污泥干燥焚烧系统能耗的影响因素分析

吴春华 李盼盼

（国电科学技术研究院） （东南大学能源环境学院)

0 概述

城市污泥的处置是一个世界性的社会和环境问题。我国城市污水污泥多数未经稳定化和无害化处置，这会导致新的环境问题。随着污水处理率的不断提高，污泥量还将大大增加。一些工业发达国家在城市污泥综合治理方面经历了较长时间，在因地、因时、因利制宜方面比较成熟，主要有填埋、堆肥、干燥、焚烧等几种方法，这些方法各有优缺点。本文提出了一种干燥焚烧方法，将污泥干燥机和污泥焚烧炉有机地结合在一起，形成了一套完整的污泥处置系统，可以将污泥最大限度地减量化、无害化，实现了污泥的能源利用。

1 污泥干燥焚烧处置系统

污泥干燥焚烧处置系统如图1所示。

污泥通过加料机2，连续稳定地送入干燥机3，在干燥机内与热烟气接触，进行热质传递，污泥中的水迅速蒸发，变成干污泥。干污泥随降温后的烟气 （130℃）先后进入旋风分离器4和布袋除尘器5，进行气固分离。经气固分离得到的干污泥直接送入流化床焚烧炉7进行焚烧，焚烧产生的烟气作为污泥干燥机的热介质。若烟气的热量满足不了干燥机干燥污泥的要求，则在焚烧炉7中适当添加煤，以满足污泥干燥机中能量平衡的需求。

图1 污泥干燥焚烧处置系统

130℃的烟气经过两级除尘后，若直接排入大气中，虽然其粉尘含量小于50 mg/Nm3，完全能够达到国家规定的环保标准，但烟气中的SO2排放浓度会超标。所以在该系统中设置了喷淋塔10，采用氨法脱硫，以脱除烟气中的硫化物。这样，脱硫后的烟气其硫化物的排放浓度已小于200 mg/Nm3。然后，经过脱硫的烟气大部分在回流风机的作用下回到干燥系统，并与流化床产生的800～900℃的烟气混合，形成200～500℃的烟气，这一烟气再送入干燥机作为干燥介质。少量烟气进入吸附塔11，在进一步处置后即可达标排放。

2 干燥焚烧系统的能耗分析

污泥干燥系统的能耗Q包括以下几个部分：

式中Q1——污泥中水蒸发需要的热量；

Q2——污泥在干燥机中升温需要的热量；

Q3——烟气排出污泥干燥机时带走的热量；

Q4——系统的散热损失。

通过对干燥焚烧系统进行物料衡算和热量衡算可知，每小时处置1 t湿污泥（其初始含水率80%，干燥后含水率30%）需要热量2.805×106kJ/h。而城市污泥其干基热值一般大于8.374×103kJ/kg，所以每小时处置1 t污泥可以得到干污泥200 kg，其焚烧时可以产生1.675×106kJ/h的热量。因此对整个污泥干燥焚烧系统而言，每小时处置1 t污泥，理论上还需要补充1.130×106kJ/h的热量，折合标煤39 kg，即处理1 t污泥需要耗能39 kg标煤。

3 干燥机入口温度对污泥干燥焚烧系统能耗的影响

污泥干燥焚烧系统的能耗主要取决于污泥干燥机。在干燥机排烟温度不变的情况下，污泥干燥机的热效率受干燥机入口温度影响较大。为此本文计算分析了不同入口温度对干燥焚烧系统能耗的影响，即同样处置1 t污泥，每小时需额外添加的标煤的数量，计算结果如表1所示。表1显示，干燥机入口温度越低，干燥焚烧系统消耗的标煤数量就越多，且随着入口温度的降低，标煤的消耗增幅增大；干燥机入口温度越高，干燥焚烧系统消耗的标煤数量就越少，也就是说流化床焚烧炉出口烟气800～900℃，不掺混冷烟气降温，直接送入污泥干燥机，干燥焚烧系统能耗最低。因此污泥干燥机所能承受的入口最高温度，决定了污泥干燥焚烧系统能耗的高低。

表1 干燥机入口温度对污泥干燥焚烧系统能耗的影响

4 污泥初始含水率对干燥焚烧系统能耗的影响

初始含水率的高低反映了污泥中水量的多少，其对干燥焚烧系统的能耗将产生直接的影响。本文在干燥机入口温度400℃、干燥后污泥含水率30%条件下，计算分析了不同初始含水率对干燥焚烧系统能耗的影响，计算结果如表2所示。由表2可知，初始含水率每降低5%，额外添加的标煤将减少8 kg/h。所以为了降低污泥干燥焚烧系统的能耗，要尽可能采用机械脱水的方法降低污泥的初始含水率，从而降低污泥处置的能耗。

表2 污泥初始含水率对干燥焚烧系统能耗的影响

5 污泥干燥后含水率对干燥焚烧系统能耗的影响

污泥干燥后的含水率受干燥过程控制。本文提出的污泥处置系统，其污泥干燥后含水率是可调的。污泥干燥后含水率的控制直接影响到干燥焚烧系统的能耗。本文计算了干燥机入口温度400℃、污泥初始含水率30%条件下，干燥后不同含水率对干燥焚烧系统能耗的影响，计算结果如表3所示。

由表3可知，干燥后含水率越低，干燥过程需要去除的水越多，耗费的标煤就越多。所以干燥后污泥的含水率是一个重要的控制参数，通常需要与流化床焚烧炉相结合，以确定一个最佳的数值。

表3 污泥干燥后含水率对干燥焚烧系统能耗的影响

综上所述，污泥干燥机入口温度越高、污泥初始含水率越低、污泥干燥后含水率越高，污泥干燥焚烧系统的能耗就越少，装机容量也会越小，污泥处置的单位动力消耗就越少，因而系统所有设备的外形尺寸也会变小，这样就可降低干燥焚烧系统的一次性投资。

6 结论

（1）本文提出的干燥焚烧系统能实现污泥的减量化、无害化，并能对其进行能源利用。

（2）污泥干燥机入口温度越高、污泥初始含水率越低、污泥干燥后含水率越高，污泥干燥焚烧系统的能耗就越少，装机容量就越小，干燥焚烧系统的一次性投资就越少。

（3）在干燥机进口烟气温度400℃、污泥初始含水率80%、干燥后含水率30%的情况下，每干燥焚烧1 t污泥，只需额外增加能耗39 kg标煤。