污泥立式烘干焚燒爐系統(tǒng)的熱平衡分析

蔡樹元，陳景華，張長(zhǎng)森

(鹽城工學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224051)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化、工業(yè)化水平的提高，民用和工業(yè)用水產(chǎn)生的污水量越來(lái)越大，經(jīng)污水處理廠處理產(chǎn)生的污泥量也不斷增加。污泥主要由有機(jī)物、無(wú)機(jī)物和膠體等組成，具有有機(jī)物含量高、顆粒細(xì)(0.02～0.2 mm)、密度小(1 002～1 006 kg/m3)、呈膠體結(jié)構(gòu)、脫水性能差等特性。同時(shí)，污泥中含有寄生蟲、病原菌和重金屬成分，如果不妥善處理與處置，將對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，進(jìn)而直接危害到人類自身。因此，如何對(duì)污泥進(jìn)行減量化、無(wú)害化、穩(wěn)定化與資源化處理，是擺在人們面前急需解決的難題[1]。

焚燒處理不僅可以最大限度地實(shí)現(xiàn)污泥的減量化和無(wú)害化[2]，而且焚燒灰渣還可以制成附屬產(chǎn)品用作建材原料[3]，是一種有效的污泥處置方式，具有處理速度快，處理量大，占地面積小，不需要長(zhǎng)期儲(chǔ)存，可就地焚燒，不需要長(zhǎng)距離運(yùn)輸，可以回收能量用于供熱或發(fā)電等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是污泥處置技術(shù)中最具發(fā)展前景的方法之一[2]。

污泥焚燒是指污泥中的有機(jī)質(zhì)在一定的溫度和氣相充分有氧的條件下發(fā)生燃燒反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成CO2和H2O等氣態(tài)物質(zhì)，是一個(gè)包括蒸發(fā)、揮發(fā)、分解、燒結(jié)、熔融、氧化還原反應(yīng)，以及相應(yīng)傳質(zhì)、傳熱的綜合的物理、化學(xué)反應(yīng)過程。目前，污泥焚燒技術(shù)大致可分為兩類，即直接焚燒技術(shù)和混合焚燒技術(shù)[2]。

污泥焚燒往往希望實(shí)現(xiàn)自持燃燒，因?yàn)檫@樣可利用污泥自身的有機(jī)物進(jìn)行燃燒而不需要外加燃料。王瑩等[4]利用燃燒方程、能量平衡、物料平衡等分析得到，冬季污泥發(fā)熱量較高，含水率72%就可以達(dá)到自持燃燒，同時(shí)系統(tǒng)可對(duì)外提供34 t/h蒸汽；夏季污泥發(fā)熱量較低，含水率44%才可達(dá)到自持燃燒，且市政管網(wǎng)需向污泥干化焚燒系統(tǒng)提供10 t/h蒸汽。祝初梅等[5]以某項(xiàng)目200 t/d污泥干化焚燒系統(tǒng)為例進(jìn)行熱平衡計(jì)算得到，含水率為80%、低位發(fā)熱量為2 429 kJ/kg的濕污泥干化至含水率為65%后進(jìn)行焚燒時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的熱平衡，需要另外提供1 766.83 kg/h飽和蒸汽(壓力1.0 MPa，溫度180 ℃)。陳少卿等[6]通過建立模型對(duì)污泥干燥焚燒系統(tǒng)進(jìn)行物料平衡與熱量平衡分析。分析認(rèn)為，該系統(tǒng)污泥最佳入爐含水率為65%，此時(shí)系統(tǒng)所需總能耗最低，產(chǎn)生總煙氣量最少，且污泥能實(shí)現(xiàn)自持燃燒。王楠等[7]通過對(duì)含水率80%和60%的脫水污泥焚燒的物料平衡與熱量平衡計(jì)算得出，含水率為80%的污泥需要更多熱量用于水分蒸發(fā)，但產(chǎn)生的有機(jī)碳發(fā)熱量高于含水率為60%的污泥，兩種污泥處理在絕干情況下需要另加的外部能源相差不大。

本文以鹽城市城東污水處理廠專利產(chǎn)品立式污泥烘干焚燒爐為研究對(duì)象，通過熱工計(jì)算，分析污泥在爐內(nèi)實(shí)現(xiàn)自持燃燒的可能性。

