吸收式熱泵耦合帶式干化在熱電廠煤泥摻燒上的應用分析

文_梁靜 薛會鴿

1 上海凈泥新能源科技有限公司 2 蓋羅（上海）自動化控制設備有限公司

污泥是污水處理的副產物，污泥處理與處置遵循“減量化、無害化、資源化”的原則，當前以焚燒為核心的處理方法是污泥處置最徹底、便捷和經濟的方法，利用熱電廠協同焚燒具有天然優勢和節能效益，且節省投資、便于規模化處置。

1 技術方案

某開發區是以現代輕紡產業為主導的工業園區，園區配套有印染產業項目及其自建的污水處理及污泥脫水設施。伴隨著產生大量剩余污泥，以脫水后含水率80%計，泥量達1萬t/a。由于印染廢水中含有Zn、Cr、Ni等多種重金屬，污水處理產生的污泥一般被鑒定為危險固廢。為此，園區為解企業燃眉之急，在園區污水處理廠常規的污泥脫水基礎上，新增擴建一套處理量為300t/d、含水率為80%的污泥熱干化系統，將污泥含水率降至30%以下。該污泥干化減量設施依托園區污水廠，收集園區內各印紡企業污泥，均質混合，并將濕污泥經烘干后送至園區熱電廠，與電廠燃煤按設定的摻燒比例混合，送至焚燒鍋爐處置。

1.1 系統設計

建設內容：濕泥收集儲運系統、回熱循環網帶式干燥系統、蒸汽供熱系統、余熱水熱能回收利用系統、干泥機運系統、熱電廠煤泥摻燒系統等設施。

處理規模：收集、貯存、處理園區內印染污泥和園區污水處理廠污泥合計10000t/a（按含水率80%計）；

處理工藝：含水率約80%的濕污泥經帶式干燥機烘干后，含水率降低至30%，與電煤按設定的摻燒比例混合，送熱電廠鍋爐焚燒。帶式干燥機的能量來源于熱電廠蒸汽供熱，且通過吸收式熱泵回收干化機冷卻循環熱網水余熱并提供給干化機熱量。物料循環流程見圖1。

圖1 物料循環流程圖

1.2 污泥收集、儲運系統

園區印紡企業污水處理站一般設有物化和生化系統，污泥脫水設施一般采用板框機或帶壓機等，脫水后污泥含水率為65%～80%。收集的工業污泥經均質混合調配后，暫存于濕泥料倉中。為便于收集車輛傾倒，一般還需設置收集池，收集池設置于一樓，池內設置有輸送機用于輸送濕污泥，池頂設置有格柵網板用于過濾轉運污泥內顆粒雜質，防止影響后段設備運行。

1.3 回熱循環網帶式干燥系統

污泥干燥機采用網帶式干燥低溫冷凝除濕技術，配置有污泥造粒機、干燥網帶機運系統、循環風系統、冷凝除濕系統。其運行原理是濕污泥經造粒成型并靜態鋪攤在透氣網帶上，由機運系統轉輸，網帶機運系統一般設計2～4層不等，上下疊加布置，首尾錯開。污泥帶式干燥機用不斷循環的干燥空氣來把干燥通道網帶上的污泥水分帶走，網帶緩慢地在干燥通道內往前送，不斷循環的干燥空氣把污泥水分蒸發，使污泥的體積和重量不斷下降，整個干燥過程在密封環境內進行，不會有臭味和粉塵逸出。采用低溫干化（80℃）可充分避免污泥中不同類型的有機成份揮發。

污泥蒸發形成的濕熱空氣（溫度60℃，RH 90%）經冷凝除濕裝置降溫脫濕形成冷凝水，冷凝水統一收集排入污水廠前端水處理系統。降溫脫濕的低溫干燥空氣由加熱器（一般為熱水換熱器）提供熱量，加熱的干熱空氣（溫度80℃，RH5%）又由循環進入帶式干燥機通道內，如此循環，完成蒸發除濕、污泥干燥過程。

干化機空氣加熱器所需的熱量一般由熱水換熱提供，加熱換熱采用90℃熱水進水，70℃熱水回水。空氣降溫除濕器冷卻熱量由冷卻水提供，冷凝降溫采用33℃冷卻進水，45℃冷卻回水。干化機所需供熱循環水和冷卻循環水均與吸收式熱泵相連，通過吸收式熱泵驅動提供熱源和冷源，同時在冷卻管路上可以設置冷卻水塔作為補充冷卻。

