垃圾焚燒協(xié)同污泥干化乏汽冷凝熱回收工藝分析

摘 要：針對300 t/d污泥干化后乏汽冷凝處理措施，分別介紹了乏汽冷凝熱回收工藝與乏汽噴淋洗滌冷凝工藝的流程，比較了兩種工藝耗電、耗水用量參數(shù)。通過參數(shù)對比與分析可知，污泥干化乏汽冷凝熱回收工藝有助于減少能源消耗，提高垃圾焚燒電廠協(xié)同污泥干化乏汽冷凝熱回收的廠區(qū)經(jīng)濟效益，這對污泥干化乏汽冷凝熱回收技術(shù)在全國推廣應(yīng)用有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：乏汽冷凝;熱回收;焚燒協(xié)同;污泥干化

中圖分類號：X703;TU83? 文獻標志碼：A? 文章編號：1671-0797（2022）13-0069-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.13.020

0??? 引言

目前，國內(nèi)外污泥處理方法研究較多的是污泥干化工藝。通用污泥干化工藝主要是將污泥由泵輸送至干燥機進行干燥處理，污泥在干燥機內(nèi)受到攪拌、振動以及加熱界面的加熱，乏汽被迅速蒸發(fā)出來。干燥機出來的乏汽（85～95 ℃）經(jīng)過噴淋洗滌塔冷凝脫除水分，冷凝后的乏汽溫度約為45 ℃，冷凝后的乏汽大部分送回干燥機循環(huán)使用，剩余送入爐排焚燒處理。噴淋塔洗滌用水采用中水，洗滌水全部作為廢水排放，排放廢水送至滿足污水處理廠處理達標后排放。由采用噴淋洗滌塔冷凝方式的工藝流程可分析出，此方式冷凝乏汽增加了系統(tǒng)的電耗量、補水量及加藥量，又損失了乏汽的熱量，這樣既增加了污泥干化的運行成本，還會導(dǎo)致能源的損失[1]。

國內(nèi)污泥干化處理車間逐步與生活垃圾焚燒廠進行協(xié)同建設(shè)，將污泥干化后與生活垃圾在爐排型焚燒爐內(nèi)共燃燒。若能將污泥干化后的乏汽采用換熱器與焚燒廠汽輪機凝結(jié)水換熱，將乏汽的熱量直接回收，可減少垃圾焚燒廠汽輪機凝汽器熱井凝結(jié)水換熱介質(zhì)的使用量，既降低垃圾焚燒電廠汽輪機抽汽的使用量，增加汽輪機發(fā)電，同時還可降低污泥干化整個系統(tǒng)的用電量、補水量及加藥量，減少乏汽熱量的損失。

煙臺某垃圾焚燒廠內(nèi)設(shè)置2×425 t/d焚燒線+1臺20 MW凝汽式汽輪發(fā)電機組以及300 t/d（80%含水率）的污泥干化處理設(shè)施，污泥干化后產(chǎn)生乏汽，乏汽有較高余熱。本文主要針對該廠對比分析通用污泥干化乏汽噴淋洗滌冷凝工藝與乏汽冷凝熱回收工藝的經(jīng)濟效益、節(jié)能效益等。

1??? 乏汽噴淋洗滌冷凝工藝與乏汽冷凝熱回收工藝流程對比

含水率80%的濕污泥由泵直接輸送至干燥機進行干燥處理，干化為含水率約40%的半干污泥，送入焚燒爐進行摻燒處理。污泥采用焚燒廠汽輪機二級抽汽進行加熱干化，污泥干化后產(chǎn)生的乏汽需要冷凝處理，冷凝后的污水進入污水處理系統(tǒng)，不凝結(jié)氣體送入焚燒爐一次風(fēng)機焚燒。

