺加量,酸碱双组分发热剂使热量增加30%以上”。
氧化钙(CaO)水合放热是众所周知的一种化学反应,不难理解。
比较唬人的是后面两个公式:硫酸铁或硫酸铝盐居然会与水反应,生成硫酸和氢氧化铁或氢氧化铝并产热。稍微记得一点初中化学的人都知道,酸碱可以反应生成盐和水,化学水分子的形成会产生热量。但还从未听说过盐与水在一起,会生成酸和碱并产热!如果这种反应存在,那么大海里的盐与水岂不成了用之不竭的能源?水变油的奇迹恐怕也没有这个神奇吧!
这篇貌似科技论文形式的宣传材料多年来就在各专业网站上可以下载,广为流布。在奥利爱得的网站上,其原理介绍至今也是如此。
一直到1年前,北排和奥利爱得的这些原作者们(张水英/张辉/甘一萍/赵珊/周军/魏威/陈子庭)的文章《城市污水处理厂污泥石灰稳定干化工艺应用研究》才被专业刊物《给水杂志》在2009年第28期登出,登出时已做了重要删节,特别是上述化学公式。另外,还有一个重要的变更:作者之一的黄鸥未再见署名。这应该是身为北京市政院总工的黄总早知道他的名字在那些野鸡文章中被大量冒用,已造成了不良影响,因此才在正式刊物中避免再被牵扯进来吧。
由于石灰法处理的定位错误,造成了厂商在工艺设计上的方向错误;由于方向错误造成了处理成本高;为获得市场,这些厂商最后干脆走向了科学造假!
就以这篇被专业科技杂志公开发表的文章而言,滑天下之大稽的公式虽然删除了,但还是留下了一些不那么明显的假货,比如对污泥升温的解释:
“当石灰投配比为20 %时,污泥与石灰混合可升高的温度为:(1.168×103 /3.045)×0.2=76.6 K,即可升高76.6 ℃,若混合物原温度为25 ℃,则该反应系统可达到101.6 ℃”。
极端简化的热平衡算法略去了所有其它影响条件,如抽气量、散热、生石灰可反应率,甚至湿泥的含水率(65%而非80%)和环境温度(25而非15)都是极端乐观的估计。此外,还有意忽略了在其专利(CN101628779A)中所特别陈述的,如果没有蒸汽再循环,石灰干化实际出口温度只有平均54.5度的事实,而增加蒸汽循环后也只不过达到平均60.8度而已。同样的生石灰添加量(20%),出口温度的理论值比实际值(如果后者是真的)高了40度,这种算法本身就显得十分幼稚可笑。
无论这两篇文章的结论数据是如何吸引人,我想这些数据的核心问题是,它已经没有任何真实性可言。
本文开篇时我曾准备对奥利爱得为代表的石灰法进行较为详尽的量化分析,但当发现该公司的技术宣传均有严重的造假嫌疑时,让我觉得量化分析的意义已经不大了,它变成了对一种技术的定性,而这本来是我想避免的。但看了中国水网2010-11-12日“欲知此事须躬行:中国水网网友参观方庄污泥干化工程”的报道后,让我觉得如鲠在喉,不吐不快。
四、牛头马嘴——不着边际的热工描述
报道这样写道:“周军博士指着各项设备现场讲解,在污泥与生石灰发生反应过程中产生的废气通过主罐上方的引风管,将罐内废气进行收集处理。同时,利用目前国际上最先进的高温蒸汽加热技术,将废气回收系统的排气口管道开口接到鼓风机进气口中,再将鼓风机的出气口连接至蒸汽加热器,最后把加热后的蒸汽从出气口输送到干化机,实现了废弃余热的二次利用”。
这段描述读来令人喷饭。如前所述,所谓“目前国际上最先进的高温蒸汽加热技术”,其实是一个3kW的高周波加热器,用的是电能。让被电能加热的蒸汽通过风机到干燥器里转一圈,能算废热二次利用?事情没这么简单的吧。
奥利爱得的发明人对热工的“不通”在其专利中明显地表现出来。专利称:“采用干燥滚筒进行一次干燥,初步干燥过程中回收的饱和蒸汽用高温加热装置加热为过热蒸汽,并引入到干燥滚筒内,对污泥进行直接接触的二次干燥”。在任何化工原理教科书上均有饱和蒸汽和过热蒸汽的定义,这里就不在啰嗦。干燥过程需要抽取微负压,以实现蒸发水分离开干燥器。抽取微负压将必然造成环境空气的进入。有环境空气的蒸汽不可能是饱和蒸汽,当然就更不会是过热蒸汽,因为其中的空气无法与水蒸汽分离,除非冷凝它。事实上,发明人所建议是再普通不过的一种封闭式的干燥热气体的循环,重新进入干燥器前要通过一个装置加热,几乎任何一种干燥形式的污泥干化工艺几乎都有此循环回路。这种气体的性质因含干空气量的多少而不同,但它不是饱和蒸汽是确定无疑的。
这种循环气体的性质到底如何,发表于2009年4月《环境工程》上署名赵珊/张水英/张辉/周军/李坚/陈子庭的文章“污水厂增钙干化污泥烟气处理工程”其实给出了答案:“(方庄项目)设计并安装了一座湿式填料塔对排放出的石灰粉尘和恶臭气体进行处理,处理气量为2300 m3/h”。以该项目“现有工艺参数(脱水污泥处理量为2 t/h ,脱水污泥处理前含水量为80 %左右;脱水污泥处理后含水量为40 %左右)”计,污泥中的最大水分去除量(假设是真的)应为1333 kg/h,而实际上生石灰会将其中相当一部分水反应为氢氧化钙。根据理论计算,反应物生石灰500 kg/h可能将其中的136.6 kg/h生成化学反应水,因此只需实现热蒸发111.4 kg/h即可实现含固率60%。需要进入气态的水111.4公斤与2300立方米的气体量是什么关系?假设不考虑化学反应水,1333.3kg/h水全部进入处理气量,他们又是什么比例关系?毫无疑问,这种循环气体就是一般干化过程中所言的空气/蒸气混合物。加热前它不是饱和蒸汽,加热后也不会是过热蒸汽。
奥利爱得的增钙热干化专利引入气体循环的概念其实是出于石灰干化低效而采取的迫不得已措施,这是因为生石灰与污泥中水分的反应第一需要较长时间,第二生石灰在固相下的水合反应很难彻底,也就是说很多生石灰未参与反应。增加加热气体的循环,可总体提高反应温度,并利用高湿气体回流适当“潮润”产品以利于传热等。
显然,生石灰所产生的热量就那么一点,采用高周波电能加热器只不过是消耗二次能源——电的形式,为干化回路注入了新的、十分昂贵的能量而已。以发电平均热效率考虑,电能的价值应该说是燃料热能的四倍。在这个意义上,采用高周波加热器进行加热,不但不是什么“国际上最先进的蒸汽加热技术”,相反,倒是最违背节能原则的应用了。必须指出的是,这种能量的使用并非所谓废热。奥利爱得的技术描述从热工角度看实在是太“外行”了。
五、暗度陈仓——从“石灰干化”向“热干化”的转变
仅读其专利,看不出增设这种热气体循环有多大的好处。要知道增设气体循环的代价还有鼓风机的电能额外支出。这对仅靠石灰提供一点点热能的工艺,是没有多大意义的。所谓发明,可能还“另有所图”。
从网上得到的另一则信息,让我发现了其中的端倪:“北京某项目选用8台日本第一高周波股份公司(
http://www.dhf.co.jp/equip/)的RH-50W型微波加热器,可于5秒内将余热发电的废蒸汽约200度2MPA的蒸汽加热成300度的过热蒸汽,流量为8吨/小时,装机功率50*8kw”。
如果有北京某项目,想来是准备或正在上马的某项目;如有余热发电,地点一定是水泥厂;一次选用8台,功率各50 kW,可见规模不小;这次被加热的已不再是石灰干化的废气了,而是余热发电的废蒸汽。2 MPa显然是笔误,想来应该是0.2 MPa才对,否则不会只有200度。200度的0.2 MPa蒸汽确实是余热发电的废汽,但它不是饱和的,而是过热的。将此蒸汽从200度加热到300度,意味着从焓2870kJ升为3071.2kJ,相差48 kcal,如果蒸汽流量是差不多8吨,则确实需要50 kW的加热器8-9台。
推理至此,我已基本明了了奥利爱得下一步做大项目的思路:他们已从“石灰干化”跨入了“热干化”的行列,采用的热能已经不再是生石灰或他们那神秘兮兮的“双组分发热剂”,而是再简单不过的电厂蒸汽罢了。
六、自作多情——低碳概念的炒作
本文开始引述了周博士在采访中的原话:“增钙热干化工艺可以达到二氧化碳零排放或者负排放,这一点我们非常的看重。为什么这么说呢?我们采用氧化钙加到污泥当中,和污泥混合之后氧化钙可以和污水中的二氧化碳反应,直接生成碳酸钙”。
低碳减排作为一种时髦,堂堂博士岂有不大加利用之理。但是,这种利用实在是有违常识的自作多情。前面刚引用过周博士们大肆利用的反应机理:
CaO+H2O=Ca(OH)2+水化放热
现在又说
CaO + CO2 = CaCO3
两个过程居然均在生石灰添加到湿泥的时候发生,请问到底发生的是哪个反应?
我想再明显不过的是,这位无机化学毕业的学士兼硕士,也许是被自己的忽悠冲昏了头脑,一不小心把制取石灰的反应给颠倒过来了,反应物与反应结果对调的结果,于是有了如此神奇的碳减排功能!这种颠倒反应公式的把戏与前面分析过的“双组分发热剂”如出一辙。这种能随意颠倒反应方向的无机化学如果是周博士从西北大学学来的,该校的教学真的就很成问题了。
网友们对周博士的质疑很多是针对碳减排的炒作。
石灰制取是一个碳排放的大户,这应该是业内的常识。碳酸钙分解反应本身直接导致二氧化碳的产生,提供热量的煤炭也造成二氧化碳排放。根据美国EPA手册,最先进的石灰制取也需要耗能140万大卡/吨生石灰。我根据反应公式严格推导,石灰石纯度以97%计,能耗可在130万大卡以内。此时每公斤生石灰的二氧化碳生成量是0.79公斤,需消耗标准煤0.175公斤,以标准煤二氧化碳排量2.493公斤计,则每公斤生石灰的燃煤二氧化碳排量是0.437公斤。两者相加,生石灰的最低二氧化碳增量为2.93公斤!