1 污泥立式烘干焚燒爐工作原理

污泥立式烘干焚燒爐[8]結(jié)構(gòu)如圖1所示。該焚燒爐具有集烘干與焚燒于一體的特點(diǎn)，通過煤、油或天然氣等燃料點(diǎn)火進(jìn)行污泥燃燒。爐內(nèi)沿垂直方向自上而下分別為干燥區(qū)、預(yù)熱區(qū)、焚燒區(qū)、冷卻區(qū)。濕污泥從立式污泥烘干焚燒爐上方投入爐中，經(jīng)干燥、預(yù)熱、焚燒、冷卻等4個(gè)階段后由爐底部排出。助燃空氣由爐底部進(jìn)入，自下而上流動(dòng)。助燃空氣首先對(duì)焚燒后的高溫污泥進(jìn)行冷卻，同時(shí)高溫物料攜帶的熱量對(duì)助燃空氣進(jìn)行預(yù)熱；預(yù)熱后的空氣助燃污泥燃燒；產(chǎn)生的廢氣再對(duì)上部進(jìn)入的濕污泥進(jìn)行干燥和預(yù)熱，最后由爐頂部排出；排出的廢氣先后進(jìn)入水除塵、碳吸附設(shè)備進(jìn)行凈化，然后排入大氣。

圖1 污泥立式烘干焚燒爐Fig.1 Sludge vertical drying incinerator

圖1污泥立式烘干焚燒爐干燥區(qū)溫度約300～550 ℃，用于污泥脫水干燥；預(yù)熱區(qū)溫度約550～750 ℃，用于污泥預(yù)熱；焚燒區(qū)溫度約800～850 ℃，用于污泥焚燒；焚燒后的污泥渣經(jīng)空氣冷卻至100 ℃后排出爐外。爐出口氣體溫度<300 ℃。

2 污泥理化特性及計(jì)算條件

2.1 污泥理化特性

2.1.1 污泥的含水率、燒失量及灰渣量

城東污水處理廠通過壓濾得到的原狀污泥(raw sludge)含水率約為50%～60%[9]，最高值達(dá)62%，熱平衡計(jì)算時(shí)取62%。原狀污泥經(jīng)105～110 ℃烘干1 d后，污泥燒失量為46%～60%，物料平衡計(jì)算時(shí)取較低值48%。焚燒后原狀污泥的灰渣(ash)量一般為19%～30%[1]，可由烘干后干污泥中灰分(A)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算得出。

2.1.2 污泥成分分析

污泥成分分析結(jié)果如表1所示。表1中，干基含量是指原狀污泥經(jīng)105～110 ℃烘干1 d后測(cè)得的各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；濕基含量是指原狀污泥中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，除水分(M)外，濕基含量=干基含量×(1-污泥含水率)。

表1 污泥成分分析Table 1 Elemental analysis of sludge composition %

2.1.3 污泥發(fā)熱量

原狀污泥經(jīng)105～110 ℃烘干1 d后得到干基污泥(dry sludge)，用ZDHW-5000型微機(jī)全自動(dòng)量熱儀測(cè)得干基污泥的干基低位發(fā)熱量Qnet,ds為7 099 kJ/kg，則原狀污泥的低位發(fā)熱量Qnet,rs：

Qnet,rs=Qnet,ds(1-Mrs)=

7 099×(1-62.00%)=2 697.62 kJ/kg

式中，Mrs為原狀污泥中水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

2.1.4 污泥主要化學(xué)成分與礦物成分

通過XRF檢測(cè)可得干基污泥主要化學(xué)成分，如表2所示。干基污泥經(jīng)950 ℃灼燒后通過XRD檢測(cè)可得其礦物組成，如圖2所示。由圖2可知，干基污泥主要礦物為石英和黏土類礦物。兩個(gè)測(cè)試結(jié)果為焚燒產(chǎn)生的污泥渣可用于建材生產(chǎn)提供了依據(jù)。

表2 干基污泥的化學(xué)成分Table 2 Chemical composition of dry sludge %

圖2 污泥的XRD圖Fig.2 XRD pattern of sludge

2.2 計(jì)算條件

2.2.1 立式污泥烘干焚燒爐處理能力

立式污泥烘干焚燒爐的原狀污泥小時(shí)處理能力為1.5 t/h，日處理能力為36 t/d，年處理能力為11 880 t/a(按年工作330 d計(jì))。

2.2.2 污泥水分

入爐初水分取62%，出爐終水分取0。

2.2.3 溫度條件

環(huán)境溫度ta=25 ℃；焚燒爐出口廢氣溫度teg分別取150 ℃、300 ℃；焚燒爐出口灰渣溫度tash分別取120 ℃、150 ℃。

2.2.4 立式污泥烘干焚燒爐尺寸

立式污泥烘干焚燒爐外徑d=2.0 m，高H=8.0 m，外包8 mm厚鋼板，內(nèi)部耐火磚采用230 mm環(huán)形砌磚，耐火磚與鋼板間為100 mm厚礦渣棉。

