某宣纸集团中水污泥焚烧项目可行性研究报告.docx

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某宣纸集团中水污泥焚烧项目可行性研究报告

XX宣纸集团中水污泥焚烧

项

目

建

议

书

合肥XXXX科技开发有限公司

2011年

1.总论

1.1项目名称及实施单位：

1.2项目业主单位概况

1.3拟建地点

1.4建设内容、规模及投资

1.4.1建设内容

1.5建设进度

1.6投资概算

1.7主要技术经济指标

2.项目建设必要性

3.污泥处理处置概况

3.1污泥的最终处置主要方法

3.2污泥处置的趋势

4.现有的污泥终端无害化处理技术

4.1污泥焚烧处理

4.2污泥热干化处理

4.3其它处理方法

5.现有污泥处理技术中的主要问题

5.1主流技术

5.2现有的热干化技术

5.3现有的直接焚烧技术

5.3.1二噁英问题

5.3.2重金属问题

5.3.3恶臭问题

6.中国宣纸集团公司中水污泥焚烧系统方案设计

6.1基础数据

6.2方案说明

6.2.1项目特征

6.2.2现有的技术路线评价

6.2.2.1直接掺烧

6.2.2.2一体化焚烧系统

6.2.3流程设计说明

6.2.4技术特征

6.2.4.1独特的造粒技术

6.2.4.2高效安全的热干化工艺

6.2.4.3廉价的焚烧工艺

6.2.4.4节省化石能源

6.2.5过程说明

6.2.5.1尾气

6.2.5.2污泥对设备的粘结

6.2.5.3设备安全

6.2.5.4二噁英

6.2.5.5恶臭

7.设备及造价、性能、工作量清单

7.1主要设备清单及造价估算

7.2性能清单

7.3工作量清单

8.投资估算

9.经济效益分析

9.1处理成本计算基础数据

9.2湿污泥40吨干燥的费用

9.4利润

10.结论

1.总论

1.1项目名称及实施单位

1）项目名称：

中水污泥焚烧项目；

2）项目主管单位：

XX县发展改革委员会；

3）项目业主单位：

XX宣纸集团公司

4）项目建设单位：

合肥XXXX科技开发有限公司

（以下简称：

XXXX）

5）技术支持单位：

南京XX学能源与动力工程学院

1.2项目建设单位概况

XXXX是以充分利用可再生能源---生物质为基础，为企业降低能源成本，减少大气及环境污染，实现可循环经济为己任的一家专业公司。

公司位于包拯的故乡-----安徽省会合肥。

这里交通便利，地理位置优越。

公司创始人，荣获国家三项技术专利的陈宝林先生，一直致力于生物质能替代化石能源燃烧及污泥无害化处置与生物质循环再利用方面的开发与研究，三项技术专利号分别是：

ZL200520074650.7（送料鼓风装置）、2006201654282.2（燃烧生物质锅炉送料、送风喷口装置）、200720039539.3（污泥生物质焚烧系统）。

经过多年的工程实践与技术积累，公司形成了鲜明的技术特色，由一系列专有技术和具有自主知识产权的专利技术组成了一个完整的在锅炉上燃烧生物质的技术体系，并与上海交通大学、南京理XX学、浙江大学、等多所国内知名高校建立了横向合作关系。

公司在锅炉燃用生物质能的技术改造工程中，在合肥地区、蚌埠市、全椒、和县、六安市、XX县、桐城，以及江苏、广西、湖北、黑龙江等地改烧了多台4t/h至20t/h的链条炉排锅炉和循环流化床锅炉，以及宁国发电厂35t/h链条炉排电站锅炉。

以上的工程改烧都取得了良好的效果，锅炉出力正常，而且具有一定的超负荷工作能力，在同一时空条件下，链条锅炉中燃烧生物质比燃烧煤炭的出力可提高10%以上；在污泥的无害化处置上，利用“污泥生物质焚烧系统”专利技术，达到了污泥的一次性无害化处置，大大降低了污泥焚烧的运营成本。