一位化学硕士能把化学反应方向弄反了,恐怕不简单是学艺不精的结果。留德的环境博士在这方面就高明得多。根据《万若环境污泥石灰处理技术在北京小红门污水处理厂的工程应用》一文:“石灰以及与水反应所生成的氢氧化钙,会与污泥中的其他物质发生进一步的反应,如氢氧化钙与空气中CO2的反应:1.32 kg Ca(OH)2 +0.78kg CO2 -> 1.78kg CaCO3 + 0.32 kg H2O + 2212 kJ ”
这一公式其实阐明的是一个大家都很熟悉的现象:采用石灰水刷墙,墙壁干了之后变白,这白色的结晶就是碳酸钙。
还值得注意的是,氢氧化钙与碳酸钙的反应其实是生成水的反应,倘若真如周博士所言,碳减排还可以发生在污泥石灰干化过程中,也就是碳酸钙结合水生成氢氧化钙,氢氧化钙再结合二氧化碳产生碳酸钙并产生水,那么他所标榜的石化干化产生水的蒸发如何存在?至于所谓的放热,我想没有哪位手摸刚粉刷的墙壁曾感到墙壁会发热吧?这种本身很弱的反应,加上大量水分的存在(和生成),其放热效应(如果有)完全可以忽略。
周博士针对网友的对制取石灰减排的质疑,曾经给过这样的辩解:“周博士对网友质疑石灰干化二氧化碳为零排放观点的回答如下: 1、石灰石烧制石灰的过程产生二氧化碳不假,但反应温度为500度左右,该部分二氧化碳可100%回收,目前石灰厂就有回收设备。 2、石灰干化污泥的过程不产生二氧化碳,同时吸收水中和空气中的二氧化碳,如果将干化产品用于筑路二氧化碳为负排放。 3、干化产品用于烧制水泥,石灰干化污泥的过程吸收的二氧化碳会重新排放,此时二氧化碳为零排放”。
针对周博士的辩解之一,我特意查阅了有关从烟气中回收二氧化碳的技术。它需要使用到变压吸附技术,其原理为利用吸附剂对气体中各组分的吸附量随着压力变化而呈现差异的特性,在吸附剂选择吸附条件下,加压时吸附原料气中的二氧化碳组分,而难吸附组分如氧、氮、一氧化碳和甲烷等作为废气排出;减压时吸附的二氧化碳脱附,同时吸附剂获得再生。
这种工艺涉及的流程包括:①窑气净化处理;②加压到0.7 MPa;③进入干燥器干燥;④进入变压吸附系统;⑤进入气体干燥系统中的加热器用于吸附剂再生;⑥产品经真空罐以真空泵抽出;⑦产品冷却;⑧经压缩机压缩到7.5MPa进入水分离器进行游离水分离;⑨进入闪蒸器进一步提高二氧化碳浓度……
如此复杂的工艺,需要大量的电能,国内能上这种高端装置的石灰企业恐怕是凤毛麟角,怎能一句轻描淡写的“该部分二氧化碳可100%回收,目前石灰厂就有回收设备”就飘然带过?
周博士的第二点辩解前面已经提过,不值一哂。第三点由于第二点根本不存在,则也根本不成立。
七、结语
一个被中国水网和国内一流专家评为2010年十大推荐污泥处理处置技术之一的方庄工程,竟然如此经不起推敲,这一点我自己也吓了一跳。
对奥利爱得技术的分析,到最后已让我彻底失去了兴味,原因很简单:一种根本站不住脚的技术理念,为了市场生存,只能靠造假维持。而经营者一旦把造假当做一种理所当然的手段的话,技术就不再重要了。
我觉得可悲的倒是那些号称技术人员的博士们,他们有名校的招牌,有各种学衔的光环照耀,但一旦混迹在污泥处理行当中,怎么一个个都不说人话说鬼话?难道他们也是被蒙蔽的对象?简直令人难以相信!
一个有趣的花絮是,一位自称北大校友的网友曾质疑该技术,结果招来一阵嘲弄。殊不知这位不管是否是“禹晋永的同窗”,他所揭露的奥利爱得在专利中打出了北大招牌却是铁定的事实。那位实际是清华出身的顶雷者把北大的名义给糟蹋了,恐怕是这位北大人愤慨的原因吧。把化学公式随意颠倒的技巧,恐怕也与刘博士的北大沾不上边,倒是与周博士的另一个“北大”相关,不过前后各多了一个字,“西北大学”如果把“西”和“学”去掉就差不多了,呵呵。
泥客庄主
2010年11月15~17日
2 《 得利满两段式干化技术与市场竞争力的秘密》
得利满是世界上最大的水务集团苏伊士水务旗下的工程公司,在业内鼎鼎大名,无需介绍。该公司在华大力推广其干化技术,目前也已获得重庆唐家沱240吨/日、苏州工业园区300吨/日两个项目。据悉在2010年11月已中标了天津滨海新区200吨/日污泥处置项目。
中国水网最近对得利满的上述项目进行了很多宣传,但在网络上引发了多篇负面贴子对其进行攻击。这个话题吸引了我,我开始搜集有关得利满污泥干化项目的新闻,没想到一搜一大推。从发稿内容看,看得出都是有组织的新闻稿,从这些也反映出得利满的实力和影响力。
闲话少说,直入正题吧。
我首先研究了得利满的专利技术,从朋友处得到了一份他们在国外某项目上的技术文件,得以对其工程概念有了深入的了解。此外我还通过朋友了解了重庆唐家沱项目。最终我发现,这种最先进技术的所谓先进性其实更多是在纸面上,在实际工程中它的表现差强人意,与所其标榜的节能价值观甚至完全相反。
其后我重新研究了一下最近几年的类似项目的投资情况,发现得利满的价格与其国外竞争对手确实完全不在同一个“级别”上。如果它确实技术先进、物有所值倒也罢了,不幸的是我觉得完全不是这么回事,那这里的问题就多了。
一个国外企业如何向国人如此成功地推销其天价且名不副实的产品的,这个题目对很多人一定很有吸引力。本着互联网的自由八卦精神,现在就是为诸位演绎和揭开谜团的时候了。
第一部分 得利满在干化市场的定位和手段
初次试水,败走北京清河
得利满的两段式干化进入国人视线最早可追溯到北京清河干化项目。在该项目上,得利满作为设备供应商参与了投标,以价格论,从低到高,位列第四,约1280万美元,按照当时的汇率,折合人民币1.03亿。处理量400吨/日含固率20%的污泥,干化至90%,蒸发量12963公斤/小时。这么算下来,吨处理量投资25.8万元。按照三条线的工艺布置看,每条线要完成4321公斤/小时的蒸发量。由于干化投资一般是以吨水蒸发量来衡量的,那么清河项目上得利满的价格应该是33.2万元/蒸吨。
这是得利满首次在中国推这种薄层+带式的两段式干化工艺,也是第一次在亚洲推一台如此大蒸发量的还从来没做过的机型。在2005年清河项目开标时,得利满同类型工艺已实施的单线最大蒸发量不过1700公斤/小时(英国Cork项目)。在北京清河项目上提供3台比其最大型号还再放大3倍的设备,这种魄力确实不小。
其后两年,得利满在中国很多干化项目上都有积极的动作,但基本不出手了,也就是只买标书不投标。我们发现,它已经悄悄改变了策略。它在新的项目上不再以设备商面貌出现,而是以投资人的姿态,积极劝说业主选择其作为合资合作伙伴来一起投资工程。
项庄舞剑,意在重庆唐家沱
当它再次进入我们的视线时,已经是它拿下重庆唐家沱污泥干化项目的时候。中国水网2007年9月24日登了这样一则消息:“得利满Innoplana公司得到重庆唐家沱污泥干化厂合同”。
当时业内没有几个人知道还有这样一个干化项目的存在。其后翻检网络消息才得知,中法水务以区区10亿元入主了重庆唐家沱污水处理项目,这则消息见诸2006年4月9日的重庆晚报。
中法水务是得利满的母公司苏伊士水务与新世界集团的合资企业,靠“小表弟”的关照,得利满未经招标就获得了唐家沱240吨/日干化项目。
根据2007年10月22日中国环境咨询网的消息,“唐家沱污水处理厂污泥处理工程投资总额22718万元,工程近期规模为日处理污泥240吨。主要建设内容包括新建污泥处置车间和仓库3640平方米,污泥干化设备3组(3条生产线),污泥干化方式采用两段式热干化技术”。
直到2009年7月底中国水网才再次发布有关唐家沱项目的信息:“重庆中法唐家沱建立污泥干化厂预计8月正式投运”。这则报道中有两个消息耐人寻味:
其一是,中法水务董事坦诚“重庆中法唐家沱使用的Innodry®2E是目前在全球使用的最大规模污泥干化系统”,这就是承认这个项目所使用的设备是首次放大开发,换句不好听的话说,重庆唐家沱干化项目成了得利满一种新机型的“试验田”。根据该项目的设计值,近期三条线的处理量240吨,从含固率20%干化至90%,单线蒸发量2593公斤/小时。这种蒸发量仅2.6吨的干燥线比北京清河所报4321公斤的小得多,由此也印证了朋友所言得利满在国外最大单线蒸发量1700公斤/小时的说法不虚。
其二是,消息称“中法水务与重庆水务集团自2002 年起开展供水领域的合作;2007 年双方再次携手组建巿政污水处理公司;2008 年其股东苏伊士环境与新创建集团(新世界旗下)以16 亿元人民币,收购重庆水务集团15%的股份”;近靠15%的股份就可以“当家作主”,这种优势地位一定是所有得利满的竞争对手所望尘莫及的。
再次在媒体上露面的时候,又已经过了一年的时间。重庆市政府网2010年9月17日发布消息称,“唐家沱污水处理厂污泥处理项目建成投运。……工程项目总投资为2.06亿元。工程项目从2008年1月5日开工,至2009年3月15日开始带泥试运转,目前工程处于试运行期性能测试阶段。重庆市唐家沱污泥处理项目是我国目前工艺技术最先进的污泥处理工程项目之一,是西部地区第一个技术一流的污泥处理工程项目”。
这次露面的频度高了,口气也大了,重庆大公网2010年10月28日的消息标题“重庆日处理污泥明年超320吨”,今年240吨是否真完成了还不知道,明年就超320吨了?国内媒体的新闻超前由此可见一斑。该报道称:“今天,记者在重庆中法唐家沱污水处理有限公司见到了目前国际规模最大的两段式污泥干化技术工艺生产线。中法唐家沱污水处理厂是重庆水务集团股份有限公司和中法水务投资有限公司共同组成的合资企业,投资金额达6亿元,注册资金4.7亿元。中法唐家沱污水处理厂的三期工程现正在扩建中,预计明年完工,届时日均污水处理量将达40万吨,污泥处理每天可达320吨。”
将几个日期放在一起来看,唐家沱干化项目的周期一目了然:2007年3月签约,2009年3月首次带泥运转,2010年9月投运。三年半的建设调试期,实在不怎么快(据说汶川地震耽误了一个月)。如果是世界上最先进的成熟技术,怎么会拖这么久?