3 立式污泥烘干焚燒爐熱工平衡計(jì)算

3.1 立式污泥烘干焚燒爐物料平衡

3.1.1 立式污泥烘干焚燒爐物料平衡范圍及計(jì)算基準(zhǔn)

(1)物料平衡范圍

焚燒爐物料平衡范圍包括從原狀污泥加入爐體到灰渣(ash)排出爐體，空氣鼓入(air blowing)爐體到廢氣(exhaust gas)排出爐體，即僅包括進(jìn)出爐體本身的物質(zhì)。

(2)計(jì)算基準(zhǔn)

以1 kg原狀污泥進(jìn)入立式污泥烘干焚燒爐作為質(zhì)量計(jì)算基準(zhǔn)。

3.1.2 物料平衡計(jì)算

(1)收入物料質(zhì)量

收入物料的總質(zhì)量包括污泥入爐量和鼓入空氣質(zhì)量?jī)刹糠?以1 kg原狀污泥計(jì))，即：

min=mrs+mab

式中，min為進(jìn)入立式污泥烘干焚燒爐的物料總質(zhì)量，kg；mrs為進(jìn)入立式污泥烘干焚燒爐原狀污泥質(zhì)量，kg；mab為鼓入立式干燥焚燒爐的空氣質(zhì)量，kg。

①污泥入爐量

mrs=1 kg

②鼓入空氣質(zhì)量

根據(jù)表1所列污泥的元素成分分析數(shù)據(jù)可計(jì)算得出污泥燃燒所需空氣的理論體積量：

式中，Va,0為1 kg原狀污泥燃燒所需空氣標(biāo)準(zhǔn)狀況下(0 ℃，101.325 kPa)的理論體積量，m3；Crs、Hrs、Srs、Ors分別為原狀污泥中C、H、S、O元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

由于污泥燃燒較為困難，實(shí)際燃燒過程不可能達(dá)到理想狀態(tài)，因此，燃燒實(shí)際所需空氣量要大于理論空氣量，因此，污泥燃燒所需空氣實(shí)際體積量為：

Va=KVa,0=1.5×0.65=0.98(m3)

式中，Va為1 kg原狀污泥燃燒所需空氣(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)的實(shí)際體積量，m3；K為空氣過剩系數(shù)，根據(jù)資料[10]，取K=1.5。

由污泥燃燒所需空氣實(shí)際體積量換算可得鼓入立式干燥焚燒爐的空氣質(zhì)量為：

式中，ρa(bǔ),0為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的空氣密度，kg/m3。

③收入物料質(zhì)量

min=mrs+mab=1+1.26=2.26(kg)

(2)支出物料質(zhì)量

原狀污泥經(jīng)過燃燒后，其中的水分全部蒸發(fā)為水蒸氣，有機(jī)成分完全燃燒的產(chǎn)物成為煙氣中的成分，共同構(gòu)成原狀污泥燃燒生成的煙氣，作為廢氣排出立式干燥焚燒爐，剩余的即為灰渣。因此，支出物料質(zhì)量分為灰渣排出量和廢氣排出量?jī)刹糠?以1 kg原狀污泥計(jì))，即：

mout=mash+meg

式中，mout為排出立式污泥烘干焚燒爐的物料總質(zhì)量，kg；mash為排出立式污泥烘干焚燒爐的灰渣質(zhì)量，kg；meg為排出立式干燥焚燒爐的廢氣質(zhì)量，kg。

①灰渣排出量

mash=mrsArs=1×19.79%≈0.20(kg)