1.3拟建地点

本项目厂址选在安徽省宣城市XX县乌溪镇中国宣纸集团公司工艺品厂对面，原中国宣纸集团公司下属原劳服公司，场地约500M2。

1.4建设内容、规模及投资

1.4.1建设内容

新建污泥、生物质混捏、造粒，干化、焚烧系统（污泥的无害化处置）。

1.4.2规模

本项目为污泥（生物质）焚烧处置，其最终建设规模为：

日污泥处置能力40吨。

1.5建设进度

进度表

工作月

项目

1

2

3

4

5

6

7

可行性研究报告

环评报告

环评、可行性审批

初步设计、审批

施工图设计

设备订货

土建施工

设备、工艺安装

试车

正式投产

1.6投资概算

总投资：

550万元（人民币，下同），其中：

设备投资约507万元。

资金来源为：

自筹50%，融资50%。

1.7主要技术经济指标

序号

项目

数量

备注

1

处理污泥规模：

（吨/年）

13200

2

消耗生物质（吨/年）

1650

3

耗电量（105度/年）

3.96

4

服务年限（年）

15

5

占用场地（㎡）

500

6

劳动定员（人）

8

7

总投资（万元）

550

8

其中：

工程投资（万元）

507

主要技术经济指标

2.项目建设必要性

由于污泥中含有大量的污染物质，如重金属、病原菌、寄生虫、有机污染物及臭气等。

如不进行无害化处理，必将对周边环境，及周边人民的生产生活带来巨大灾难，甚至影响到中国宣纸集团公司的整体形象。

随着人民群众环保意识、可持续发展意识的提高，广大人民群众要求治理污泥给周边环境带来的影响的呼声越来越大。

因此，对污泥进行无害化处置十分必要。

本项目投运后即可彻底解决中国宣纸集团公司污水处理站的污泥问题，并真正做到一次性无害化处置。

3.污泥处理处置概况

3.1污泥的最终处置主要方法

主要有：

海洋投弃、土地利用、污泥农用、填埋、焚烧以及综合利用等。

污泥海洋投弃处置已经明确地被禁止；

污泥填埋并不能最终避免环境污染，只是延缓了环境污染产生的时间，填埋行为面临着越来越严格的环境标准，这使得仅仅反映直接建设投资及运行成本的填埋处置方式的投资及运营费用趋于大幅度增加，许多国家已经开始禁止污泥的土地填埋。

3.2污泥处置的趋势

从早期的海洋投弃与填埋，走向土地利用（绿地、林地利用）、农用，发展到污泥的热处理（热干化与焚烧），最终会走向资源回收再利用的方向。

污泥处理处置的走向在很大程度上取决于各国政府有关的法律、法规和污染控制状况；同时也与国家的大小和农业发展情况有关。

随着环境标准的逐次升级，焚烧处理所占的的比例也越来越大。

4.现有的污泥终端无害化处理技术

4.1污泥焚烧处理

以焚烧为核心的污泥处理技术是最彻底的污泥专业化处理方法。

它可以使污泥中有机物全部碳化、烧死病原体，可以对含有重金属或化学污染物的污泥实现完全的惰性化处理，可最大限度减少污染，且焚烧后产生的焚烧灰可以用做改良土壤、制作建材等。

但是,现有的污泥焚烧处理技术的投资和日常的运行费用偏高，且处理系统的工艺技术非常复杂。

4.2污泥热干化处理

是污泥处理技术中一种先进和科学的处理方法。

干化处理能使污泥显著减容。

经过干化处理后的污泥体积可以减为原来的五分之一左右，产品稳定，且无臭味、无病原体生物。

干化处理后的污泥产品用途很多，可以用做肥料、土壤改良剂、替代能源等。

污泥的单独使用热干化工艺来处理有以下优点：

可以减少污泥的体积，从而减少了储存、处置和运输费用；干燥处理后的污泥产品既可以用做肥料和土壤改良剂也可以用做其他工业工艺过程中原料或燃料；干燥后污泥无尘、无味，整个系统运行安全、高效，且与污泥焚烧相比其投资和运行成本较低。

