污泥干燥焚燒系統(tǒng)能耗的影響因素分析

吳春華 李盼盼

（國電科學(xué)技術(shù)研究院） （東南大學(xué)能源環(huán)境學(xué)院)

0 概述

城市污泥的處置是一個世界性的社會和環(huán)境問題。我國城市污水污泥多數(shù)未經(jīng)穩(wěn)定化和無害化處置，這會導(dǎo)致新的環(huán)境問題。隨著污水處理率的不斷提高，污泥量還將大大增加。一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家在城市污泥綜合治理方面經(jīng)歷了較長時間，在因地、因時、因利制宜方面比較成熟，主要有填埋、堆肥、干燥、焚燒等幾種方法，這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。本文提出了一種干燥焚燒方法，將污泥干燥機(jī)和污泥焚燒爐有機(jī)地結(jié)合在一起，形成了一套完整的污泥處置系統(tǒng)，可以將污泥最大限度地減量化、無害化，實(shí)現(xiàn)了污泥的能源利用。

1 污泥干燥焚燒處置系統(tǒng)

污泥干燥焚燒處置系統(tǒng)如圖1所示。

污泥通過加料機(jī)2，連續(xù)穩(wěn)定地送入干燥機(jī)3，在干燥機(jī)內(nèi)與熱煙氣接觸，進(jìn)行熱質(zhì)傳遞，污泥中的水迅速蒸發(fā)，變成干污泥。干污泥隨降溫后的煙氣 （130℃）先后進(jìn)入旋風(fēng)分離器4和布袋除塵器5，進(jìn)行氣固分離。經(jīng)氣固分離得到的干污泥直接送入流化床焚燒爐7進(jìn)行焚燒，焚燒產(chǎn)生的煙氣作為污泥干燥機(jī)的熱介質(zhì)。若煙氣的熱量滿足不了干燥機(jī)干燥污泥的要求，則在焚燒爐7中適當(dāng)添加煤，以滿足污泥干燥機(jī)中能量平衡的需求。

圖1 污泥干燥焚燒處置系統(tǒng)

130℃的煙氣經(jīng)過兩級除塵后，若直接排入大氣中，雖然其粉塵含量小于50 mg/Nm3，完全能夠達(dá)到國家規(guī)定的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，但煙氣中的SO2排放濃度會超標(biāo)。所以在該系統(tǒng)中設(shè)置了噴淋塔10，采用氨法脫硫，以脫除煙氣中的硫化物。這樣，脫硫后的煙氣其硫化物的排放濃度已小于200 mg/Nm3。然后，經(jīng)過脫硫的煙氣大部分在回流風(fēng)機(jī)的作用下回到干燥系統(tǒng)，并與流化床產(chǎn)生的800～900℃的煙氣混合，形成200～500℃的煙氣，這一煙氣再送入干燥機(jī)作為干燥介質(zhì)。少量煙氣進(jìn)入吸附塔11，在進(jìn)一步處置后即可達(dá)標(biāo)排放。

2 干燥焚燒系統(tǒng)的能耗分析

污泥干燥系統(tǒng)的能耗Q包括以下幾個部分：

式中Q1——污泥中水蒸發(fā)需要的熱量；

Q2——污泥在干燥機(jī)中升溫需要的熱量；

Q3——煙氣排出污泥干燥機(jī)時帶走的熱量；

Q4——系統(tǒng)的散熱損失。

通過對干燥焚燒系統(tǒng)進(jìn)行物料衡算和熱量衡算可知，每小時處置1 t濕污泥（其初始含水率80%，干燥后含水率30%）需要熱量2.805×106kJ/h。而城市污泥其干基熱值一般大于8.374×103kJ/kg，所以每小時處置1 t污泥可以得到干污泥200 kg，其焚燒時可以產(chǎn)生1.675×106kJ/h的熱量。因此對整個污泥干燥焚燒系統(tǒng)而言，每小時處置1 t污泥，理論上還需要補(bǔ)充1.130×106kJ/h的熱量，折合標(biāo)煤39 kg，即處理1 t污泥需要耗能39 kg標(biāo)煤。