式中，Ars為原狀污泥中灰分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

②廢氣排出量

立式干燥焚燒爐排出的廢氣主要包括CO2、H2O、SO2、N2、O2。排出廢氣的總質(zhì)量為：

meg=mCO2+mH2O+mSO2+mN2+mO2

式中，mCO2為1 kg原狀污泥燃燒產(chǎn)生的CO2質(zhì)量，kg；mH2O為1 kg原狀污泥燃燒產(chǎn)生的H2O的質(zhì)量，kg；mSO2為1 kg原狀污泥燃燒產(chǎn)生的SO2質(zhì)量，kg；mN2為1 kg原狀污泥燃燒產(chǎn)生的N2質(zhì)量，kg；mO2為1 kg原狀污泥燃燒產(chǎn)生的O2質(zhì)量，kg。

廢氣中CO2的質(zhì)量 。原狀污泥中的碳元素燃燒后均變?yōu)镃O2，1 kg原狀污泥燃燒產(chǎn)生的CO2在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為：

式中，VCO2為1 kg原狀污泥燃燒產(chǎn)生的CO2在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積，m3。

則1 kg原狀污泥燃燒產(chǎn)生的CO2質(zhì)量為：

式中，ρCO2,0為標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO2的密度，kg/m3。

廢氣中H2O的質(zhì)量 。廢氣中H2O來(lái)源于兩個(gè)方面：一是污泥中的氫元素燃燒生成的氣態(tài)水，二是污泥中自由水蒸發(fā)產(chǎn)生的氣態(tài)水，因此有：

式中，VCO2為1 kg原狀污泥燃燒產(chǎn)生的氣態(tài)水在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積，m3；ρH2，0為標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣態(tài)水的密度，kg/m3。

廢氣中SO2的質(zhì)量。原狀污泥中的硫元素燃燒后轉(zhuǎn)化為SO2，1 kg原狀污泥燃燒產(chǎn)生的SO2在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積如下：

式中，VSO2為1 kg原狀污泥燃燒產(chǎn)生的SO2在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積，m3。

則1 kg原狀污泥燃燒產(chǎn)生的SO2質(zhì)量：

式中，ρSO2,0為標(biāo)準(zhǔn)狀況下SO2的密度，kg/m3。

廢氣中N2的質(zhì)量。廢氣中N2來(lái)源為燃料中N元素與鼓入空氣中的N2，1 kg原狀污泥燃燒產(chǎn)生的N2標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積如下：

式中，VN2為1 kg原狀污泥燃燒產(chǎn)生的N2在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積，m3；

則1 kg原狀污泥燃燒產(chǎn)生的N2質(zhì)量：

式中，ρN2,0為標(biāo)準(zhǔn)狀況下N2的密度，kg/m3。

廢氣中O2的質(zhì)量。廢氣中的O2來(lái)自過?？諝猓? kg原狀污泥燃燒產(chǎn)生的O2在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積如下：

VO2=(K-1)Va,021%=

(1.5-1)×0.65×21%=0.068(m3)

式中，VO2為1 kg原狀污泥燃燒產(chǎn)生的O2在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積，m3；

則1 kg原狀污泥燃燒產(chǎn)生的O2質(zhì)量：

式中，ρO2,0為標(biāo)準(zhǔn)狀況下O2的密度，kg/m3。

因此，總的廢氣排出量為：

meg=mCO2+mH2O+mSO2+mN2+mO2=

0.26+0.72+0.006+0.98+0.097=2.06(kg)

③支出物料質(zhì)量

mout=mash+meg=0.20+2.06=2.26(kg)

(3)物料平衡表

計(jì)算所得污泥烘干焚燒爐物料平衡數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 污泥的元素成分分析Table 3 Material balance sheet

3.2 立式污泥烘干焚燒爐熱量平衡

3.2.1 立式污泥烘干焚燒爐熱量平衡范圍及計(jì)算基準(zhǔn)

(1)立式污泥烘干焚燒爐熱量平衡范圍

熱量平衡范圍包括原狀污泥加入爐體到灰渣排出爐體，空氣鼓入爐體到廢氣排出爐體，以及爐體本身對(duì)四周的散熱。

(2)計(jì)算基準(zhǔn)

以1 kg原狀污泥進(jìn)入立式污泥烘干焚燒爐作為質(zhì)量計(jì)算基準(zhǔn)，以0 ℃作為溫度計(jì)算基準(zhǔn)。

3.2.2 廢氣出口按150 ℃計(jì)算熱量平衡

(1)收入熱量

收入熱量包括污泥帶入燃燒熱、污泥入爐帶入物理熱、鼓入空氣帶入物理熱3部分(以1 kg原狀污泥計(jì))，則有：

Qin=Qc,rs+Qrs+Qab

式中，Qin為焚燒爐總的收入熱量，kJ；Qc,rs為污泥帶入燃燒熱，kJ；Qrs為污泥入爐帶入物理熱，kJ；Qab為鼓入空氣帶入物理熱，kJ。

①污泥帶入燃燒熱

Qc,rs=Qnet,rs·mrs=2 697.62×1≈2 698(kJ)