4.3其它处理方法

以下技术由于各种原因并未广泛应用，主要有熔融技术、碱性稳定化技术、低温热解技术、制取饲料技术、包埋技术、制取建材技术等。

5.现有污泥处理技术中的主要问题

5.1主流技术

污泥富含有害污染物，同时也含有一些有益成分，比如它本身含有化学能，干燥的污泥在燃烧时可放出大量的热量；某些污泥富含有价值的有机组分或无机组分。

目前有效的污泥无害化处理主流核心技术有两大类：

焚烧技术和热干化处理，目标是灭除病原体、消除化学污染物、固化重金属等，同时在处置过程中不能造成新的污染（如二噁英、粉尘等）。

在此基础上，可进一步将污泥处理后的产物资源化，如作为原料或燃料等使用。

污泥含水量在75％～93％之间，它本身含有的化学能不足以完成所含水分的蒸发，所以，要将污泥深度干燥必须消耗外加热量，这是污泥无害化必须支付的代价。

5.2现有的热干化技术

早在20世纪40年代，工业化国家就已经用直接加热鼓式干燥器来干燥污泥。

经过几十年的发展，污泥热干化技术的优点正逐渐显现出来：

①污泥显著减容，体积可减少4～5倍；

　　②形成颗粒或粉状稳定产品，污泥性状大大改善；

　　③产品无臭且无病原体，减轻了污泥有关的负面效应，使处理后的污泥更易被接受；

　　④产品具有多种用途，如作肥料、土壤改良剂、替代能源等。

无论终端无害化处理意向是污泥作为燃料还是原料利用，污泥干化都是重要的第一步，所以污泥干化在整个污泥处置体系中处于核心地位。

污泥热干化技术中的几个核心技术问题分述如下：

①污泥粘结问题

　　现有的污泥干化设备从进料方式和产品形态上大致可以分为两类：

一种是采用干料返混系统，湿污泥在进料前先与一定比例的干泥混合，含水率降至30%～40%，然后才进入干燥器，产品为球状颗粒，是结合干燥与造粒为一体的工艺；另一种是湿污泥直接进料，产品多为粉末状。

　　干燥不同的污泥，对设备的要求也不尽相同，这是因为污泥在干燥过程中有一特殊的胶粘相阶段（含水率为60%左右）。

在这一极窄的过渡段内，污泥极易结块，表面坚硬、难以粉碎，而里面却仍是稀泥，这为污泥的进一步干燥和灭菌带来极大困难。

②尾气处理和臭味控制

污泥终端处理必须是环境安全的，不能产生二次污染。

所以污泥干化技术必须重视尾气处理和臭味控制。

以热风为干燥剂直接干燥时，由于热风的量很大，使得尾气处理成本非常高，这一缺陷使人们一度将兴趣转到了间接加热系统上，后来发展出来的转鼓式直接加热工艺采用了气体循环回用的设计，尾气的量只有直接加热系统的15％，相应尾气处理的负担大幅度下降。

无论是直接加热或间接加热系统，干燥设备内部都采用适当负压，避免了臭气的外泄，工厂的污泥仓、干燥车间、成品仓等构筑物内的气体都抽走集中处理。

③设备安全问题

在干燥器里，起火或爆炸事故相当频繁，令污泥干燥设备的安全性能倍受置疑。

现在，起火或爆炸的基本原因已经明确，与爆炸有关的三个主要因素是氧气浓度、粉尘浓度、以及颗粒的温度。

必须控制的安全要素是：

氧气含量＜12%；粉尘浓度＜60g/m3；颗粒温度＜110℃。

为了完全保障安全性，需要付出极高的设备成本。

特别要指出的是，控制颗粒温度是通过降低干燥剂温度而实现参数控制的，这样产生两个问题：

一是加大了干燥剂流量，使得干燥剂的输送功耗以及尾气处理量都大幅度增加，成本急剧上升；二是胶粘相阶段停留时间延长，使得污泥粘结问题难以处理，影响设备的运行可靠性。

另外污泥干化还需考虑其它的安全因素：

设计有湿污泥仓的工厂，必须考虑甲烷的产生而尽量减少湿泥的贮存时间，在安德里兹的设计中将湿泥仓中甲烷浓度控制在1%以下；干泥仓的安全同样受到重视，为防止自燃，干泥颗粒的温度必须控制在40℃以下。

5.3现有的直接焚烧技术

污泥的含水量高，直接焚烧时，污泥所含的化学能甚至不足以维持所含水分的蒸发，所以对于高含水率的污泥，必须加入其它燃料，同时对燃烧室进行特殊的绝热设计，才能保证足够高的焚烧温度。