值得注意的是截至目前对外发布的该项目两个投资数据,一个是22718万元,一个是20600万元。以湿泥计的单位投资为86~95万元/日吨,以蒸发量计的单位投资为110~122万元/日蒸吨。
与其仅在1年半以前的北京清河项目投标价格比,单位投资是后者的3.3~3.7倍。这个价格如果被称之为天价,应该不为过吧?
照方抓药,**苏州园区
苏州工业园区的中新公用早在2005年就开始酝酿污泥干化项目,2008年更是紧锣密鼓与多家污泥干化厂家进行接触。但到了2009年4月该项目招标时,居然凑不够三家开标。招标的结果当然毫无悬念,得利满顺利中标。
是什么造成的投标人数不足呢?没有别的,就是因为苏伊士水务与中新公用合资了,成了业主,业主自己招自己,运动员既当运动员也当裁判,如果不是脑残,能相信这是公平的竞标而去投标吗?
得利满照重庆的方,抓苏州的药,唯一的区别是这次玩得稍微谨慎一点,不像上次连招标的形式都免了,这次至少走过场也要搞得像模像样些。为防止花落别家,他们在招标文件上做足了功夫,刻意要把形成威胁的全部竞争对手屏蔽在外。这些规定如下:
“投标人必须提供的污泥干化处理系统设备具有同类设备的生产经验和类似处理能力成功运行的业绩(须附用户证明);其中对污泥热干化设备,投标人至少有持续5年的制造经验,至少有10个使用相同技术设备的工程实例(其中有2个以上在欧美地区或者日本的业绩);投标人应该出示最近五年内签署的至少3个类似项目的用户证明,且其合同金额70%以上由投标人自己承担。
到目前为止,投标人所提供的污泥干化设备必须在近五年内、世界范围内无重大安全事故(如爆炸、燃烧等原因导致停产2天及以上),无环保部门对其所供污泥干化设备导致的环境污染处罚记录。
本次招标项目允许联合体投标,但联合体成员不得大于2家。如果投标人为联合体,联合体各方均须具有独立法人资格,该联合体必须是污泥热干化处理系统主体设备制造商和中国境内注册的公司组成的联合体,需具有污泥热干化设备设计、制造、中国境内系统成套、安装指导和相关服务经验的能力,且其资质要求以主体设备制造商为主。
投标人在投标过程中按上述条款要求所提供的各类文件如有虚假不实的,一经发现查证,投标文件无效,其投标保证金将被没收;如果合同已签订,合同即被取消,所有保函、保证金将被没收,且买方保留对其造成的经济损失追讨的全部权利”。
这份招标文件写得太精彩了,我忍不住要为读者点评一下:
它首先把国内企业一概排除,因为他们肯定都没有在日本和欧美的业绩;其次,把国外在价格上有竞争力的设备商都排除掉,因为合同金额70%都由投标人自行承担的只能是大型工程承包商;第三,把安全事故的要求极限化,让即使是微小事故(比如污泥自燃)的都成为废标,停产两天的规定尤其滑稽,环境项目如果着了一把火肯定会引来调查,在调查期间停机哪有不超过两天的?这样结合没收保证金的威胁,足以使所有资深企业都不敢来趟这趟浑水;第四,让所有财大气粗、能跟得利满抗衡的国外大型承包商无法参加,因为规定了联合体最多两方,其中一方必须是干化设备商,另一方必须是国内注册的企业。以工程公司在国内注册的恐怕只有得利满一家吧。哇塞,真是层层设卡,道道布防,滴水不漏!
让我们看看招标的结果吧。
根据中国水网的报道,2009年度水业十大影响力企业评选(估计也是付费的)中,得利满榜上有名。在该条目下的报道如下:“中法水务在苏州赢取污泥干化处理合同。
2009年2月11日,中法水务与中新苏州工业园区市政公用发展集团有限公司分别出资49%和51%,共同组建苏州工业园区中法环境技术有限公司,在今后的30年内,将负责设计、建造、运营及管理苏州市首家污泥干化厂,独家为中新苏州工业园区提供污泥干化处理服务。首期工程投资1.8亿元人民币,采用得利满先进的专利技术“Innodry®2E”─ 两级干化处理,建造日处理能力达300吨的污泥处理厂。该厂将对园区内所有市政和工业污泥实施干化、稳定化和减量化处理,使污泥的含水率由80%降至10%,处理后的干污泥还可被园区电厂燃烧再利用。一期程将于2010年底投入运营,其后计划于五年内将污泥处理厂的处理能力再翻倍”。
中国水网2009年9月22日在报道上海污泥研讨会时,披露了更详细的一些内容:“苏伊士环境赢取江苏省首个污泥干化处理项目合同。苏伊士环境赢获江苏省首个污泥干化处理项目合同,将设计、建造和运营中新苏州工业园区污泥干化处理工厂。苏伊士环境下属子公司得利满,将负责该项目的建造部分,预计收入约达1100 万欧元。而30年的运营部分将由苏州工业园区中法环境技术有限公司负责,预计收入达2.8 亿欧元。该公司由中法水务和中新市政公用发展集团有限公司分别出资49%和51%建立,苏伊士环境拥有该合资企业24.5%股权”。
2009年2月刚完成了合资公司的注册,4月下旬就开始了招标,5月就开标定标了,这个过程可谓神速。
中国水网2010-10-15报道:中法水务污泥项目荣获“江苏城建示范工程
“2009 年2 月,中法水务与与中新苏州工业园区市政公用发展集团有限公司共同组建苏州中法环境,独家为苏州工业园提供污泥干化处理服务,致力配合园区的环保和生态优化行动计划。根据30 年的合作协议,苏州中法环境将设计、建造、运营并管理该污泥干化处理厂。项目首期工程投资达2.16 亿元,日处理能力达300 吨,主要采用得利满先进的专利技术“Innodry??2E” ─ 两段式组合型污泥干燥工艺。项目自2009 年初,历经合资合同签署、环评会议、可研评审会、项目奠基、主体设备签约后于2010 年2 月份正式进入土建施工阶段,于2010 年8 月开始进行设备安装,预计到2010 年底完工并带料试运行”。
十分有趣的是,水网的这篇报道把4月、5月的招投标都省略了,直接就奔开工去了,撰稿人内心里想来也根本没把招投标当做过一回事。
有关投资,存在三个版本。
其一是根据苏州工业园区环境保护局官方网站的消息,2009年5月20日“园区两大环保项目启动:第二污水处理厂一期工程试运行污泥干化处置一期工程奠基。一期工程项目设计规模为日处理300吨湿污泥,总投资1.8亿元。据项目负责人介绍,污泥干化处置工程项目引进国际上先进的污泥干化技术装备,利用园区东吴热电厂生产的蒸汽将园区污水处理厂生产过程中产生的含水率70%~80%的湿污泥干化至含水率10%的干污泥,再与煤掺和后送入热电厂锅炉内焚烧”。
其二是2010-10-15中国水网的版本。
第三个版本是中新公用的网站,在“苏州工业园区污泥干化处置一期工程项目”介绍中写道,“苏州工业园区中法环境技术有限公司负责投资和运营的园区污泥干化处置工程项目位于苏州东吴热电有限公司厂区内,紧邻苏州工业园区第二污水厂。项目设计总规模为每日处理园区污水处理过程产生的湿污泥900吨。其中,一期工程设计规模为日处理300吨湿污泥,2009年11月土建工程开工,计划于2010年底工程竣工投产,项目总投资估算2.29亿元。该项目由苏州工业园区中法环境技术有限公司负责投资、运营”。
从1.8亿、2.16亿、2.29亿这3个数字的发布时间看是越来越高,估计业主兼投资方的官方网站应该最靠谱吧。
这个项目日处理300吨污泥,含固率从20%到90%,则蒸发量233吨/日。
选择两个投资,一个21600万元,一个22900万元。以湿泥计的单位投资为72~76万元/日吨,以蒸发量计的单位投资为93~98万元/日蒸吨。
与得利满自己在北京清河项目的投标价格比,单位投资是后者的2.8~3.0倍。这个价格比重庆唐家沱略低了一些,但仍然还是天价。
瞒天过海,“假投资”真卖设备?
从前面引述的报道看,苏伊士似乎只占重庆水务的15%,但在唐家沱项目中法水务可能占到49%。也有内部消息称,实际是中法水务占大头,否则得利满怎能在那里是如此强势?是否存在阴阳合同,只有天晓得了。
苏州园区的情况类似,中法水务只占49%,但同样在设备采购问题上能够呼风唤雨。
我不想以民族主义色彩的眼光去看这件事,仅从企业投资角度,我实在看不懂今天这种以数倍于市场价的方式高价买入合资方设备的做法,对企业的发展有何好处。这种做法在上世纪八、九十年代十分流行,当时外资、合资享有巨大税收优势,于是各种形式的假合资应运而生。今天,这些企业都已是国有上市公司,内外资企业的税负已基本拉平,搞一份阴阳合同、假合资转移国有资产,对这样的大型企业有必要吗?
看不懂,就不看了吧。谁知,跃然映入眼帘的还有这样一则消息。苏州工业园区网2010年11月4日报道,“11月1日下午,重庆水务集团一行参观园区污泥干化处置项目,重庆水务集团股份有限公司董事长武秀峰、总裁刘孟兰等在中法水务投资有限公司执行副总裁孙明华的陪同下,参观了正在建设的苏州工业园区污泥干化处置项目一期工程”。
两个都是国有大企业,都选择了苏伊士水务作为股东,都在中法水务这个小股东的安排下,花天价买下了小股东的设备,现在又在最大的赢家小股东的陪同下坐在了一起,相互切磋,交流经验……
我晕了!
我想不但我不知该作何感想,读此文章的读者也不会释然吧!
总之,站在得利满干化设备的销售角度,两个项目的成功操作,已使他们在华站稳了脚跟。据悉,天津开发区的操作也属于同一模式。那么它已成为污泥处理处置进口技术中最成功的一个了。这种模式的秘诀就是,以投资为诱饵,拉住客户。羊毛最终当然还是要出在羊身上,以数倍的高价将设备卖给合资公司,可以保证投资一定是有回报的,而且是即期回报。这样,如果没有所谓的阴阳合同,需最终把产权交给中方,那么苏伊士集团就在这样的项目上不但迅速拿回了投资(等于根本没投),还落下了大笔资产。这等好事恐怕只有中国才有吧?