②污泥入爐帶入物理熱

入爐原狀污泥可以認(rèn)為有兩種組成：不含水的干污泥和其中所含的水。

1 kg原狀污泥中所含干污泥質(zhì)量mds為：

mds=mrs×(1-Mrs)=

1×(1-62.00%)=0.38(kg)

1 kg原狀污泥中所含水質(zhì)量msw為：

msw=mrs×Mrs=1×62.00%=0.62(kg)

根據(jù)環(huán)境溫度ta=25 ℃，取入爐污泥溫度trs=25 ℃，絕干污泥的比熱容cds=1.05 kJ/(kg·

℃)，水的比熱容cw=4.19 kJ/(kg·℃)[10-12]。

Qrs=(mdscds+mswcw)trs=

(0.38×1.05+0.62×4.19)×25=75(kJ)

③鼓入空氣帶入物理熱

根據(jù)環(huán)境溫度ta=25 ℃，查文獻(xiàn)[13]，取25 ℃空氣的比熱容ca=1.005 kJ/(kg·℃)，則：

Qab=mabcata=1.26×1.005×25=32(kJ)

④總收入熱量

Qin=Qc,rs+Qrs+Qab=

2 698+75+32=2 805(kJ)

(2)支出熱量

燃燒過程支出熱量包括水分蒸發(fā)耗熱、廢氣排出帶走物理熱、灰渣排出帶走物理熱、焚燒爐壁散熱損失等4部分(以1kg原狀污泥計(jì))，則有：

Qout=Qev+Qeg+Qash+Qhl

式中，Qout為焚燒爐總的支出熱量，kJ；Qev為水分蒸發(fā)耗熱，kJ；Qeg為廢氣排出帶走物理熱，kJ；Qash為灰渣排出帶走物理熱，kJ；Qhl為焚燒爐壁散熱損失，kJ。

①水分蒸發(fā)耗熱

水分蒸發(fā)耗熱主要分為3個(gè)部分：一是水從25 ℃升溫到100 ℃所需的顯熱，二是100 ℃時(shí)水蒸發(fā)為水蒸氣所需的汽化潛熱，三是由飽和水蒸氣溫度ts=100 ℃加熱至廢氣出口溫度所需吸收的熱量。

1×62.00%[4.19×(100-25)+2 257.2+

(2 776.4-2 676.5)]=1 656(kJ)

②廢氣排出帶走物理熱

設(shè)廢氣排出溫度teg=150 ℃，由文獻(xiàn)[15]可查得氣體在150 ℃的比熱容c，廢氣中各種氣體的體積和比熱容數(shù)據(jù)如表4所示。

則廢氣排出帶走物理熱為：

Qeg=(VCO2cCO2+VH2OcH2O+VSO2cSO2+

VN2cN2+VO2cO2)teg=

(0.13×1.769+0.90×1.506+0.002×

1.857+0.78×1.303+0.068×1.324)×

150=404(kJ)

表4 150 ℃廢氣中各種氣體的體積與比熱容Table 4 Volume and specific heat capacities of various gases in exhaust gas at 150 ℃

③灰渣排出帶走物理熱

現(xiàn)有資料查不到灰渣的比熱容，按脫水高嶺土的比熱容進(jìn)行計(jì)算。設(shè)灰渣排出溫度tash=120 ℃，根據(jù)文獻(xiàn)[15]，取120 ℃灰渣的平均比熱容cash=0.853 kJ/(kg·℃)，則灰渣排出帶走物理熱為：

Qash=mashcashtash=

0.2×0.853×120=20(kJ)

④通過立式污泥烘干焚燒爐壁散熱損失

設(shè)立式污泥烘干焚燒爐壁圓柱體周邊與周圍環(huán)境進(jìn)行湍流對(duì)流傳熱，根據(jù)文獻(xiàn)[16]可得，立式污泥烘干焚燒爐壁與周圍環(huán)境的對(duì)流傳熱系數(shù)α為：