当前湿污泥直接焚烧的主流技术是：

与煤混烧，同时必须采用油气助燃，所用的燃烧方式主要有循环流化床混烧、煤粉混烧、造粒后在火床炉内混烧。

随着环境标准趋于严苛，焚烧处理的成本也越来越高，实际上，焚烧处理的成本几乎完全受排放标准的制约，几个控制性指标有：

5.3.1二噁英问题

二噁英是一类剧毒物质，其急性毒性相当于氰化钾的1000倍，大量的动物实验表明很低浓度的二噁英类就对动物表现出致死效应。

二噁英类属于高度持久性化合物，对土壤和底泥具有强烈的亲和性，很容易在生物组织中积累。

医疗及工业固体废弃物焚烧炉是主要的二噁英类排放源，国外已经发生过多起强制关闭焚烧炉的事件。

近年甚至在普通纸张中发现微量的二噁英，一度引起恐慌。

要在常规焚烧炉系统中控制二噁英的排放，以下技术措施是必须的：

   a.每台焚烧炉至少设置1套柴油燃油辅助燃烧系统；

   b使用技术成熟可靠的炉膛和炉排结构，使垃圾在焚烧炉中得以充分燃烧，以减少二噁英的浓度；

   c通过良好的燃烧控制，火焰中心烟气温度不低于1300℃，炉膛出口烟气温度不低于1150℃，烟气在炉膛内的停留时间不少于2秒，炉膛出口O2浓度不少于6%，以上技术措施可使原生二噁英绝大部分得以分解；

   d.尽量缩短烟气在处理和排放过程中处于300～700℃区域的时间，控制排烟温度不超过200℃。

5.3.2重金属问题

重点是收集烟气中的飞灰粒子。

5.3.3恶臭问题

严格控制整个湿污泥系统以及炉膛内都处于可靠的负压状态，以保证处理现场无恶臭外溢，这需要增加相应的设备投资和精细的运行管理；同时燃烧室内必须维持高温，炉膛出口烟气温度不低于850℃，以保证消除烟气的恶臭。

6.中国宣纸集团公司中水污泥焚烧系统方案设计

6.1基础数据

中国宣纸集团公司产出的中水污泥，经过现场勘查、取样、生产数据核实，通过数据汇总以及实验室分析，基础数据如下表：

中国宣纸集团公司中水污泥基础数据汇总表

样品说明：

4种样品，2008年5月8日取自现场：

1＃样品：

鲜湿中水污泥

2＃样品：

露天放置1周的中水污泥

3＃样品：

风干中水污泥

4＃样品：

石灰渣

1种样品，实验室制取：

5＃样品：

由1＃样品制取的空气干燥基样品

序号

名称

数据来源

数据

1

1＃样品含水率

实验室：

五个平行试样平均

76.1％

2

2＃样品含水率

实验室：

五个平行试样平均

65.1%

3

3＃样品含水率

实验室：

五个平行试样平均

31.6%

4

5＃样品：

空气干燥基水分

实验室分析

12.3%

5

5＃样品：

空气干燥基挥发分

实验室分析

45.6%

6

5＃样品：

空气干燥基灰分

实验室分析

13.1％

7

5＃样品：

空气干燥基低位发热量

实验室分析

11678kJ/kg

8

5＃样品：

空气干燥基比热容

实验室分析

1.05kJ/kg.k

9

5＃样品：

空气干燥基导热系数

实验室分析

0.12W/m.℃

10

1＃样品：

表观粘度

实验室分析

18.3mPa.S

11

4＃样品粒度

实验室分析

平均2.6mm

12

鲜湿中水污泥：

日产量

核实的生产数据

6～8吨

13

石灰渣：

日产量

核实的生产数据

1吨

6.2方案说明

6.2.1项目特征

对于中国宣纸集团公司产出的中水污泥，根据已经获取的基础数据，可知该项目的基本特征：

一是处理量很小，二是污泥的性质特殊，与常见的工业污泥相比，样品表现出以下特征：

干基热值相对较高、干基导热系数低、干基比热容较小、初始含水量中等偏下、鲜污泥的表观粘度特大。

以上特征直接影响到处理方案的选择。

6.2.2现有的技术路线评价

目前对污泥进行无害化处理，国内外的普遍做法有两类：

在燃煤锅炉内掺烧，以及一体化焚烧。

6.2.2.1直接掺烧：

不可行

湿污泥直接在燃煤锅炉内直接掺烧，具有成本最低的显著优势，但该技术路径是不可行的，判断的理由有很多，主要有两条，一是污泥本身的发热量不足以支持其水分的蒸发，在小型工业锅炉内掺烧的结果必然造成着火困难、炉膛温度显著下降，严重影响锅炉的正常运行；二是直接掺烧无法解决锅炉房恶臭、排烟恶臭、二噁英分解等最基本的问题，除非在炉膛内新增柴油燃烧器作为辅助热源，但成本无法接受。

