吸收式热泵耦合带式干化在热电厂煤泥掺烧上的应用分析

文_梁静 薛会鸽

1 上海净泥新能源科技有限公司 2 盖罗（上海）自动化控制设备有限公司

污泥是污水处理的副产物，污泥处理与处置遵循“减量化、无害化、资源化”的原则，当前以焚烧为核心的处理方法是污泥处置最彻底、便捷和经济的方法，利用热电厂协同焚烧具有天然优势和节能效益，且节省投资、便于规模化处置。

1 技术方案

某开发区是以现代轻纺产业为主导的工业园区，园区配套有印染产业项目及其自建的污水处理及污泥脱水设施。伴随着产生大量剩余污泥，以脱水后含水率80%计，泥量达1万t/a。由于印染废水中含有Zn、Cr、Ni等多种重金属，污水处理产生的污泥一般被鉴定为危险固废。为此，园区为解企业燃眉之急，在园区污水处理厂常规的污泥脱水基础上，新增扩建一套处理量为300t/d、含水率为80%的污泥热干化系统，将污泥含水率降至30%以下。该污泥干化减量设施依托园区污水厂，收集园区内各印纺企业污泥，均质混合，并将湿污泥经烘干后送至园区热电厂，与电厂燃煤按设定的掺烧比例混合，送至焚烧锅炉处置。

1.1 系统设计

建设内容：湿泥收集储运系统、回热循环网带式干燥系统、蒸汽供热系统、余热水热能回收利用系统、干泥机运系统、热电厂煤泥掺烧系统等设施。

处理规模：收集、贮存、处理园区内印染污泥和园区污水处理厂污泥合计10000t/a（按含水率80%计）；

处理工艺：含水率约80%的湿污泥经带式干燥机烘干后，含水率降低至30%，与电煤按设定的掺烧比例混合，送热电厂锅炉焚烧。带式干燥机的能量来源于热电厂蒸汽供热，且通过吸收式热泵回收干化机冷却循环热网水余热并提供给干化机热量。物料循环流程见图1。

图1 物料循环流程图

1.2 污泥收集、储运系统

园区印纺企业污水处理站一般设有物化和生化系统，污泥脱水设施一般采用板框机或带压机等，脱水后污泥含水率为65%～80%。收集的工业污泥经均质混合调配后，暂存于湿泥料仓中。为便于收集车辆倾倒，一般还需设置收集池，收集池设置于一楼，池内设置有输送机用于输送湿污泥，池顶设置有格栅网板用于过滤转运污泥内颗粒杂质，防止影响后段设备运行。

1.3 回热循环网带式干燥系统

污泥干燥机采用网带式干燥低温冷凝除湿技术，配置有污泥造粒机、干燥网带机运系统、循环风系统、冷凝除湿系统。其运行原理是湿污泥经造粒成型并静态铺摊在透气网带上，由机运系统转输，网带机运系统一般设计2～4层不等，上下叠加布置，首尾错开。污泥带式干燥机用不断循环的干燥空气来把干燥通道网带上的污泥水分带走，网带缓慢地在干燥通道内往前送，不断循环的干燥空气把污泥水分蒸发，使污泥的体积和重量不断下降，整个干燥过程在密封环境内进行，不会有臭味和粉尘逸出。采用低温干化（80℃）可充分避免污泥中不同类型的有机成份挥发。

污泥蒸发形成的湿热空气（温度60℃，RH 90%）经冷凝除湿装置降温脱湿形成冷凝水，冷凝水统一收集排入污水厂前端水处理系统。降温脱湿的低温干燥空气由加热器（一般为热水换热器）提供热量，加热的干热空气（温度80℃，RH5%）又由循环进入带式干燥机通道内，如此循环，完成蒸发除湿、污泥干燥过程。

干化机空气加热器所需的热量一般由热水换热提供，加热换热采用90℃热水进水，70℃热水回水。空气降温除湿器冷却热量由冷却水提供，冷凝降温采用33℃冷却进水，45℃冷却回水。干化机所需供热循环水和冷却循环水均与吸收式热泵相连，通过吸收式热泵驱动提供热源和冷源，同时在冷却管路上可以设置冷却水塔作为补充冷却。