乏汽噴淋洗滌冷凝工藝中，污泥干化機經(jīng)蒸汽換熱后蒸發(fā)出的乏汽通過文丘里管和噴淋塔洗滌塔進行降溫，廢氣降溫至45 ℃后，經(jīng)引風(fēng)機送至焚燒爐焚燒;乏汽冷凝產(chǎn)生的污水，經(jīng)循環(huán)系統(tǒng)換熱器冷卻至35 ℃左右[1]，再送至污水處理系統(tǒng)處理達標后排放。乏汽噴淋洗滌冷凝工藝流程如圖1所示。

乏汽冷凝熱回收工藝為使一級換熱器冷凝污水降至35 ℃，需增設(shè)一路循環(huán)冷卻水滿足現(xiàn)有污水處理要求。余熱回收裝置的冷源來源于焚燒廠汽機凝汽器的冷凝水。凝汽器原冷凝水通過凝結(jié)水泵首先進入軸封加熱器加熱至45 ℃，其次進入低壓加熱器加熱至78 ℃后進入除氧器。采用干法余熱回收系統(tǒng)替代低壓加熱器，最高可以將冷凝水加熱至80～90 ℃進入除氧器，乏汽冷凝工藝既滿足了冷凝水的加熱需求，同時又減少了汽機抽汽。污泥干化乏汽冷凝熱回收工藝流程如圖2所示。

2??? 汽輪機裝置評價指標參數(shù)

垃圾焚燒電廠汽輪機凝汽器熱井凝結(jié)水一般是經(jīng)過凝結(jié)水泵進入汽封加熱器（汽源為汽輪機軸封漏氣）、低壓加熱器（汽源為汽輪機四級抽汽）、除氧器（汽源為汽輪機三級抽汽）進行逐步加熱，汽輪機主要抽汽參數(shù)及凝結(jié)水流程如圖3所示。采用污泥干化乏汽冷凝熱回收工藝，凝結(jié)水與乏汽換熱，汽輪機主要抽汽參數(shù)及凝結(jié)水流程如圖4所示。

傳統(tǒng)污泥干化乏汽經(jīng)噴淋洗滌塔與冷卻塔來水換熱工藝，垃圾焚燒發(fā)電廠凝結(jié)水乏汽噴淋洗滌冷凝介質(zhì)用量流程圖如圖5所示。

污泥干化乏汽冷凝熱回收工藝，鍋爐過熱器集箱出口主蒸汽經(jīng)母管，部分主蒸汽至空預(yù)器高壓段加熱一次風(fēng)，其余進入汽輪機做功;汽輪機一級抽汽至空預(yù)器二段加熱一次風(fēng);汽輪機二級抽汽至污泥干化，污泥干化后疏水至空預(yù)器過冷段加熱一次風(fēng);汽輪機三級抽汽至除氧器加熱凝結(jié)水;凝汽器熱井凝結(jié)水經(jīng)汽封加熱器后至污泥干化車間，與污泥干化后乏汽進行一次換熱后回至除氧器，整個過程凝結(jié)水不經(jīng)過低壓加熱器進行加熱，乏汽剩余熱量由冷卻塔循環(huán)水吸收。污泥干化乏汽冷凝熱回收介質(zhì)用量流程圖如圖6所示。

采用傳統(tǒng)污泥干化乏汽經(jīng)噴淋洗滌塔換熱工藝與污泥干化乏汽冷凝熱回收工藝，對汽輪機發(fā)電參數(shù)進行對比分析，數(shù)據(jù)如表1所示。

綜合對比，采用汽機除氧間汽封加熱器后，凝結(jié)水至冷卻污泥干化車間乏汽換熱比采用低加加熱汽封加熱器后凝結(jié)水汽耗率減少0.11 kg/（kW·h），熱耗率減少約293.86 kJ/（kW·h），循環(huán)水量減少約227.20 t/h，冷卻塔水損失約減少3.78 t/h（損失系數(shù)按1.665%計），全年8 000 h增加發(fā)電量約274.4×104 kW·h。