能够得心应手地运作类似项目,怎能说它不就是得利满在干化领域的核心竞争力?
第二部分 得利满的工艺、设备和技术
我根据一个1700公斤蒸发量的污泥干化工程实例,建立了两段式工艺的热平衡模型。试算结果,这个模型与得利满数据完全吻合。
该系统事实上是由两套各自独立的干化机组成,之间多了一套交汇的换热装置,因此分析起来比较复杂。我在这里解释一下我的思路,大家就知道这道题其实不难解,只不过繁琐些而已。
首先将第一级干燥器出口的含固率作为一个变量确定下来,这是解题的钥匙,因为第一级和第二级蒸发量的分配由此参数决定。
第二步,将第一级干燥器所引入的干空气量作为第二个变量,将两级冷凝器看成一个封闭系,建立其放热端的热平衡和湿平衡。建立此二平衡的关键参数是已知的,即:来自第一级干燥器的废蒸汽在冷凝器和后冷凝器的入口温度,分别是98、94和80度;其冷端带式机气体则为64和88度;来自带式机的气体量50000立方米/小时,则通过两个冷凝器的放热端的热平衡,可以得到一个大致的第一个干燥器的干空气量。这个干空气量决定了废蒸汽的性质。
第三步是计算离开带式机废气的实际冷凝温度,这其实是对吸热端进行分析。同理,需建立两个冷凝器吸热端的湿平衡和热平衡。由于放热端的试算直接影响吸热端的数据,因此这一步的求取其实是和第二步交叉进行的,两者的取值会随着反复试算过程而逐渐趋近。
两步计算都要用到迭代法,意味着这套系统至少两个变量,而工业上两个变量互相影响的工艺,运行起来一定不会很容易。我想这其实也是为什么这套工艺无论国外国内都反映运行不良的根本原因。
我的解题思路是围绕该系统最核心的换热部分进行的。得利满这个工艺之所以节能,就在于它将第一级干燥器的废热用于第二级干燥器循环气体的预热,从而减少了新鲜能源的使用。掌握了交汇处的核心环节,两个干燥系统的情况就迎刃而解了。
通过大量试算,我有了不少收获:
1、 得利满这套系统的首要核心值是第一级干燥器的出口含固率,这个值直接决定了该系统到底节能与否。得利满宣传其吨水蒸发量的净热耗在650~750 kW之间,但我发现,此值的变化对整个系统的净热耗影响很大。节能的核心在尽可能多地使第二级循环气体的预热用掉第一级的废热,两者如不匹配,一多一少,节能效果就不会好。
含固率 系统净热耗 带机出口温度 带机出口湿度 干空气耗量 吨水热耗
35% 570.2 74.6 35.3% 59.8 663.0
36% 582.8 75.6 31.8% 63.1 677.7
37% 594.7 76.5 28.9% 66.4 691.5
38% 606.0 77.6 26.2% 69.9 704.7
39% 616.7 78.6 23.8% 73.4 717.1
40% 626.9 79.4 21.9% 77.1 729.0
41% 636.6 80.1 20.2% 81.0 740.3
42% 645.9 81.2 18.5% 84.9 751.0
43% 654.7 81.8 17.3% 89.1 761.3
44% 663.2 82.7 15.9% 93.4 771.1
45% 671.3 83.5 14.8% 97.8 780.5
46% 679.0 84.2 13.8% 102.5 789.5
上表是含固率20%干化到90%的标准工况下,当第一级干燥器出口含固率在35~46%之间时,各对应含固率下的热能能耗。显然,第一级出口的含固率越低,吨水热耗越少。因为所产生的废热被利用率越高。但值得注意的是,低到何种程度,不是无止境的,它要受到带式机出口温度的限制。当此温度过低时,带式干燥机内就丧失了干燥推动力,后段干燥无法完成。根据我的资料,世界上所有中温带式机的出口温度都不会低于79~80度,因此可以判断比较可行的含固率应该在40~43%之间。即吨水蒸发热耗在730~760 kW之间,折合升水蒸发量627~655 kcal。此值较市场上先进的热能指标650 ~660 kcal已相差无几。
此外不能忽视的是,无论带式机内的循环本身,还是回收废热,需要在众多换热器之间来回搬运大量气体。搬运气体需要电能,而电能较热能要昂贵得多。
从表中可以看出,带式机部分的升水蒸发量需要搬运77~89 kg干空气。在标准工况下,带式机蒸发量为694 kg/h,这样仅带式机循环气体的搬运量就近40000立方米/小时,考虑多个换热器的风压损失,以每千立方米实际耗电1.2 kW计算,所耗费的电能为48 kW,按照我国火电热效率25%考虑,实际以电能形式多耗热能165 kcal/kg,此值如果加在627~655上,得利满的真实热耗会比很多工艺要高得多!
事实上,唐家沱项目目前已遇到了这一困境。据一位不愿意透露姓名的内部人士讲,该项目在热耗方面确实显示出节能倾向,与所声称的差不多,但电耗远远超过了合同设计值,高电费已给运行成本造成重大压力。
从这个角度看,得利满两段式干化工艺的整体节能努力正收到完全相反的效果。这恐怕是得利满无论如何所不愿承认的吧。
2、 两段式工艺对含固率的波动很难适应
我将入口湿泥含固率改为了25%,试算得到下表:
含固率 系统净热耗 带机出口温度 带机出口湿度 干空气耗量 吨水热耗
40% 568.4 75.5 40.7% 58.7 661.0
42% 593.8 77.2 34.0% 65.2 690.5
44% 616.9 79.2 28.2% 72.1 717.3
45% 627.7 79.8 26.2% 75.7 729.9
46% 638.0 80.7 24.1% 79.5 741.8
与前表对比会发现,带机出口气体的温度已普遍降低。维持带机出口温度在80度左右的一级干燥机出口的含固率值已经从41%上升到了46%。这就是说,第一级干燥器需要将物料干燥到更高的含固率水平,从而为下一阶段提供足够的废蒸汽。问题在于,这样做也是有限制的。由于后面半干化污泥需要采用面条机挤压成型,过高的含固率将给面条机运行造成困难(堵塞或磨损)。而薄层干燥机出口产品的干度是无法在线监测或及时调整、控制的。这种互相掣肘、难以协调的问题也已在唐家沱项目上出现。据称,由于项目设计进泥含固率是20%,而实际是25%,造成项目始终无法达产,验收不能进行。
从这一角度分析,可以看到两段式工艺的一个小小优点,它对含固率很低的湿泥(含固率负偏离)可能更合适,因为这样第一级干化的工作区间以及与第二级的衔接较佳。但从能量角度看,为适应这种特点,让脱水污泥把水分再升上去,好让干化好运行,也似乎有违节能的本意。
3、 蒸发量下降问题
不能适应湿泥含固率波动导致的结果之一就是蒸发量不足。
中南院杜佳靖等2010年5月在秦皇岛中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会上发表的一篇文章《重庆市唐家沱污泥干化工程设计简介》为我提供了解读的钥匙。
在这篇文章里,作为项目的设计师,除了继续推销得利满“比其它工艺系统节省能耗15%左右”的神话外,还为得利满设备在该项目的蒸发能力严重不足提供了解释依据。
项目核心数据进行了重大修改,含固率20%改为25%,湿泥量则从240改为192吨,总干固体量仍维持不变,为48干吨/日。这一修改表面看是脱水的实际情况造成的,无可挑剔。但实际上,真正的修改在蒸发量,它从原设计的7778 kg/h降到了“最大蒸发量”5920 kg/h,降幅达24%!
5920kg/h的蒸发量是怎么来的本身就是个谜,因为如果按照192吨、含固率25%到90%,理论计算会得到5778的蒸发量而不是5920。
文章说,自2009年11月投产以来,平均处理量在110~120吨/日,一般只需运行两条线。从蒸发量看,运行两条线,处理110~120吨,从25%含固率到90%,单线蒸发量在1655~1806 kg/h之间。实际数据如果如此,意味着单线蒸发量只是原设备设计能力的64~70%,是调整后蒸发能力的84~92%。
这个数据与2010年10月那则“重庆日处理污泥明年超320吨”的广告合起来看,就有些意思了。一二期合计48干吨的污泥量相信是准确的,三期增加1/3应该就是64干吨。如果仍为湿泥含固率25%,则一二三期的总蒸发量也不过是7702公斤/小时,还略低于原240吨20%湿泥的7778公斤/小时。换句话说,如果得利满设备原来的设计和保证是真的的话,那么根本不需要上第4条线,就可以完成全部三期64干吨、含固率25%的256湿吨的干化处理。
因此我的解读是,得利满的干化蒸发量有着严重不足,差的还不是一星半点儿,而是四分之一!否则很难理解中南院的文章中为什么会突然冒出一个此地无银三百两的新蒸发量来。
4、 其它技术瓶颈
从国外人士了解到,得利满两段式工艺的主要问题在于抗波动连续性差,瓶颈多。如众多的换热器,非常容易被油脂和粉尘堵塞,需要大量维护。面条机非常怕纤维和毛发等缠绕物(据称唐家沱为此在浓缩脱水前进行了改造,增加了过滤拦截装置,不知这一改造是否会被记到干化投资账上),也怕含沙量。设备台数多,控制点多不胜数,牵一发动全身,任一小小的故障就会造成整线停机,调试过程极为漫长、复杂。据称,唐家沱项目调试时不得不屏蔽很多连锁和报警,否则调试难以进行。
总结来看,我以为这套工艺最大的问题还是稳定性、热能节能尺度和电能能耗。
先说稳定性问题。设备瓶颈就不再重复了,就工艺本身而言,我觉得它的稳定性存在疑问。
尽管得利满这套专利工艺在热能上显得很有可炒作的“题材”,但是过于“敏感”的运行管理,可能不太适合国情。系统有不止一个变量,需要连续调节,可调节的对象肯定不会是温度,而应该是流体,即风量或水量。调节这两者都要采用变频电机或电气阀门,而且由于这些参数是互相影响的,调节起来就象猫咬自己的尾巴,没完没了。如果我采用牛顿迭代法对两个变量要算1分钟的话(温度和其它参数均为静态不变),实际工控机上要根据温度值变化来调,岂不是要消耗更多的时间?就算只需要几秒,但几秒后温度变化了岂不还要重算?