1.4 蒸汽供热和热源回收利用系统

污泥干燥干化过程所需的驱动热源可以是热电厂热电机组蒸汽，也可以回收利用汽轮机乏汽余热。污泥干化采用的吸收式热泵，是回收干化机内的冷却循环余热水的低品位废热热量，利用高品位热能（本方案采用热电锅炉蒸汽）作为驱动热源，将本来应排放的干化机冷却水余热，转换至供热循环水内。该技术不仅可以将冷却余热水（45℃）的热量加以利用，用来加热干化机内的热循环水（70℃），再利用热源蒸汽，再次加热热循环水到90℃，作为干化机的热源使用，而且可以降低冷却循环余热水温度（40℃），再由冷却水塔作为补充降温设施，将冷却循环水温降低至33℃，作为干化机的冷源使用。由于回收利用了干化机冷却余热水，从而减少干化的蒸汽用量。

1.5 干泥机运和煤泥掺烧系统

经干化后的污泥颗粒由机运系统转输到园区热电厂，与电煤按照一定比例进入锅炉进行焚烧处理。根据调查分析，不同种类的污泥具有不同的组成及热值，根据类似工程进行的污泥焚烧特性试验，分析得到的干态污泥在物理性质、元素分析和工业分析等方面与褐煤有许多相似之处，其灰分与煤相近，固定碳的含量则低得多，可充当低档燃料使用。污泥掺混比例不大于6%时不影响煤粉锅炉的安全稳定运行，少量污泥的掺入对锅炉效率影响不大, 原煤耗量的增加可忽略不计。

热电厂利用发电机组汽轮机抽气或排气，向园区企业供应生产和生活所需的蒸汽，另一部分蒸汽通过管道送到污泥干燥机的吸收式热泵装置，作为其驱动热源。

2 经济效益和社会效益分析

2.1 减量效益

污泥干燥干化是污泥处理处置技术的前提和关键所在，本项目采用回热循环带式干燥，经测算园区企业污泥干燥前含水率约为80%，经热干化脱水，干泥含水率保持在30%左右，减量比例达71.4%，减量效果非常稳定。相比于湿污泥（含水率80%）直接混合掺烧，焚烧处置量增加2倍之多，污泥干燥干化的减量效益显著。

2.2 经济效益

该工程设施利用了污水处理厂空地和园区热电厂供电、供水、供热系统，节约了一定的建设费用。污泥带式烘干系统采用蒸汽吸收式热泵供热，比常规蒸汽直接供热节省30%～40%蒸汽耗量。以处理规模300t/d、含水率80%干燥至30%的污泥量计，采用吸收式热泵机组，总制热量8560kW，回收污泥烘干循环水余热2568kW，节省蒸汽量约 25070t/a，折算成标准煤2272t/a，减少CO2排放5586t/a。

2.3 循环经济效益

园区热电厂蒸汽锅炉余热或烟气废热给污泥干燥提供驱动能源，吸收式热泵回收利用干化机冷却循环水余热；同时，干燥的污泥补充燃烧热值、降低电厂煤耗；其次，热电厂也可享受财税优惠政策、申请国家循环经济补助。

3 设施运行建议

3.1 污泥烘干含水率建议

当污泥固含量超过40%DR时，在焚烧过程中能量平衡显示正值。建议针对不同焚烧方式选择合适污泥干燥含固率。不同焚烧方式推荐污泥干燥含水率见表1。

表1 污泥焚烧推荐干燥含水率表

3.2 污泥进料成型的建议

由于园区污泥来源多样、形态多样，含水率波动较大，建议将收集来泥调质均匀后进料。控制干化进泥含水率70%～80%，进料成型为直径5～6mm的条状污泥静态铺摊在网带上，以控制污泥干化后粉尘产生，降低污泥干化机维护保养工作。

4 结语

污泥干化减量、热电厂协同焚烧是现阶段污泥处理处置的理想方案，工业园区建设基于吸收式热泵的污泥带式干燥协同煤泥掺烧设施，是借助现役煤电机组发电供热系统的一种环保集中处置平台。该技术既能回收利用余热废热，减少环境热污染，同时实现污泥减量化、无害化、资源化和规模化处置，形成基于污泥处置、废热回收的循环经济产业链。