污泥干化焚燒的運行研究

李小杰 戴斌

摘 要：為推動我國社會的可持續(xù)發(fā)展，我國越來越重視節(jié)能降耗措施在各個領(lǐng)域中的落實。在以往的污泥處理中往往需要消耗大量的能源，對污泥干化焚燒系統(tǒng)的運行工況進行研究，有助于節(jié)能降耗目標的順利實現(xiàn)。鑒于此，本文對污泥干化焚燒系統(tǒng)進行了簡要介紹，對該系統(tǒng)的平衡模型進行了構(gòu)建，并針對污泥干化焚燒系統(tǒng)的不同運行工況提出相應(yīng)的運行策略。

關(guān)鍵詞：污泥；干化；焚燒；運行

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.018

0 引言

在污泥處理中，將污泥焚燒時所產(chǎn)生的熱量用于污泥干化，能夠大幅節(jié)約能源的消耗，提高能源利用效率。在進行污泥干化時，污泥中的初始含水率以及干化后的目標含水率是決定能源消耗大小的關(guān)鍵所在。污泥干化焚燒系統(tǒng)作為污泥干化和焚燒的重要設(shè)備，其在運行過程中會受到諸多因素的影響，這些因素在波動過程中也會影響其運行模式，進而影響系統(tǒng)對能耗的節(jié)約效果。因此，有必要對污泥干化焚燒系統(tǒng)的相關(guān)運行模式進行深入的研究，以此探尋最佳的污泥干化焚燒運行模式，最大限度的發(fā)揮節(jié)能降耗優(yōu)勢。

1 污泥干化焚燒系統(tǒng)介紹

在污泥干化焚燒系統(tǒng)中，主要分成污泥干化單元和熱能利用單元兩個部分組成，該系統(tǒng)在進行污泥干化時，為防止污泥黏滯在輸送管道的內(nèi)表面，需要先將絕大部分的濕污泥利用污泥干化機進行干化，待濕污泥干化至指定的含水率時，再將其與剩余部分的濕污泥進行混合，然后共同送入到焚燒爐中進行燃燒。此時，熱能利用單元便會將焚燒爐燃燒時所產(chǎn)生的熱量輸送到污泥干化單元來進行利用。

2 污泥干化焚燒系統(tǒng)的平衡模型構(gòu)建

為了分析污泥干化焚燒系統(tǒng)的運行工況，本文構(gòu)建了該系統(tǒng)的能量及物料平衡模型，將進量一定條件下，對污泥進行干化時所需蒸發(fā)的水分流量利用公式表示為：

在該公式中，蒸發(fā)水分的流量由表示，污泥經(jīng)干化后所具有的含水率則由表示。對這些水分進行蒸發(fā)所需的能量可由公式表示為：

在該公式中，干化機出口位置的污泥溫度由表示。污泥在干化時，其載氣用量是由排氣溫濕度所決定的，應(yīng)確保排氣中的濕空氣不會在管道結(jié)露，干燥時消耗的載氣量可由以下公式表示，即：

在該公式中，干化機的入口和出口位置的載氣量所含有的濕度分別由與表示，載氣含濕量可通過以下公式表示，即：

在該式中，大氣壓和蒸汽壓分別由與e進行表示。干化機出口的載氣量所帶走的熱量可由以下公式表示，即，其中，干化機入口位置和出口位置的載氣溫度分別由與表示。污泥在干化到指定的含水率時，其所消耗的熱量由以下公式表示，即，該公式中待干化污染的流量由表示，干化機所需消耗的能量則由以下公式表示，即：，由以上公式可得出污泥在干化焚燒時的能量平衡模型，即，在該公式中，污泥在進入焚燒爐時的物理顯熱由表示，一次與二次風的顯熱由表示，焚燒爐中的蒸氣能由表示，煙氣中含有的能量由表示，可燃氣未完全燃燒時所具有的能量由表示，排灰渣顯熱及可燃因體未完全燃燒時所具有的能量分別由與表示，焚燒爐的熱能損失量由表示。

3 污泥干化焚燒系統(tǒng)的運行策略

（1）污泥含水率的控制。從污泥干化焚燒的能量平衡模型可以了解到，污泥含水率超過60%時，如果不在爐內(nèi)投入輔助燃料，爐內(nèi)溫度是無法達到850℃以上的，這也造成余熱鍋爐難以產(chǎn)生足夠壓強的高溫煙氣與足夠溫度的飽和蒸汽。根據(jù)焚燒爐的能量平衡關(guān)系，可以推斷出在不使用任何輔助燃料時，污泥在入爐前所具有的不同含水率，與之對應(yīng)的理論床溫，并可找出爐溫在達到850℃以上時的污泥含水率。

（2）運行負荷的控制。據(jù)實踐表明，如果入爐污泥的含水率控制在60%左右時，則其干化后的含水率可達到40%，其運行負荷會呈現(xiàn)出70%至120%的波動幅度，當增加污泥處理量時，則所消耗的能量及焚燒時的能量會進行線性增加，不過其干化時的能耗要更大。如果系統(tǒng)以低于預(yù)期負荷的方式進行設(shè)計，需少量補充能量至干化系統(tǒng)中，如果系統(tǒng)以高于預(yù)期負荷的方式進行設(shè)計，則需相應(yīng)增加干化系統(tǒng)中的能量補充。在分析過程中，需把波動負荷在干化與焚燒兩個單元上進行分攤，在確保入爐污泥的含水率控制在60%的前提下，根據(jù)運行負荷與設(shè)計值的實際對比情況來調(diào)節(jié)干化系統(tǒng)中的能量補充，這樣便可最大限度的減少干化系統(tǒng)對能量的需求量。

（3）污泥熱值的控制。在污泥干化焚燒系統(tǒng)運行過程中，污泥在進廠時其泥質(zhì)會因各種因素而發(fā)生變化，這種變化體現(xiàn)在污泥熱值給系統(tǒng)運行效率所造成的影響。依據(jù)上文中的能量平衡模型可知，如果系統(tǒng)按照設(shè)計中的規(guī)定進行污泥處理時，則污泥熱值的波動范圍在20%以內(nèi)，當增加污泥熱值時，則其焚燒過程中產(chǎn)生的熱能會進行線性增加，考慮到污泥熱值不會對干化過程的能量損耗有較為明顯的影響，因此對干化系統(tǒng)的能量補充也會隨之降低，如果污泥在進廠時其熱值比設(shè)計值要低，則當污泥在入爐時的含水率是60%時，應(yīng)在爐內(nèi)添加輔助燃料。

4 結(jié)語

總而言之，本文通過對污泥干化焚燒系統(tǒng)進行了介紹，并分析了其能量平衡模型，進而明確了影響污泥干化焚燒系統(tǒng)的相關(guān)因素，針對這些影響因素提出了對應(yīng)的運行策略，從而確定了污泥干化焚燒系統(tǒng)的最佳運行條件應(yīng)是入爐污泥的含水率應(yīng)控制在60%以內(nèi)，并且爐內(nèi)溫度應(yīng)達到850℃時，方可起到最好的節(jié)能降耗效果。

作者簡介：李小杰（1983-），男，浙江鄞縣人，本科，中級工程師，從事危廢焚燒處置、污泥干化焚燒處置方面的工作。