我觉得这种多变量的实时最佳化调节很可能是不可为的。换句话说,得利满的工艺一定不能做到连续最佳化运行。它的实际运行条件很难控制在理想状态。
其次说热能节能的尺度,直白些,到底得利满工艺比其它工艺节约多少热能。
得利满的所有商务样本中一般都给出了650 kW的吨蒸发量热耗,在投标的热平衡表中甚至写明比其它竞争对手至少节能150kW/蒸吨。150kW相当于升水蒸发量129 kcal/kg的差距。
但我看到的是,唐家沱项目中南院在2006年4月的初设中写的是740 kW,比650kW高了14%。在秦皇岛则是750~850kW。我拣低的来说,740 kW即升水蒸发量636.4 kcal/kg,这个值比与市场上最先进的保证值660 kcal/kg相比只低4%不到。如果得利满确实有至少150kW优势,则唐家沱项目应该采用456 kW的保证值而不是740kW才对。
但话说回来,得利满在唐家沱项目上的740kW我认为应该是真实、可实现的数字。不妨看一下我的试算表,相当于740kW的第一级干燥器出口含固率,恰好就在41%,而带式机出口的气体温度恰好是80度。
总之,如果只有4%的热耗优势,它与其电耗大幅增加相比,就有点小巫见大巫了。说白了,两段式的所谓“节能”其实就是一块诱人的画饼而已。
第三,说说电耗问题。
得利满两段式工艺的单线构成本身就是两个干燥系统,外加交汇的废热回收,整个体系庞大无比,除了设备驱动的电耗只比别人多不比别人少外,换热风量、水量、油量以至除臭风量的搬运消耗更是多了一大块。中南院设计人员的文献中给出了升水蒸发量0.13~0.15kW的电耗值,而据内部人士透露,实际比该文章写的还高得多。
世界上主流干化工艺(除带式机外)的电耗一般都在0.07~0.09之间,即使按照中南院的数字,得利满也别同业高出了一大截。前面说过,电耗与热耗的价值有4倍的差别,那么综合下来,得利满的热能能耗低的优点已被电耗高全部消耗殆尽,甚至综合能耗更高,如果是这样的话,请问它的先进性在哪里?
结语
通过前面的叙述和分析,读者已经了解了我的结论。
一言以蔽之,得利满的干化工艺并不先进,而它能以高出市场价3倍以上的价格(如果考虑蒸发量下降24%,这个倍率可就更大了)成功地销售出去,说明了苏伊士水务—中法水务—得利满在华的“商业模式”极为成功。这后面如果还有什么别的故事,那就是中纪委的事了,我们小民就不管了,呵呵。
泥客庄主
2010年11月10-11日
3 《上海石洞口污泥干化焚烧项目不为人知的秘密与真相》
上海石洞口项目是国内第一个实施并运行的进口污泥干化+焚烧项目,为业内人所广泛熟知。但是有关这个项目的真实运行成本、运行效果和处理能力,存在不同的说法。有说这个项目成功的,有说是失败的;有说运行成本很低,有说运行成本很高。总之是众说纷纭、莫衷一是。
造成这种情况的,其实是环保界的一个通病:大家都不想承担责任,对外只能拣好听的说。业主因为花了国家的钱,如果选择的东西不行,或实际效果不佳,属于严重失职,因此不能承认选型错误;设计方因为在这个项目上也是“股东”,所以说话非常谨慎,决不承认设计与实际情况有严重偏离,结果造成了一大堆问题;总包商因为还要卖设备,不能承认其设备有严重质量缺陷,以及任何在工艺组合方面存在的缺点等。
本人长期关注这个项目,因此积累了很多资料。现在把这些资料串起来总结一下,或能给业内人一个闲聊的谈资。
一、各种版本的投资、运行数据
对此项目第一次做出完整介绍的是刊载在《给水排水》杂志2003年第9期上杨新海、张辰的文章“上海市石洞口城市污水处理厂污泥干化焚烧工程”。文章给出的两个实现污泥热能供给自平衡的条件是:1)脱水污泥含固率25%干基热值大于3000 kcal/kg;2)脱水污泥含固率30%干基热值大于2450 kcal/kg。关于投资和运行费的提法是:预计投资8000万元(含干化和焚烧设备、土建、自控及辅助设施),运行费用160元/吨湿污泥(含水率70%)。
【点评】作者特意采用了“预计投资”的说法,以示对最终投资不做限定;对热能自平衡的说法,也给出的是两组理论值,对最终湿泥是什么性质不承担任何责任,但美好的前景——“热量自平衡”还是给勾画出来了;对运行费用的勾勒也很“艺术”,特别标注是在含水率70%的条件下,如果达不到这个含固率和热值,运行费用当然无法保证。
根据中国水网2005年9月14日转述的报道(这标志着该项目终于开始运行,承包商开始做广告了),“以北京金州工程有限公司为牵头人的联合总承包方中标,并于2003年3月25日签约。项目于2003年7月4日开工,2004年9月27日点火成功,12月4日通过96小时试运行,12月22日通过上海市环保局测试,进入生产阶段。项目引进了国外流化床污泥干化技术,而且结合项目的实际情况,采用了北京金州工程有限公司的子公司--上海金州环境工程技术有限公司开发的污泥干化焚烧处理工艺,日处理脱水污泥(含水率约75%)213吨/日。
污泥干化所需热量由干化后的污泥焚烧余热提供,不用辅助燃料,系统可实现热量自平衡。北京金州工程有限公司及其子公司拥有上述系统污泥干化焚烧系统的全部专有技术,并具有丰富的实施经验”。
【点评】项目从签约到完成调试,用于21个月的时间。但从金州和瓦巴格(现为安德里茨)做市场宣传的时间看,此后又经过了8~9个月的改造。实际运行大概可以从2005年9月算起。
金州版本的宣传已将含水率简化为75%,且不加限定地宣称“不用辅助燃料,系统可实现热量自平衡”。这是“干化+焚烧”设备供应商们开始忽悠整个业界的开始。
发表在2005年第12期《中国给水排水》杂志上的许洲的文章“上海石洞口污水厂污泥处置系统的调试”第一次以业主身份,给出了“目前处理系统运行正常,运行费用低于设计值”的评价。这篇文章很难说是一篇科技文献,倒像是小学生考试交卷,纯粹是为了给个说法。至于这个“设计值”是哪个,完全没有提,读者自然会联想一定是上海院那篇文章给出的160元/吨,因为市场上也没有其它版本的说法。
韩晓强和陈晓平在《锅炉技术》2006年第1期上的文章“上海石洞口干化污泥焚烧炉的调试”则提出了一个颇为值得玩味的问题:“焚烧炉的一个特点就是增加了喷水枪,100 %MCR 下,用水量为400 kg/ h。燃料中适量掺水可以促进燃烧,它们的高效、低污染燃烧机理已得到理论和实践证明”。
【点评】在锅炉最大连续蒸发量(MCR)下,每小时需要向炉内(单炉)喷入400公斤水。我们知道,污泥先干化后焚烧,为的就是降低入炉燃料的水分,达到必要的炉温。支付了大量热能和电能、好不容易获得的干化污泥,怎么进入焚烧炉还要额外加水?
2005年8月金州对该项目的公开介绍材料中提到,“本污泥干化系统的最大蒸发量是5980kg/h(125%负荷、输出功率4980KW),在满负荷下蒸发量是4775 kg/h(100%负荷、输出功率4045KW)”。
我们由此可推算出,干燥机的升水蒸发量净热耗实际大约在728.5 kcal左右,按照干化设计值入口含固率30%、出口92%,则满负荷时的污泥干基量为2129公斤,焚烧炉喷雾水加400公斤,实际入炉含固率从92%降到了78.2%。
在2010年9月10日上海中国水网主办的水业热点会议上,上海城投污水处理有限公司周丕仁高级工程师发言,对全干化和半干化焚烧做了特别对比说明,力挺全干化焚烧。不知道周先生如果看了他的焚烧炉设计师们的这篇文章会作何感想。
2006年12月26日上海石洞口33605吨污泥非法倾倒河塘案发生,该案案情在2007年8月才见诸网络媒体。石洞口干化焚烧项目既然已经投产,为什么还要向河塘倾倒污泥?对石洞口运行情况的种种猜疑看来并非空穴来风。
根据内部消息,我们知道这是因为石洞口项目的干化机内置换热器出现了严重磨蚀。这一问题在公开场合被谈起已经是2009年9月的事情了,早在2008年年初该换热器就已经被换掉。从运行的有效时间上看,该换热器的实际运行寿命仅为1年半左右,远低于合同保证值的8年。
2009年9月17日中国水网对上海污泥论坛进行了报道:
“在前段时间的某国际污泥会议上,来自上海城环水务运营有限公司的许洲常务副总经理介绍了上海石洞口污水处理厂污泥处置系统的运行成本以及运行以来遇到的磨损问题。
脱水污泥在干化系统中被干化的过程就是水分逐渐蒸发的过程。由于脱水污泥始终在流化状态下进行热交换和分离收集,所以设备的磨损问题就凸现出来了,石洞口污泥经测定,其干基的含砂率达到了22.4%,而在欧洲这个数值仅为6~8%左右。高含砂量的污泥在高速流化状态下使设备受到很大程度上的磨损。在现场具体反映在对于干化器中管式流化床热交换器的管壁产生的磨损、螺旋分离器的内壁及高速旋转的给料分配器的上部内壁磨损的影响最大。07年8月开始由于磨损加剧,多次发生导热油泄漏事故,干化系统多次被迫停运,08年2月更换了新热交换器(新热交换器优化了排列结构,并采用了耐磨性能更强的材料),对干化系统运行参数进行了调整优化,同时也正在着手提高脱水污泥前道工序沉砂池的效率,在源头减少污泥的含砂量。
据悉目前上海石洞口污水处理厂污泥干化焚烧工艺中,吨泥处置成本238.8元/吨,其中人工成本为57.9元/吨、原料成本为52.45元/吨、动力成本为70元/吨、修理成本为25.64元/吨、大修成本为32.8元/吨”。
【点评】这是业主方首次在公开场合确认流传多年的干燥器磨蚀的传闻。将全部责任推给污泥,决策者和承包商无任何责任的逻辑早就在公众的意料之中,自不必评说。
关于建设投资,业主仍沿用8000万元投资、处理能力213吨/天(设计值为含水率70%)的官方说法。并坚称“该项目 2004年10月开始进入调试试运行,2004年12月份通过环保验收,目前由上海城环水务运营有限公司负责运营管理,系统运行情况良好”。这也是首次公开发布该项目的新版运行成本数据。
其实,早此一年有余的时间,2008年7月21日在国家环保局标准司委托中国水网在北京召开标准的评审会上,上海市政工程设计研究总院研发中心副主任王国华的发言中,就已经对有关石洞口运行成本的传闻进行了澄清,披露运行成本为280元,构成如下(原数据仅给出了比例):
项目 比例 元/吨
人工 30% 84.0
水电 35% 98.0
材料 20% 56.0
维护 15% 42.0
总运行成本 280.0
其中,材料项下,标注每吨湿泥的含固率为18%,需要补充大约15~30公斤燃煤。
拿2009年上海污泥会议的公开数据对照,发现除了增加一项大修成本外,其它各项均明显减少。
项目 元/吨 百分比
人工 57.9 24%
原材料 52.45 22%
动力 70 29%
大修 32.8 14%
修理 25.64 11%
总运行成本238.8
我们得到了一份该项目2003年9月的《施工图设计说明》,发现了一个很关键的信息:“污泥干基低位发热量由招标书的14880 kJ/kg 调整为11600kJ/kg(2770kcal/kg),本次设计焚烧炉及系统据此进行核算”。
这就是说,项目投标时采用的3554 kcal的污泥干基热值,实际执行则改为2770 kcal,下降了22%。这一变更很有意思。如果说招标阶段设计院是随便写了一个数,大家按照这个数投标,中标后中标方自行检测污泥数据,然后调整设计,这听起来似乎没什么不妥。但奇怪的是,出问题最大的不是假想的热值负偏离,而是污泥含固率负偏离。以实际湿泥含固率20%与设计值30%对比,同样的干泥量将导致湿泥量增加50%!如果有污泥可检验,为什么不也检验一下含固率?脱水污泥的含固率检测不比热值检测容易的多?何况任何热值检测的同时都必检含固率这一项!