3??? 污泥干化乏汽處理工藝設(shè)備投入對比

分析乏汽噴淋洗滌冷凝工藝及乏汽冷凝熱回收工藝采用設(shè)備參數(shù)，污泥干化乏汽處理設(shè)備清單對比如表2所示。

乏汽冷凝熱回收工藝的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)與原系統(tǒng)的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)比較，用水量降低，循環(huán)水泵運行的功率降低，也直接起到了節(jié)電的效果。冷卻水量的減少同時也使冷卻塔的排汽、排污損失量同時降低，達到了節(jié)水的效果，而補水量的降低更是直接減少了加藥量，達到了節(jié)電、節(jié)水、節(jié)藥的多重效果[1]。

從表2設(shè)備清單對比表分析，采用乏汽冷凝熱回收工藝比乏汽噴淋洗滌冷凝工藝運行負荷減少122.38 kW，每小時節(jié)電約122.38 kW·h，污泥干化設(shè)備全年8 000 h節(jié)電約97.904×104 kW·h，污泥干化設(shè)備投資減少約20萬元。

4??? 污泥干化乏汽處理節(jié)能對比

分析乏汽噴淋洗滌冷凝工藝及乏汽冷凝熱回收工藝節(jié)能參數(shù)，300 t/d污泥干化乏汽處理節(jié)能對比如表3所示。

從表3節(jié)能對比表分析：相比乏汽噴淋洗滌冷凝工藝，采用乏汽冷凝熱回收工藝節(jié)能效果明顯，干化處理噸污泥總計節(jié)能約90.55元。

5??? 污泥干化乏汽處理工藝優(yōu)缺點對比

對乏汽噴淋洗滌冷凝工藝及乏汽冷凝熱回收工藝優(yōu)缺點進行綜合對比分析如表4所示。

污泥干化的主要能耗來自熱能和電能，其中熱能是污泥干化工藝的主要能耗[2]，乏汽噴淋洗滌冷凝工藝與乏汽冷凝熱回收工藝熱能均來自汽輪發(fā)電機組的二級抽汽，消耗蒸汽量相當(dāng)。采用乏汽冷凝熱回收工藝處理后，換熱后的廢氣經(jīng)風(fēng)機送至焚燒爐焚燒處理，廢氣未完全換熱的熱損失被焚燒爐利用，污泥干化系統(tǒng)整體熱損耗小。在污泥干化系統(tǒng)協(xié)同焚燒廠焚燒的情況下，污泥干化所需電能由傳統(tǒng)的外購轉(zhuǎn)為廠區(qū)內(nèi)自用，電能單價降低[2]，綜合對比分析得出：采用乏汽冷凝熱回收工藝相比乏汽噴淋洗滌冷凝工藝更為節(jié)能，經(jīng)濟和社會效益更好。

6??? 結(jié)語

研究污泥干化采用乏汽冷凝熱回收工藝與乏汽噴淋洗滌冷凝工藝配套設(shè)備基礎(chǔ)參數(shù)，300 t/d的污泥干化規(guī)模，污泥干化設(shè)備全年8 000 h節(jié)電約97.904×104 kW·h，污泥干化設(shè)備投資減少約20萬元。綜合對比采用汽機除氧間汽封加熱器后凝結(jié)水至冷卻污泥干化車間乏汽換熱比采用低加加熱汽封加熱器后凝結(jié)水汽耗率減少0.11 kg/（kW·h），熱耗率減少約293.86 kJ/（kW·h），循環(huán)水量減少約227.20 t/h，冷卻塔水損失約減少3.78 t/h（損失系數(shù)按1.665%計），全年8 000 h增加發(fā)電量約274.4×104 kW·h。通過以上對比參數(shù)的分析可知，污泥干化與垃圾焚燒廠協(xié)同作用，有助于減少能源消耗，提高垃圾焚燒協(xié)同污泥干化熱回收的經(jīng)濟效益，可對垃圾焚燒協(xié)同污泥干化乏汽冷凝熱回收工藝在全國推廣起到一定的指導(dǎo)作用。

[參考文獻]

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收稿日期：2022-04-08

作者簡介：劉寶宣（1989—），男，河南開封人，工程師，研究方向：垃圾焚燒及污泥污染物。