污泥干化蒸氣熱能深度利用研究

俞益輝　張寶茸

（蘇州工業園區中法環境技術有限公司江蘇蘇州215125）

污泥干化蒸氣熱能深度利用研究

俞益輝張寶茸

（蘇州工業園區中法環境技術有限公司江蘇蘇州215125）

以實際運行的兩段式污泥干化系統為基礎，從理論測算和實際運行兩方面研究污泥干化過程中電廠余熱蒸氣消耗量受其壓力、溫度變化的影響情況，結果發現電廠過熱蒸氣壓力和溫度的提高均有助于干化蒸氣消耗量的降低。提出利用一段產生的高壓蒸氣冷凝水潛在的熱能閃蒸成低壓蒸氣，用于二段預熱，干化每噸濕污泥，可節約0.03t蒸氣，降低冷卻水75%。投用閃蒸氣具有明顯的節能降耗效果。

兩段式污泥干化工藝；過熱蒸氣；蒸氣單耗；閃蒸氣

文章以實際運行的兩段式污泥干化系統為基礎，從理論測算和實際運行數據兩方面研究污泥干化過程中電廠余熱蒸氣消耗量受其壓力、溫度變化的影響情況，提出利用一段產生的高壓蒸氣冷凝水潛在的熱能閃蒸成低壓蒸氣，用于二段預熱，并對實際項目進行改造，從理論分析和實際運行情況兩方面提供蒸氣消耗量大幅下降的數據。

1過熱蒸氣壓力與溫度對蒸氣消耗量的影響

1.1理論測算

以熱電廠提供250℃，9bar的過熱蒸氣為基礎進行測算。過熱蒸氣進入減溫罐后通過100℃蒸氣冷凝水補充，變成等壓下飽和蒸氣，1t飽和蒸氣需要同壓下過熱蒸氣的量為（飽和蒸氣焓值-蒸氣冷凝水焓值）/（過熱蒸氣焓值-蒸氣冷凝水焓值）（式1）

1t含固率為20%的濕污泥蒸發到75%時需要蒸發733kg水分，消耗的熱能由污泥中水分從常溫25℃升高到100℃需吸收的熱量和從100℃沸水變為水蒸氣需要吸收的熱量兩部分組成，約1,885,056kJ。

據此，計算出不同壓力下干化1t濕污泥的理論飽和蒸氣消耗量見表1。

表1不同壓力下干化噸濕污泥飽和蒸氣消耗量

通過軟件計算出不同壓力和溫度下過熱蒸氣焓值，結合表1和式（1）計算出不同溫度及壓力下將1t含固率20%左右的濕污泥干化至75%所需要的過熱蒸氣量見表2。

表2不同溫度及壓力下干化1噸濕污泥所需過熱蒸氣理論消耗量（t）

從表2可看出，干化噸污泥蒸氣消耗量隨著壓力的升高而稍有增加，壓力提高0.5bar，干化噸濕污泥蒸氣消耗量增加0.001t~0.002t，原因是過熱蒸氣焓值隨著壓力的增加而稍有降低，但實際運行過程中，過熱蒸氣壓力的提高有助于飽和蒸氣壓力的提高，而飽和蒸氣的消耗量隨著壓力的升高而降低，因此，實際生產中需要保持一定的壓力；單位蒸氣消耗量隨著過熱蒸氣溫度的升高而有明顯的降低趨勢，溫度降低10℃，干化噸污泥蒸氣消耗量增加0.005t~0.007t。

過熱蒸氣通過減溫變成飽和蒸氣后，壓力基本保持不變，溫度降低至此壓力下飽和蒸氣對應的溫度值；過熱蒸氣溫度越高，變成飽和蒸氣吸收的水分越多，變成的飽和蒸氣量越多，被利用的越多，過熱蒸氣消耗量降低；過熱蒸氣壓力越高，飽和蒸氣壓力越高，飽和蒸氣焓值越高，蒸氣單耗越低。

總的來說，在安全的前提下（建議不高于11bar，260℃），實際生產過程中，電廠過熱蒸氣壓力和溫度的提高有助于干化線蒸氣消耗量的降低。

2蒸氣熱能深度利用研究

兩段式污泥干化系統采用熱電廠過熱蒸氣作為熱源，過熱蒸氣進入車間后，通過減溫器變成飽和蒸氣進入干化線，壓力一般在7bar g～9bar g之間。一段薄層蒸發器為間接式干化，二段帶式干燥機為直接吹熱風干化，熱風靠一段干化產生的廢熱蒸氣預熱后，新鮮蒸氣進入再加熱器，將熱風加熱到需要的溫度。

2.1改造后系統熱量平衡及能資源消耗

原有的蒸氣系統中，存在于蒸氣冷凝水中的大量熱量被冷卻水帶走，一方面造成能源浪費，另一方面消耗大量冷卻水，經對蒸氣系統的產生和使用進行深度研究，工程師提出對系統進行改造，將一段產生的高溫高壓冷凝水通過閃蒸罐閃蒸成二段所需壓力下的蒸氣，用于熱風的再預熱，不足部分由新鮮蒸氣補充。

改造后，干化每噸濕污泥可節約0.03t蒸氣（4.3%），且由于冷凝水的熱量已被釋放成為蒸氣用于二段預熱，在蒸氣冷凝水罐內產生的閃蒸氣量降低0.03t，冷卻所需的冷卻水量降低1.08t（75%）

2.2閃蒸氣的工作原理及不同條件下閃蒸量測算

閃蒸氣產生于高壓水的溫度高于低壓時的飽和溫度時，在最終壓力P2下產生的閃蒸蒸氣的量可以用下式計算：

式中：P1——初始壓力

P2——最終壓力

Hf——液體焓（kJ/kg）

Hfg——蒸發焓（k J/kg）

即，產生閃蒸蒸氣的比例是過剩的熱量與最終壓力下蒸發焓的比值。

投用閃蒸氣系統后，不同干化參數下節約250℃，9bar過熱蒸氣量結果見,可以看出，一段蒸氣冷凝水溫度越高，二段飽和蒸氣壓力越低，閃蒸率越高，蒸氣節約量越大，干化每噸濕污泥最高可節約0.043t過熱蒸氣，節約蒸氣效果明顯。

3實際運行效果分析

兩段式干化工藝二段帶機循環風經過一段廢熱預熱后，溫度由48℃提升至85℃，投用閃蒸氣后，溫度提高至94℃~95℃，進泥量4500kg/h左右時，此溫度可保證干污泥含固率在75%左右。新鮮蒸氣僅需提供將熱風提高3~4℃的熱量即可。

4結語

4.1實際生產過程中，在安全的前提下（建議不高于11bar，260℃），電廠過熱蒸氣壓力和溫度的提高有助于干化蒸氣消耗量的降低。

4.2利用閃蒸氣的工作原理，將一段蒸氣冷凝后的高壓熱水閃蒸成低壓蒸氣用于二段預熱，干化每噸濕污泥，理論正常可節約0.03t蒸氣（最高0.04t），降低冷卻水75%。對比未投用閃蒸氣的情況，實際運行結果顯示噸污泥蒸氣消耗降低0.03t～0.06t。投用閃蒸氣具有明顯的節能降耗效果。

[1]房凱,張忠苗,劉興旺,駱嘉成.工程廢棄泥漿污染及其防治措施研究[J].巖土工程學報.2011(S2).

[2]趙曉琳,朱曉麗,郁建元.利用污泥生產生態水泥的研究[J].中國資源綜合利用.2011(07).