唯一的解释是,金州公司可能是低价中标,在实施的过程中发现,焚烧炉的采购成本太高。要降低成本,可以通过降低热值的办法把焚烧炉处理能力降下来。但如果同时也降低含固率将会加大干燥器的成本,因此对含固率负偏离可能引发的后果采取了匿而不报的政策。
这应该就是为什么这个项目的一切都是按照下限设计的原因。其干燥单元的额定蒸发量其实是4775公斤而非5980公斤,降幅20%,焚烧炉给热的额定负荷(100%)2200 kW,仅够满足额定条件的干燥需要。这就难怪在韩晓强和陈晓平的文章中为什么有一句“产生的污泥量为64 t/ d 干泥,经脱水后含水率为70 %左右。但由于干化焚烧炉容量的限制,只有27. 9 t/ d 焚烧”这样莫名其妙的解释了。
这句话的真实含义应该是:由于湿泥含固率降低,干化焚烧能力有限,实际只能完成相当于27.9t/d干基污泥的处置,即折合含固率20%的脱水污泥139.5吨/日。以设计最大值64干吨/日考虑的湿泥可能达每天320吨,则其中的180吨需要外运填埋。
从河塘倾倒案的发生来看,可以进一步印证,由于处理能力不足(不包括不正常运行造成的实际能力降低),导致了石洞口污泥必须大量外运。查实的33605吨可能大部分是未干化污泥,如果按照每天320吨的最高产生量来算,湿泥至少要倾倒100天,干泥则会在1年半以上。而实际非法弃置发生在2006年6~12月之间,恰好是半年时间。
关于投资的第二个版本终于在7年之后浮出水面。2010年4月《中国给水排水》杂志刊登了石洞口污水处理厂陈忠秋的一篇文章,“石洞口干化焚烧系统中脱水计量装置的改进”,首次披露该项目的投资其实是1.3亿。
奇妙的是,2010年9月10日在上海召开的污泥热点论坛上,上海城投污水处理有限公司的周丕仁高级工程师又抛出了投资的第三个版本,“投资7500万元,湿泥含固率80%,实际处理量180吨/日,干化热耗700 kcal/kg,干燥器蒸发量5.9吨,污泥热值2700 kcal/kg。焚烧炉输出热量4400kW,热效率69%,每日补充燃煤8吨”。他所公布的运行成本细目与2009年上海污泥会议上的完全相同。
将所有数据汇集在一起比较,读者一定是越来越糊涂了,如果不对该项目进行逆向工程,无法知道哪个更接近事实些。不能不说,石洞口项目多年来的对外保密工作还是做的非常好的,公众要想从有关单位那里了解项目的真实数据、真实运行状况的真相,看来是遥遥无期的。
二、干化工艺参数的解析
基于我对安德里茨流化床干化系统的了解,对上海石洞口项目做一个所谓“逆向工程”并非难事。还在没有更换换热器的时候我就去考察过,抄下了几个必要的运行值,现在可以凭借这些值恢复它的全貌了。这些关键工艺值如下:
干燥器前导热油温度 183°C
干燥器后导热油温度 169.3°C
导热油流量 238 m3/h
干燥器出口湿气体流量 28462 m3/h
冷凝后其它温度 47 °C
干燥器出口温度 86.1°C
干泥出口温度 88°C
回料入口温度 59°C
简单解释一下我的计算过程:
选择一种参考油品,可根据导热油的参数计算得到导热油的质量流量,最终得到导热油给热量;
已知给热量的情况下,可以将干燥器视为一个封闭系来考虑,对干燥器的入口和出口分别做热平衡和湿平衡。由于干燥过程是热平衡和湿平衡同时存在,这样建立一个二元一次方程组,求出两个关键的未知参量:干空气量和出口含湿量。
其它取值:湿泥含固率20%,干泥含固率94%,系统散热2%,湿泥和环境温度15度。
计算结果如下:
导热油给热量 1828298 kcal/h
升水蒸发量的净热耗 724.3 kcal/kg
实际蒸发量 2524 kg/h
折合湿泥处理量 77吨/日
干燥器出口的气体相对湿度 54.4%
我对这一结果并不感到诧异,因为看到导热油温度仅为180度,就可猜到其产能会大幅度降低,尽管运行方极力想掩饰这一点。原设计是250度,由于不断磨蚀导致漏油事故频仍的缘故,为安全起见,不得不以牺牲产量为代价,大幅度降低运行温度。这种带病运行工况下以蒸发量计的产能仅相当于设计值的42%!
该项目显示器上的干燥器气体量量程最高为40000 Bm3/h,如果全负荷运行,情况会大不同。采用以下数值重新计算:
干燥器前导热油温度 250°C
干燥器后导热油温度 221.25°C
导热油流量 238 m3/h
干燥器出口湿气体流量 39000 m3/h
冷凝后其它温度 47 °C
干燥器出口温度 86.1°C
干泥出口温度 88°C
回料入口温度 59°C
结果如下:
导热油给热量 4064750 kcal/h
升水蒸发量的净热耗 679.6 kcal/kg
实际蒸发量 5981 kg/h
折合湿泥处理量 182.3吨/日
干燥器出口的气体相对湿度 55.5%
我相信,这些数据应该是该工艺的理想值了。干燥器出口气体的相对湿度比实际值高了1个百分点(对干燥而言是很大的差别),实际上两者应该一样。
根据上述计算,我相信修复后的干燥器如果采用额定设计条件,理论上具有最高处理湿泥180吨/日的能力(含固率20%)。
按照182.3吨湿泥处理量考虑,焚烧炉的供热量应为4725 kW,相当于额定输出负荷的107.5%。由于没有石洞口焚烧炉的运行数据,我无法推测该焚烧炉是否真的能够按照125%的焚烧炉设计值或107.5%干燥设计值长期超负荷运行。
三、焚烧炉的“秘密”
讨论到此,我觉得一个比较有意义的话题是,到底石洞口项目焚烧炉的设计值变更带来了什么结果。
在《施工图设计说明书》中,焚烧炉的设计规格如下:
污泥额定处理量: 28.4t/d
波动范围(额定负荷65%~125%): 18.64~35.5t/d
干基低位发热量 2770 kcal/kg
一二次风温度: 140℃
排烟温度: 206℃
焚烧炉输出热量(额定负荷 100%): 2200 kw
数量: 3 台(2 用1 备)
原本招标要求、投标响应为64干吨的焚烧项目,在施工图阶段焚烧炉的处理能力就一下子变成了35.5吨(2台,相当于最大32干吨),正好少了一半。这话从何说起?!业主和设计院居然都欣然同意,并为之隐瞒多年?
我想这其实就是石洞口项目的真正秘密吧。
原招标要求可满足每天64干吨污泥的干化焚烧处置,而实际由于脱水含固率严重负偏离(50%),造成今天项目的最大理论值仅为180吨/日,剩余140吨需另行处置。
实际若以焚烧炉给热的额定设计值、包括实际运行值来看(另有焚烧炉设计者的陈述作为佐证),真实的实际处理量恐怕仅为140吨/日,剩余180吨需另行处理。
干化部分理论上维持了原设计5980 kg/h的蒸发能力,实际上焚烧炉的配套给热额定值仅能满足蒸发量4775 kg/h,减少了20%。
焚烧部分如果按照投标方案来考虑,应允许单炉入炉热量
3554 * 2667 /2 = 4738703 kcal/h
而实际执行时因调整污泥热值的结果,承包商只需提供单炉入炉热量
2770 * 2667 /2 = 3694150 kcal/h
的焚烧炉,比投标承诺减少22%。
此后,由于实际含固率仅为20%,如果理论上保持干化蒸发量,那么入炉热量需要
2770 * 1616 /2 = 2238841 kcal/h
现阶段焚烧炉的理论负荷实际比投标承诺减少了52.8%;
而按照焚烧炉的额定设计给热量或实际情况,实际入炉热值仅为
2770 * 1163 /2 = 1610418 kcal/h
实际运行情况下,焚烧炉的实际负荷比投标承诺减少66.0%!
无论从哪个角度来分析,一个项目的焚烧能力变成原项目立项、招标、投标标的的一半或三分之一,也未免太离谱了一点吧?
事实上,如果不是在一开始设计阶段将焚烧炉规模大幅缩减,按照今日市场对干化焚烧的认识(如深圳项目),该项目是可以采用半干化焚烧的形式丝毫不打折扣地完成64干吨污泥处置任务的。这一点仅需如下证明:
干基热值2770 kcal的污泥其实只需干化到平均含固率34.2%,即可实现自持燃烧。而将64干吨20%的污泥干化到34.2%,只需实现蒸发量5533kg/h,石洞口项目5980公斤的干化蒸发能力完全够用。
四、结语
分析到此,石洞口的真相已不言自明。
变更设计的唯一受益方应该就是金州工程和瓦巴格(安德里茨)公司,他们使出一个小小的手腕,就使一个原本应该处理处置64干吨污泥的项目变成了实际处理处置一半或三分之一,从而可以轻而易举的低价中标获得了中国第一个标志性的污泥处理处置工程。其它未能中标的厂商恐怕连做梦也想不到真正的猫腻是在这里吧?