国内有许多在燃煤锅炉内直接掺烧污泥的实施案例都证明了上述结论。

6.2.2.2一体化焚烧系统：

经济性不合理

一体化污泥焚烧是成熟可靠的技术，该系统包括简单热干化和焚烧炉两个硬件系统，配以柴油燃烧器（尾气的二次燃烧），可以达到污泥的彻底无害化。

对于中国宣纸集团公司产出的中水污泥，基于以下两点理由，该系统在经济上并不合理：

一是污泥量太小，建设专用焚烧炉的单位处理量的初投资成本太高；二是系统复杂，对于小处理量而言，运行操作的人工费用不可接受。

6.2.3流程设计说明：

以专利技术为基础的流程设计

我公司通过长期的技术积累，形成了专利技术：

污泥生物质焚烧系统（已授权，专利号：

200720039539.3），以该专利技术为基础，结合项目的基础数据，设计的中水污泥处理流程如下图：

流程说明：

污泥与干粉在混捏机中混合均匀，进入造粒机中制出湿颗粒，再进入热干化炉完成干化，干化热源为循环汽；

循环汽由换热器加热，加热热源为来自污泥焚烧锅炉的饱和蒸汽，其凝结水通过疏水阀回流到锅炉房软水箱；

热干化炉产生的大量水汽进入循环汽中，循环汽设置一个乏气排放支路，以维持循环汽的总量平衡。

乏气直接由乏气风机排出到污泥焚烧锅炉炉膛，作为二次风使用。

热干化后的中水污泥颗粒的含水率低于20％，通过对中国宣纸集团公司的提供的中水污泥样品制取的含水率为20％的检材的实验室观察证实，这种污泥可以在大气环境中存放，3天内不散发臭味。

热干化后的中水污泥颗粒可以直接作为污泥焚烧锅炉的燃料使用，这部分燃料在污泥焚烧锅炉中产出的饱和蒸汽，可以满足干化热源的需求。

6.2.4技术特征

6.2.4.1独特的造粒技术

利用廉价的生物质粉末，充分利用污泥的生物特性和生物质粉末的吸水性，直接混捏造粒，该成型技术工艺路线简洁，圆满解决了污泥粘结问题，所制颗粒具有良好的冷态强度。

6.2.4.2高效安全的热干化工艺

开发了过热蒸汽干燥技术，惰性干燥剂彻底杜绝了安全隐患，同时以水蒸气为干燥剂，还能减少传质阻力，极大地加快蒸发过程，在提高生产率的同时大幅度降低了热干化成本。

多余的干燥尾气直接送入污泥焚烧锅炉炉膛，有效解决了污泥的恶臭问题。

6.2.4.3廉价的焚烧工艺

热干化后的“生物质—污泥”颗粒直接在污泥焚烧锅炉链条炉排上完成燃烧过程，具有燃烧温度高（1200℃以上的火床燃烧温度和1300℃以上的炉膛火焰中心温度）、飞灰份额小（小于5％，在所有的燃烧方式中具有最小的飞灰份额）等特殊优点，有效的控制了二噁英和重金属的排放，彻底做到了污泥处置无害化，大幅度降低了烟气净化系统投资及运营成本。

6.2.4.4节省化石能源

利用生物质焚烧污泥，并将炉膛火焰中心温度燃烧到1300℃以上，尾部烟气不需要用柴油、天然气进行二次燃烧处理后排放，节省了大量的不可再生的化石能源。

6.2.5过程说明

6.2.5.1尾气

尾气作为锅炉的二次风使用，所含有害组分在炉膛内完成分解和燃烧，是专利技术的一大特色，这样的设计，节省了大量的乏气净化设备的投资，热干化的总投资和运行费用都下降了一半以上，而且不会形成二次污染。

