污泥干化焚燒能量平衡計算探討

陳樂樂 叢海櫻 王舒嫻

摘要：介紹了污泥干化焚燒項目能量平衡計算方法，從影響能耗的影響因素角度給出了熱量分析、能耗計算過程。該計算方法可以解決污泥干化焚燒過程中補充外部能量的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：污泥;干化焚燒;能耗

安吉凈源污水處理有限公司日處理290噸污泥綜合處置項目是實現(xiàn)對安吉縣污泥無害化處置功能的最終環(huán)節(jié)，對實現(xiàn)安吉縣污泥無害化處理十分必要。本文通過對污泥干化焚燒過程中的能量平衡進(jìn)行計算，旨在為項目能源補充提供依據(jù)。

1、項目工藝流程簡述

本項目污泥處理所選用的工藝如下：

1、污泥處理工藝：噴霧干化+焚燒;

2、煙氣凈化工藝：袋式除塵+臭氧除臭+凈化塔洗滌+脫白除霧氣。

具體污泥處理工藝流程圖如下所示：

工藝流程簡述：

車載污泥進(jìn)場，倒入地下接收系統(tǒng)，再由螺桿泵（或柱塞泵）經(jīng)過濾器送入大型污泥儲罐，再由柱塞泵把污泥送到高位泥罐，最后經(jīng)螺桿泵提升后送入噴霧干化塔，經(jīng)塔頂噴嘴霧化后，與從二燃室中排出的高溫?zé)煔忭樍鹘佑|進(jìn)行干化。干化過程中進(jìn)口高溫?zé)煔鉁囟?50℃，排出廢氣溫度約70℃;經(jīng)干化后污泥含水率從80%降低至～20%，然后直接進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯焚燒爐進(jìn)行焚燒。回轉(zhuǎn)窯焚燒爐為順流式，即窯體內(nèi)物料運動的方向與煙氣流向相同：干污泥從筒體的頭部進(jìn)入，隨著筒體的轉(zhuǎn)動緩慢地向尾部移動;焚燒所需助燃空氣，一部分來自于污泥料倉除臭系統(tǒng)抽氣，另一部分為環(huán)境空氣，經(jīng)由鼓風(fēng)機鼓至燃燒室加熱至約500～1000℃，從窯頭進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯焚燒爐。隨窯體的轉(zhuǎn)動過程，干污泥與助燃空氣充分接觸，完成干燥、燃燒、燃盡的全過程，渣由尾部排出。燃燒生成的煙氣由尾部排出進(jìn)入二燃室，在二燃室內(nèi)，由于助燃空氣的作用使煙氣溫度達(dá)到850℃以上，并停留2.5s以上，以分解控制二噁英的生成。為去除煙氣中的二噁英和重金屬，確保煙氣中二噁英和重金屬等有害物質(zhì)濃度達(dá)到要求的排放指標(biāo)，在煙氣凈化系統(tǒng)中增加活性炭噴射的輔助凈化措施。

焚燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔膺M(jìn)入噴霧干化塔，作為干化過程的熱源。干化塔出口的廢氣經(jīng)過中間塔、袋式除塵器和凈化塔洗滌并除霧后達(dá)標(biāo)排放。中間塔用于去除煙氣中部分酸性氣體;袋式除塵器主要去除廢氣中的粉塵;系統(tǒng)引風(fēng)機至凈化塔風(fēng)管投加臭氧，用于去除煙氣中的有機臭氣;廢氣再經(jīng)過洗滌，同吸收廢氣中的可溶氣體，采用苛性鈉去除H2S、SOx等酸性氣體，洗滌后的煙氣經(jīng)過白煙消減裝置高空“無煙”排放。

2、項目能量平衡分析和天然氣使用量預(yù)測

本項目天然氣主要作為回轉(zhuǎn)窯污泥焚燒輔助燃料。

1、干化污泥成分及燃燒基本參數(shù)

干化污泥設(shè)計處理量：按1t/h計;

干化污泥成分：含水量200kg/h（20%），可燃組分400kg/h（40%），灰分400kg/h（40%）;

灰分比熱容：按1.17kJ/kg.℃計;

干化污泥平均低位熱值：按8415kJ/kg計;

850℃煙氣產(chǎn)生量：按10.0Nm3/kg干化污泥計;

850℃煙氣焓值：按1063kJ/Nm3計;

2、污泥焚燒熱平衡計算

Q干化污泥+Q天然氣=Q灰渣+Q煙氣+Q損失

干化污泥燃燒熱Q干化污泥=8415kJ/kg×1000kg/h=8.4×106kJ/h;

天然氣熱風(fēng)爐供熱量Q天然氣：熱風(fēng)爐供熱量以F表示，單位為kJ/h;

灰渣顯熱Q灰渣=400kg/h×1.17kJ/kg.℃×（850-60）=3.7×105kJ/h;

煙氣顯熱Q煙氣=10.0Nm3/kg×1000kg/h×1063kJ/Nm3=10.6×106kJ/h;

熱損失Q損失=爐壁熱損（按輸入熱量5%）+干化污泥不完全燃燒熱損失（按干化污泥燃燒熱3.5%）

=（8.4×106+F）×5%+8.4×106×3.5% kJ/h

=7.1×105+5%F kJ/h

根據(jù)熱平衡，可推算天然氣熱風(fēng)爐供給熱量F為3.5×106kJ/h。項目天然氣熱風(fēng)爐供熱效率按90%計，則需天然氣供熱量3.9×106kJ/h，項目天然氣熱值為35544kJ/Nm3，折算天然氣用量110Nm3/h。

本項目設(shè)計處理80%含水量的污泥290t/d，噴霧干化后的干化污泥含水量20%，則需處理干化污泥72.5t/d，按24小時生產(chǎn)計算，則每小時需處理干化污泥3.02t。依次推算，本項目污泥焚燒需用天然氣量332Nm3/h。

本項目年工作7200小時，則預(yù)計年用天然氣量約239.0萬Nm3，折標(biāo)煤2902.2tce。

本項目污泥處理用天然氣單耗：22.6Nm3/t。

3、結(jié)語

在該污泥干化焚燒系統(tǒng)中，將含水率為80%，實際熱值為2000kcal/kg左右的濕污泥干化至含水率為20%的污泥，經(jīng)過熱量平衡計算，污泥自身的熱量不足以自持燃燒，每小時需補充天然氣332m3才能實現(xiàn)熱量平衡，為項目的外部能源設(shè)計提供了依據(jù)。

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