就投资而言,无论是7500万、8000万还是1亿3000万,如果这个项目实际只能处理180吨甚至140吨湿泥,日吨单位投资都会远远超过同类,难道这就是堂堂上海市公共工程公正招标的结果?难道这就是上海市政院这种国内一流设计单位的把关水平?
无独有偶,这样一个项目,还被中国水网聘请的国内顶级专家们评选为2010年国内十大推荐污泥处理处置的样板工程之一。
其实,石洞口的运行费是多少并不是建设方、设计方、承包方所真正想保守或能保守的秘密,160元也好,238.8元也好,280元甚至更高,只要上海市政府何时愿意,随时可以澄清这些纷争。有关方面刻意回避的,其实是这个项目为什么远远偏离设计指标的事实。
在投标的时候,石洞口项目原本是一个泥足巨人,在施工图设计时,众人砍下了他的一条腿(降低焚烧热值),说是要清理他足上的污泥;等到项目建成,发现这巨人根本无法走路,于是众人砍下了他的另一条腿(降低含固率),于是他变成了一个侏儒。侏儒就侏儒吧,可人们还得象巨人一样伺候他……
泥客庄主
2010年11月8~9日
4 《污泥处置技术的真与假____从一则专业论坛的质疑帖说起……》
在土木在线的污泥处置论坛里,2010年10月有这样一则新闻广告发布帖(
http://bbs.co188.com/content/viewthread.php?tid=2656771&extra==1&ofid=0&page=1):
污泥先干燥后分级焚烧联合处理技术设备通过无锡市科技成果鉴定
由无锡爱姆迪环保科技有限公司与东南大学能源与环境学院联合研制的污泥干燥焚烧技术装置,于2010年10月20日通过有无锡市科技局组织的科研成果鉴定。现有示范工程项目谢村水务有限公司的日处理污泥30吨的污泥干燥焚烧装置已正常运行一年多,该项目总投资360万元,污泥处理成本约150元/吨湿污泥,污泥经发烧后产生的残渣约200kg/d,排放废气经无锡环保监测、南京环保监测,包含二恶英在内的各项指标,均低于国家标准。
本项目最大特点是:
1、污泥先干燥后分级焚烧联合处理技术,当污泥低位发热量大于334kj/kg时,能实现能量自平衡,不需要添加辅助燃料。
2、干燥器、焚烧炉内的热效率对自平衡影响明显。运行时应准确确定二者的热效率,本示范工程干燥机热利用效率约为52%,焚烧炉燃料效率约96%。
3、示范工程投资成本和运行成本大大低于同类产品技术,且尾气排放符合国家标准,具有广阔的应用市场。
欢迎有识智人共同开发市场。如有意向,请联系朱先生(13601769490)。
帖子贴出,即遭到一位叫做tratto_tutto网友的质疑:
对10#楼无锡爱姆迪环保的干化焚烧技术的质疑
10楼是在忽悠哪些“有识智人”呢?怎么你的数字都那么不靠谱?我计算如下,过程也请网友监督。首先,假设吨湿泥含水率75%(印染污泥脱水后含水率也许低些),则折在每小时的物料平衡如下:
水分= 30t/d / 24 h/d * 1000 kg/t * 75% = 937.5 kg/h
干固体= 30t/d / 24 h/d * 1000 kg/t * 25% = 312.5 kg/h
空心桨叶干燥器蒸发每公斤水最少需要680 千卡有效热量(蒸汽,不含损失),靠焚烧去除水分则更高,这里假设平均690千卡,则
需热量=937.5 kg/h * 690kcal/kg = 646,875 kcal/h
污泥提供热量= 312.5 kg/h * 334 kJ/kg / 4.187 kJ/kcal = 24928 kcal/h
实际污泥给热能满足水分蒸发的比例 = 24928 / 646,875 = 3.9%
从能量供给角度看,实在是与你所谓的“能实现能量自平衡,不需要添加辅助燃料”之说相差十万八千里。再看焚烧灰渣的情况:
污泥无机质占干基污泥的比例= 200 kg/d / 24 h/d / 312.5 = 2.67%
谁见过这种有机质占97%的生物污泥?反正我没听说过。
从上述分析不难得到结论,你所说的什么“示范工程投资成本和运行成本大大低于同类产品技术,且尾气排放符合国家标准,具有广阔的应用市场”云云当然也不会靠谱。我原来疑心是你写错了,少了一个零什么的,但现在看你是真敢忽悠啊。如果你是商务人员也就罢了,如果你是技术人员,就很不该哦!要忽悠也别这么忽悠啊。如果“与东南大学能源与环境学院联合研制的污泥干燥焚烧技术装置”是这种水平,我不是东南大学出来的,都替东南大学感到脸红。
对此,贴出原帖的爱慧机械网友反击说:
我看你也是一个生产干燥器的,你除了对你的叶片干燥机知道点,你还懂点啥?污泥干燥/焚烧的能量计算公式就怎么简单吗?
你只要看了示范工程运行的运行,就会明白你是多么的缺少知识。
示范工程已运行一年多,有机会可去看看。
对此反唇相讥,tratto_tutto网友回复说:
国内已经上了的污泥项目基本上都是“保密”的,操作界面不会让你看,数据不会让你抄,照相都不行,去看也不过是走过场,哄骗外行的,参观者如果自己没有两把刷子,也无法判断到底热平衡是怎么回事。如果你是严肃认真的,不妨把你的为了平衡图和热平衡图贴上来,让大家自己去算。
我对你的数据只不过做了一个简化的校核,就发现驴唇不对马嘴,用不着去算焚烧部分的。如果你把热平衡图贴上来,我一定会把你的原始算法解释给大家看。那时候你就知道我不是卖干燥器的了。
爱慧机械于是把所谓的热平衡计算公式贴了上来:
热量平衡计算
(1)带式干燥器内热量平衡关系
Q g,y =Q g,1 +Q g,2 +Q g,3 +Q g,4
式中:Qg,y———燃烧每千克污泥热空气带入干燥器内的热量,kJ/kg;
Qg,1———干燥每千克污泥水分蒸发所需热量,kJ/kg;
Qg,2———干燥每千克污泥空气得热量,kJ/kg;
Qg,3———干燥每千克污泥纯污泥得热量,kJ/kg;
Qg,4———干燥器散热损失,kJ/kg。
热空气进口温度150℃,出口温度80℃;Qg,1 和脱水污泥含水率、干燥后含
水率有关;散热损失按10%计算。
(2)流化床焚烧炉内热量平衡关系
Q f ,w +Q f ,k =Q f ,1 +Q f ,2 +Q f ,3 +Q f ,4
式中:Qf,w———焚烧炉内每千克污泥焚烧放热量,kJ/kg;
Qf,k———焚烧炉内每千克污泥焚烧,预热空气带入热量,kJ/kg;
Qf,1———焚烧炉内每千克污泥焚烧,飞灰带走热量,kJ/kg;
Qf,2———焚烧炉内每千克污泥焚烧,烟气带走热量,kJ/kg;
Qf,3———焚烧炉内每千克污泥焚烧,炉渣带走热量,kJ/kg;
Qf,4———焚烧炉内每千克污泥焚烧,焚烧炉散热损失,kJ/kg。
热损失按20%计算。
经计算当Q<3340 kJ/kg-1 时,可燃烧但需辅助燃料;当Q∈[3340,4180]kJ/kg-1
时,可燃烧,但废热利用价值不大;当Q∈[4180,5000]kJ/kg-1 时,燃烧供热、
发电均可行;当Q≥6000kJ/kg-1 时,可稳定燃烧供热或发电。
对此,tratto-tutto的回复是:
对亮慧机械网友在17楼贴出的热平衡数据的简要分析
这些数据已经彻底变了,跟原帖中(在18楼又重复了同样的错误)334kJ差了十倍,就是本人所说的至少差了一个零,而且还首次承认3340kJ也是需要辅助燃料的!后面说在3340~4180kJ/kg之间“可燃烧,但废热利用价值不大”,以及“Q∈[4180,5000]kJ/kg-1 时,燃烧供热、发电均可行;当Q≥6000kJ/kg-1 时,可稳定燃烧供热或发电”均有概念严重混淆的问题。所给出的所谓的热平衡公式没有什么意义,从什么教科书里都是这一套,不是你的数据或证明。
说他有概念混淆不清的问题,是因为给出的表述非常不“专业”。所谓“可燃烧”,估计就是在炉膛里能起火维持自燃烧,3340kJ=800kcal,如果是干基的话,每公斤湿泥的热值(含水80%)也就160kcal,这是无法着火的。在水中泡朽的木头含水85%以上时就是这种热值。所以我判断亮慧机械网友所说的其实是干基而不是湿基,即入炉的污泥至少是800kcal/kg,污泥干基热值如果是2600kcal的话,污泥中的水分必须在70%以下。
显然,4180kJ=1000kcal应该也是干基而非湿基燃料,那么5000~6000kJ(1200-1400kcal/kg)更是如此。所谓“废热利用价值不大”其实是烟气温度根本上不去,是无法用来给带式机来烘干污泥的。
这里的问题是,污泥要多高的干基热值才能保证两个基本的“干化+焚烧”工艺条件:1)产生足够的烟气、可提供足够的热能用于将污泥从湿基160kcal/kg的热值提升到800~1400以上?2)如何保证焚烧以及干化满足环保要求?即焚烧的温度达到850度且维持2秒以上,干化所使用后的废气经过处理不产生二次污染?