α=1.31(Δt)1/3=1.31×(100-25)1/3=

5.524(W·m-2·℃-1)

其中，Δt=tw-ta。tw為爐外壁溫度，取100 ℃。

以立式污泥烘干焚燒爐壁圓柱體周邊散熱損失進(jìn)行計(jì)算，考慮上下散熱再乘上系數(shù)1.2。由牛頓冷卻定律可得立式污泥烘干焚燒爐壁與周圍環(huán)境的對(duì)流傳熱量：

60(kJ)

⑤總支出熱量

Qout=Qev+Qeg+Qash+Qhl=

1 656+404+20+60=2 140(kJ)

(3)熱量平衡表

廢氣出口溫度取150 ℃計(jì)算所得污泥烘干焚燒爐熱量平衡數(shù)據(jù)如表5所示。

3.2.3 廢氣出口溫度按300 ℃計(jì)算的熱量平衡

廢氣出口溫度按300 ℃進(jìn)行熱量平衡計(jì)算時(shí)，除部分參數(shù)取值不同外，所用公式與過程均與3.2.2節(jié)相同。

表5 廢氣溫度取150 ℃時(shí)計(jì)算的熱量平衡表Table 5 The heat balance table calculated when the exhaust gas temperature is 150 ℃

(1)收入熱量

計(jì)算過程同3.2.2節(jié)，Qin=Qc,rs+Qrs+Qab=2 698+75+32=2 805(kJ)。

(2)支出熱量

①水分蒸發(fā)耗熱

1×62.00%[4.19(100-25)+2 257.2+

(3 074.1-2 676.5)]=1 841(kJ)

②廢氣排出帶走物理熱

設(shè)廢氣排出溫度teg=300 ℃，由文獻(xiàn)[15]可查得氣體在300 ℃的比熱容c，廢氣中各種氣體的體積和比熱容數(shù)據(jù)如表6所示。

表6 300 ℃廢氣中各種氣體的體積與比熱容Table 6 Volume and specific heat capacities of various gases in exhaust gas at 300 ℃

則廢氣排出帶走物理熱為：

Qeg=(VCO2cCO2+VH2OcH2O+VSO2cSO2+VN2cN2+

VO2cO2)teg=(0.13×1.878+0.90×1.535+

0.002×1.961+0.78×

1.313+0.068×1.355)×300=824(kJ)

③灰渣排出帶走物理熱

同前，灰渣的比熱容按脫水高嶺土的比熱容進(jìn)行計(jì)算。設(shè)灰渣排出溫度tash=150 ℃，根據(jù)文獻(xiàn)[15]，150 ℃灰渣的平均比熱容cash=0.870 kJ/(kg·℃)，則灰渣排出帶走物理熱為：

Qash=mashcashtash=

0.2×0.870×150=26(kJ)

④通過立式污泥烘干焚燒爐壁散熱損失

計(jì)算過程同3.2.2節(jié)，Qhl為60 kJ。

⑤總支出熱量

Qout=Qev+Qeg+Qash+Qhl=

1 841+824+26+60=2 751(kJ)

(3)熱量平衡表

廢氣出口溫度取300 ℃計(jì)算所得污泥烘干焚燒爐熱量平衡數(shù)據(jù)如表7所示。

4 結(jié)論

以1 kg原狀污泥進(jìn)入立式污泥烘干焚燒爐作為質(zhì)量計(jì)算基準(zhǔn)，廢氣出口溫度分別取150 ℃與300 ℃計(jì)算可知：若廢氣出口溫度為150 ℃，收

表7 按廢氣溫度為300 ℃計(jì)算的熱量平衡表Table 7 Heat balance calculated at exhaust gas temperature of 300 ℃

入熱量2 805 kJ，支出熱量2 140 kJ，收入熱量高出支出熱量665 kJ，高出約31.07%；若廢氣出口溫度為300 ℃，收入熱量2 805 kJ，支出熱量2 751 kJ，收入熱量高出支出熱量54 kJ，高出約1.96%。從兩種設(shè)定條件計(jì)算結(jié)果可知，城東污水處理廠污泥理論上可實(shí)現(xiàn)自持平衡焚燒，從而實(shí)現(xiàn)污泥的減量化、無(wú)害化、穩(wěn)定化處理；后期若再考慮焚燒灰渣在建材方面的應(yīng)用，還可實(shí)現(xiàn)焚燒灰渣的資源化利用。