1.4 蒸汽供熱和熱源回收利用系統

污泥干燥干化過程所需的驅動熱源可以是熱電廠熱電機組蒸汽，也可以回收利用汽輪機乏汽余熱。污泥干化采用的吸收式熱泵，是回收干化機內的冷卻循環余熱水的低品位廢熱熱量，利用高品位熱能（本方案采用熱電鍋爐蒸汽）作為驅動熱源，將本來應排放的干化機冷卻水余熱，轉換至供熱循環水內。該技術不僅可以將冷卻余熱水（45℃）的熱量加以利用，用來加熱干化機內的熱循環水（70℃），再利用熱源蒸汽，再次加熱熱循環水到90℃，作為干化機的熱源使用，而且可以降低冷卻循環余熱水溫度（40℃），再由冷卻水塔作為補充降溫設施，將冷卻循環水溫降低至33℃，作為干化機的冷源使用。由于回收利用了干化機冷卻余熱水，從而減少干化的蒸汽用量。

1.5 干泥機運和煤泥摻燒系統

經干化后的污泥顆粒由機運系統轉輸到園區熱電廠，與電煤按照一定比例進入鍋爐進行焚燒處理。根據調查分析，不同種類的污泥具有不同的組成及熱值，根據類似工程進行的污泥焚燒特性試驗，分析得到的干態污泥在物理性質、元素分析和工業分析等方面與褐煤有許多相似之處，其灰分與煤相近，固定碳的含量則低得多，可充當低檔燃料使用。污泥摻混比例不大于6%時不影響煤粉鍋爐的安全穩定運行，少量污泥的摻入對鍋爐效率影響不大, 原煤耗量的增加可忽略不計。

熱電廠利用發電機組汽輪機抽氣或排氣，向園區企業供應生產和生活所需的蒸汽，另一部分蒸汽通過管道送到污泥干燥機的吸收式熱泵裝置，作為其驅動熱源。

2 經濟效益和社會效益分析

2.1 減量效益

污泥干燥干化是污泥處理處置技術的前提和關鍵所在，本項目采用回熱循環帶式干燥，經測算園區企業污泥干燥前含水率約為80%，經熱干化脫水，干泥含水率保持在30%左右，減量比例達71.4%，減量效果非常穩定。相比于濕污泥（含水率80%）直接混合摻燒，焚燒處置量增加2倍之多，污泥干燥干化的減量效益顯著。

2.2 經濟效益

該工程設施利用了污水處理廠空地和園區熱電廠供電、供水、供熱系統，節約了一定的建設費用。污泥帶式烘干系統采用蒸汽吸收式熱泵供熱，比常規蒸汽直接供熱節省30%～40%蒸汽耗量。以處理規模300t/d、含水率80%干燥至30%的污泥量計，采用吸收式熱泵機組，總制熱量8560kW，回收污泥烘干循環水余熱2568kW，節省蒸汽量約 25070t/a，折算成標準煤2272t/a，減少CO2排放5586t/a。

2.3 循環經濟效益

園區熱電廠蒸汽鍋爐余熱或煙氣廢熱給污泥干燥提供驅動能源，吸收式熱泵回收利用干化機冷卻循環水余熱；同時，干燥的污泥補充燃燒熱值、降低電廠煤耗；其次，熱電廠也可享受財稅優惠政策、申請國家循環經濟補助。

3 設施運行建議

3.1 污泥烘干含水率建議

當污泥固含量超過40%DR時，在焚燒過程中能量平衡顯示正值。建議針對不同焚燒方式選擇合適污泥干燥含固率。不同焚燒方式推薦污泥干燥含水率見表1。

表1 污泥焚燒推薦干燥含水率表

3.2 污泥進料成型的建議

由于園區污泥來源多樣、形態多樣，含水率波動較大，建議將收集來泥調質均勻后進料。控制干化進泥含水率70%～80%，進料成型為直徑5～6mm的條狀污泥靜態鋪攤在網帶上，以控制污泥干化后粉塵產生，降低污泥干化機維護保養工作。

4 結語

污泥干化減量、熱電廠協同焚燒是現階段污泥處理處置的理想方案，工業園區建設基于吸收式熱泵的污泥帶式干燥協同煤泥摻燒設施，是借助現役煤電機組發電供熱系統的一種環保集中處置平臺。該技術既能回收利用余熱廢熱，減少環境熱污染，同時實現污泥減量化、無害化、資源化和規模化處置，形成基于污泥處置、廢熱回收的循環經濟產業鏈。