我相信,亮慧机械网友自己可能未必清楚,但东南大学的教授们一定知道,就看他们愿不愿意说真话了。
爱慧机械于是贴出了工艺流程图及详细的技术说明:
如何解决污泥的处理出路,已成为我国城市发展过程中亟待解决的重大环境问题。无锡爱姆迪环保科技有限公司和东南大学自2009年7月开始合作,意在研发出拥有自主知识产权的高效节能的城市污泥焚烧关键技术和装备。首先进行了污泥干燥动力学和燃料特性机理性研究,其次在自制的每小时处理干污泥8kg的流化床焚烧炉上进行了实验室研究,此项研究成果为后续工业化装置放大设计提供了可靠的依据。在大量工艺比较和实验室研究的基础上,提出了污泥双级干燥分级焚烧联合处理技术,并在无锡市惠山区前洲镇谢村水务有限公司内建成了日处理量30t污泥双级干燥分级焚烧联合处理技术的示范工程,研究了关键设备的结构参数和系统操作参数,获得了最佳工艺条件。
本技术系统流程为:机械脱水后的湿污泥经过第一级造粒机后形成条状湿污泥,条状湿污泥在第一级带式干燥机内进行预脱水。预脱水后的污泥经过第二级造粒机后形成颗粒状污泥。颗粒状污泥进入第二级带式干燥机,与热空气多次接触,发生翻动、流化,实现深度脱水,达到污泥烘干的目的。干燥后的污泥通过螺旋加料器加入鼓泡流化床焚烧炉。焚烧炉炉膛下部布置第二级空预器,上部布置水冷壁,炉膛下方布置风室和布风板。炉膛出口烟气依次经过过热器、第一级空预器、旋风除尘器后,分成两路分别送入第一级带式干燥机和第二级带式干燥机。鼓风机出来的空气经过第一级空预器加热后分成二路:一路热空气进入第二级空预器后作为焚烧炉一次风,一次风经过风室和布风板进入焚烧炉;一路热空气作为二次风从焚烧炉中部切向进入焚烧炉。第二级带式干燥机出来的烟气经过旋风除尘器后,与从第一级带式干燥机出来的烟气混合,混合烟气依次经过引风机、第一级喷淋塔、第二级喷淋塔后,由烟囱排空。
本技术达到如下技术性能指标:
(1)当湿污泥低位发热量大于334 kJ/kg时,系统能够实现能量自平衡,不需要添加辅助燃料;
(2)干燥机入口烟气温度165℃左右,出口烟气温度80℃左右,热利用效率大于50%;焚烧炉密相区温度720℃左右,稀相区温度900℃左右,燃烧效率大于95%;
(3)投资成本12万元/吨湿污泥,运行成本150元/吨湿污泥,远低于目前国内外同类产品;
(4)能够长期可靠稳定运行,污泥种类适用性强,能量利用效率高,整个系统酸性气体、重金属、恶臭、二噁英等污染物排放浓度低,满足国家排放标准。
与国内外同类技术相比,本技术具有如下特点:
(1)采用流化床焚烧炉,具有燃烧稳定,炉内温度场均匀、热效率高、传热传质高、无机械传动部件、操作可靠、建造费用低等诸多优点,特别适合粉状类劣质燃料燃烧。以煤为辅助燃料,一方面与燃油相比,降低运行成本;另一方面拓宽系统对湿污泥的适用性。
(2)为了控制焚烧炉密相区温度,防止干污泥在密相区内爆燃,本技术采取了两个措施:①在密相区内布置受热面,利用受热面高传热特性,将干污泥在密相区内焚烧产生的热量快速高效带走;②实行分级供给空气,焚烧炉密相区为还原区,稀相区为氧化区,控制密相区一次风量,减少干污泥在密相区内燃烧份额。同时焚烧炉密相区内拥有大量的惰性床料,加入到焚烧炉的污泥能瞬间分散均匀,不会产生急冷或急热现象。从而即使一次投入较多量的高挥发分污泥时,也不会引起爆炸的危险,焚烧系统安全可靠。
(3)采用低流化风速焚烧炉,炉膛截面流速1.5-3 m/s,在保证必要气体停留时间的条件下,可有效的降低焚烧炉高度,减少设备投资成本。降低截面流速会减轻密相区颗粒对受热面磨损,延长炉膛使用寿命。同时降低截面流速还会减少烟气携带的飞灰量,减轻旋风分离器的工作负荷和尾部磨损,使更多的颗粒处于密相区。
(4)采用带式预干燥+带式流化深度干燥方式,可避免采用湿污泥与干污泥返混工艺,系统可靠度高。采用低温干燥湿污泥方式,干燥过程不易产生臭气和其它不凝结性气体。整个系统无臭气或有毒气体排放。
(5)采用第一级空预器和第二级空预器串联形式,空气预热至650℃左右后送至焚烧炉,极大的提高了焚烧炉运行的稳定性,减少了辅助燃料的使用量。第二级空预器设置在炉膛内,降低了高温对炉膛材质的要求。整个系统对污泥适用性强,安全可靠,能长期稳定运行。
(6)最大限度利用污泥焚烧后产生的热量,实现热量梯级利用,从而达到降低系统能耗、提高热量利用率的目的。
(7)整个系统酸性气体、重金属、恶臭、二噁英等污染物排放浓度低。
不料,tratto_tutto网友对此的评论仍然十分尖锐:
倒置的“干化+焚烧”,继续“环保项目不环保”的怪圈
亮慧机械网友贴上来的不过是个流程图,仍然不是物料平衡图和热平衡图。没有这两个图,无法验证你前面在能耗方面的宣传是否属实。
从流程看,与目前国外所有污泥“干化+焚烧”的布置相反,与浙江环兴在萧山搞的那套“喷雾干燥+转鼓焚烧”或“喷雾干燥+流化床焚烧”类似,属于“焚烧+干化”倒置型。
以焚烧烟气的流向来考虑,国外焚烧的烟气均进行间接换热,将间接换热的热量给干化,而焚烧烟气直接处理后排放。这样做的目的在于要保证焚烧的独立性,烟气处理的完整性,以满足最严格的环保要求。国内的这两家则相反,为了追求便宜(减少设备、降低能耗),将烟气直接用于干化,然后对干化后的烟气进行洗涤、除臭。
后者的做法在环境法规方面是否存在问题尚未查考,但这种做法最直接的问题是焚烧及其烟气处理系统不再是独立的了,牵一发而动全身,焚烧过程受到后端干化的影响,在温度控制、废气达标等方面都增加了难度。本人曾参观过萧山项目,当时烟囱黑烟滚滚,焚烧炉内温度才500多度。
国人的创造性无可厚非,但如果国外无人这么做,并不说明他们就不知道还有这种巧妙的节能、节约投资的方法。我想这其实是一个监管的问题。
这种导致的工艺流程会导致废烟气量大幅度上升。如果说焚烧1公斤干化污泥需要10立方米空气的话,考虑到带式干化所需的空气量,需要进行高规格污染性烟气处理的量恐怕要上升5~10倍。试想,如果我们仍坚持采用同样的环境标准,比如二噁英,稀释5~10倍的结果,就是“现有测试手段测不出来,环境排放总量丝毫没有减少”的结果了。这种情况下侈谈所谓“排放低于国家排放标准”,对周边的老百姓就显得太不厚道了吧?
此后,爱慧机械网友不再回复。
这是多年来我第一次在专业网站上看到比较有理论水平的专业人士对国内的一个所谓运行成本最低、投资最低、最环保的最新研发污泥处理处置技术进行公开质疑。
这个小小质疑事件让我颇有感触。它让我思考的问题有三:
1、 类似各方面特性均极为理想的优秀技术是否是真的?如果是真的,这种在论坛里由什么都说不清的商务人员进行的推广是否值得?如果不是真的,那么这种简单化“造假”的后果岂不是反宣传?为什么环保技术公司的人员会做如此愚蠢的推广?我以为这是环保业界乃至全社会普遍的浮躁心态所决定的。大家都以为自己发现了真理,发现了捷径,而事实上,污泥处理领域国外都已经玩了40年了,怎么会还有如此多的“新大陆”等着你发现?
2、 真正的技术应该经得起推敲,而不应在材料准备上就漏洞百出、不堪一击。无锡爱姆迪环保的材料一贴出来,就显得商业气味十足。先是笔误,把能耗334kJ漏了一个零,后是在概念上玩弄玄虚,拿一些理论值充当实际工程数据。其用意十分明显,就是误导用户,让别人以为它真的能耗特别低。这种缺乏起码诚信的商业模式,难怪引起别人的质疑。
3、 我去过很多本行业的所谓“专业网站”或“专业论坛”,其实都是分享下载现成资料的地方,适合于一些初出茅庐的新手去临时抓取一些资料,回来应付领导交差。高水平的技术人员少之又少,类似本次质疑的有水平的帖子极为罕见,但它也很快就被大量毫无意义的灌水帖子淹没。这恐怕就是“技术论坛缺技术”的主因,论坛这种形式使然。
综上所述,我想tratto_tutto所发现的问题与我一致,那就是本行业内假的东西太多。我不想否认无锡爱姆迪环保确实做了一件实事,但其技术的实质与它所说的很可能有较大的差距。
“打假”能成为一种职业,说明当代社会已经真是病入膏肓了。我不想搞什么“工程打假”,但出于对环境问题的敏感和关注,我觉得有必要严肃认真地探讨这些问题。
5 < 污泥处理处置技术分析博客的开篇词>
很久以来想开辟一个这样的空间,谈一个我理想之外的话题。说它是理想之外的,是因为这是工作而非爱好。
几年来一直在干污泥处理。我性格喜欢刨根问底,要干就要弄明白,于是也就入了行,于是就积累了不少资料,于是也就有了很多心得。现在是拿出来和大家分享的时候了。
进入互联网时代以后,传统媒介似乎已经不再享有唯一的话语权了,但实际上由于网络已经没有“筛选过滤”功能,虚假信息泛滥,这对讲求科学的工程来说就很不妙了。我们一方面是被广告包围了,专业网站都以赚钱为目的,所有发布信息的背后其实都有钱在推动;另一方面,大众因为不信任这些“广告”,于是群起而攻之,即使是有价值的真信息也会被淹没不负责任的唾沫之中,称之为网络暴力一点不为过。
几年看下来,觉得现在的中国工程界真是可怜,至少在这个领域,看不到有几个像样的专家,倒是在网络上随便拍砖的“砖家”很多。业内的一般技术人员乃至客户真如撞大运赌博一样的在选择技术。
唾沫满天飞的论坛不能去,花钱就能做广告的专业网站不能去,专发付费闭门造车混职称论文的专业杂志也没必要去,于是……
借新浪博客的一隅,我想在这样一个相对封闭的空间,整理一下自己的东西。
我的博客的目的只有一个:分析技术。不管是谁的,包括自己在做的,我都想从纯技术角度晒晒它,它的优缺点,问题和优势所在,尤其是技术的真或假。这年头,国人都以挣钱骗钱为唯一目的,鱼龙混杂,而一般人真的没有能力分辨。让这些虚假技术成为祸害,我觉得有违作为技术人员的良知。
“我是谁”这个问题很难回答。但我保证,只要你是技术人员,你如果能看懂我所说的,你最后一定会承认,我不是商务人员。我不是在做广告。
技术必然有优劣之分,我所做的一定是比较优秀的技术之一,这样我才得以更好地了解整个行业的技术,没有比较如何有鉴别?如果你说这是间接做广告,我也没办法。但我不会告诉你我做的是哪种技术。
我对任何技术不准备下结论,我只罗列所搜集的事实,并提出我的分析。
话说到此已经够清楚的了。我希望不被干扰地执行下去这样一项小小的研究。外界的鲜花还是砖头我都不太在乎。