3 干燥機(jī)入口溫度對污泥干燥焚燒系統(tǒng)能耗的影響

污泥干燥焚燒系統(tǒng)的能耗主要取決于污泥干燥機(jī)。在干燥機(jī)排煙溫度不變的情況下，污泥干燥機(jī)的熱效率受干燥機(jī)入口溫度影響較大。為此本文計(jì)算分析了不同入口溫度對干燥焚燒系統(tǒng)能耗的影響，即同樣處置1 t污泥，每小時需額外添加的標(biāo)煤的數(shù)量，計(jì)算結(jié)果如表1所示。表1顯示，干燥機(jī)入口溫度越低，干燥焚燒系統(tǒng)消耗的標(biāo)煤數(shù)量就越多，且隨著入口溫度的降低，標(biāo)煤的消耗增幅增大；干燥機(jī)入口溫度越高，干燥焚燒系統(tǒng)消耗的標(biāo)煤數(shù)量就越少，也就是說流化床焚燒爐出口煙氣800～900℃，不摻混冷煙氣降溫，直接送入污泥干燥機(jī)，干燥焚燒系統(tǒng)能耗最低。因此污泥干燥機(jī)所能承受的入口最高溫度，決定了污泥干燥焚燒系統(tǒng)能耗的高低。

表1 干燥機(jī)入口溫度對污泥干燥焚燒系統(tǒng)能耗的影響

4 污泥初始含水率對干燥焚燒系統(tǒng)能耗的影響

初始含水率的高低反映了污泥中水量的多少，其對干燥焚燒系統(tǒng)的能耗將產(chǎn)生直接的影響。本文在干燥機(jī)入口溫度400℃、干燥后污泥含水率30%條件下，計(jì)算分析了不同初始含水率對干燥焚燒系統(tǒng)能耗的影響，計(jì)算結(jié)果如表2所示。由表2可知，初始含水率每降低5%，額外添加的標(biāo)煤將減少8 kg/h。所以為了降低污泥干燥焚燒系統(tǒng)的能耗，要盡可能采用機(jī)械脫水的方法降低污泥的初始含水率，從而降低污泥處置的能耗。

表2 污泥初始含水率對干燥焚燒系統(tǒng)能耗的影響

5 污泥干燥后含水率對干燥焚燒系統(tǒng)能耗的影響

污泥干燥后的含水率受干燥過程控制。本文提出的污泥處置系統(tǒng)，其污泥干燥后含水率是可調(diào)的。污泥干燥后含水率的控制直接影響到干燥焚燒系統(tǒng)的能耗。本文計(jì)算了干燥機(jī)入口溫度400℃、污泥初始含水率30%條件下，干燥后不同含水率對干燥焚燒系統(tǒng)能耗的影響，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

由表3可知，干燥后含水率越低，干燥過程需要去除的水越多，耗費(fèi)的標(biāo)煤就越多。所以干燥后污泥的含水率是一個重要的控制參數(shù)，通常需要與流化床焚燒爐相結(jié)合，以確定一個最佳的數(shù)值。

表3 污泥干燥后含水率對干燥焚燒系統(tǒng)能耗的影響

綜上所述，污泥干燥機(jī)入口溫度越高、污泥初始含水率越低、污泥干燥后含水率越高，污泥干燥焚燒系統(tǒng)的能耗就越少，裝機(jī)容量也會越小，污泥處置的單位動力消耗就越少，因而系統(tǒng)所有設(shè)備的外形尺寸也會變小，這樣就可降低干燥焚燒系統(tǒng)的一次性投資。

6 結(jié)論

（1）本文提出的干燥焚燒系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)污泥的減量化、無害化，并能對其進(jìn)行能源利用。

（2）污泥干燥機(jī)入口溫度越高、污泥初始含水率越低、污泥干燥后含水率越高，污泥干燥焚燒系統(tǒng)的能耗就越少，裝機(jī)容量就越小，干燥焚燒系統(tǒng)的一次性投資就越少。

（3）在干燥機(jī)進(jìn)口煙氣溫度400℃、污泥初始含水率80%、干燥后含水率30%的情況下，每干燥焚燒1 t污泥，只需額外增加能耗39 kg標(biāo)煤。