6.2.5.2污泥对设备的粘结

污泥干化过程中的胶粘相阶段，会对设备造成严重粘结，这是系统设计时需要考虑的核心问题之一。

目前常见的技术手段是采用干污泥回流，这需要设置回流干泥的粉碎和输送系统，对于本项目而言，处理量很小的条件下，配置干污泥回流系统不仅是系统复杂化增加初投资的问题，也严重影响到日常运行管理和系统的可靠性。

专利技术的一个重要特征是使用生物质粉末作为干粉使用，得到的直接好处是：

系统大幅度简化、增加了干化颗粒的热值，间接好处是可以提高燃烧温度，有利于强化烟气除臭和二噁英分解。

实验室中，以稻壳粉为干粉，与中国宣纸集团公司的提供的中水污泥的鲜污泥样品混捏，结果表明比使用干污泥回流的防粘结性能更好。

以稻壳粉和中国宣纸集团公司的提供的石灰渣的混合物作为干粉，也取得了较好的效果。

6.2.5.3设备安全

污泥热干化的另外一个特别重要的核心问题是防止干燥剂发生爆炸事故。

专利技术使用循环汽作为干燥剂，其成份为：

常压过热蒸汽占90％、热空气占10％，循环汽的含氧量小于3％，循环汽的最高温度不大于179℃，颗粒温度不大于105℃，以上条件下，不可能发生干燥剂爆炸事故。

这样的配置以换热器的设计来保证：

在本项目中，特殊设计了循环风系统的结构和换热器的的结构，并且换热器的换热面积高达1000m2。

6.2.5.4二噁英

热干化系统与污泥焚烧锅炉之间有以下三点间接联系：

一是尾气二次风，二是污泥焚烧锅炉蒸汽作为干化热源，三是干化污泥颗粒作为污泥焚烧锅炉的燃料。

关键问题是这种设计能否满足二噁英的分解条件。

已有的工程案例表明：

可以将污泥焚烧锅炉火焰中心温度提高到1300℃以上、炉膛出口烟温提高到900℃，而不影响锅炉的正常运行，此时污泥焚烧锅炉的排烟温度将上升50℃左右，锅炉效率由此下降大约4％，这个代价是可以接受的，其收益是可以保证二噁英的充分分解。

6.2.5.5恶臭

烟气恶臭问题在解决二噁英问题的同时得以解决。

厂房环境内的恶臭控制由系统的负压设计加以保证，同时在所有可能的恶臭泄漏口加设吸风口，吸风通过管路系统送至污泥焚烧锅炉送风机入口。

7.设备及造价、性能、工作量清单

7.1主要设备清单及造价估算

序号

名称

金额

（元）

说明

1

污泥焚烧炉及辅机

450000

设计后定制制：

蒸发量为3t/h，压力1.25MPa

2

热干化系统及辅机

1200000

设计后自制

3

主换热器

50000

设计后定制，换热面积1000m2

4

造粒机

350000

设计后自制

5

混捏机

140000

配套

6

湿污泥仓

70000

设计后自制

7

干粉仓

40000

设计后自制

8

湿污泥给料机

80000

配套

9

干粉给料机

20000

配套

10

混泥输送机

30000

配套

11

循环风机

30000

配套、消音器、变频器

12

干污泥颗粒输送机

20000

配套

13

干污泥颗粒仓

40000

设计后自制

14

尾气二次风喷口

20000

设计后自制

15

测温系统

40000

配套

16

操作台

20000

设计后定制

17

烟尘在线监测仪

200000

合计

2800000

7.2性能清单

序号

名称

说明

1

湿污泥处理能力

40吨/日

2

石灰渣处理量

1吨/日

3

耗汽

每吨湿污泥消耗0.9吨蒸汽，设计汽压8bar，最低汽压5bar

4

稻壳粉消耗

每吨湿污泥消耗0.1～0.2吨稻壳粉（取决于干粉配比）

5

热干化污泥产量

每吨湿污泥产出0.35～0.5吨干污泥（取决于干粉配比）

6

产汽

每吨热干化污泥产出2.5～3.5吨蒸汽（取决于干粉配比）

7

电耗

每吨湿污泥消耗约30度电（取决于干粉配比与锅炉负荷）

7.3工作量清单

序号

名称

说明

1

方案设计

已完成，待讨论、批准

2

工程