李小杰 戴斌

摘 要：為推動(dòng)我國(guó)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，我國(guó)越來(lái)越重視節(jié)能降耗措施在各個(gè)領(lǐng)域中的落實(shí)。在以往的污泥處理中往往需要消耗大量的能源，對(duì)污泥干化焚燒系統(tǒng)的運(yùn)行工況進(jìn)行研究，有助于節(jié)能降耗目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)。鑒于此，本文對(duì)污泥干化焚燒系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，對(duì)該系統(tǒng)的平衡模型進(jìn)行了構(gòu)建，并針對(duì)污泥干化焚燒系統(tǒng)的不同運(yùn)行工況提出相應(yīng)的運(yùn)行策略。

關(guān)鍵詞：污泥；干化；焚燒；運(yùn)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(shí)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(jìn)行污泥干化時(shí)，污泥中的初始含水率以及干化后的目標(biāo)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(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到諸多因素的影響，這些因素在波動(dòng)過(guò)程中也會(huì)影響其運(yùn)行模式，進(jìn)而影響系統(tǒng)對(duì)能耗的節(jié)約效果。因此，有必要對(duì)污泥干化焚燒系統(tǒng)的相關(guān)運(yùn)行模式進(jìn)行深入的研究，以此探尋最佳的污泥干化焚燒運(yùn)行模式，最大限度的發(fā)揮節(jié)能降耗優(yōu)勢(shì)。

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(gè)部分組成，該系統(tǒng)在進(jìn)行污泥干化時(shí)，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(jī)進(jìn)行干化，待濕污泥干化至指定的含水率時(shí)，再將其與剩余部分的濕污泥進(jìn)行混合，然后共同送入到焚燒爐中進(jìn)行燃燒。此時(shí)，熱能利用單元便會(huì)將焚燒爐燃燒時(shí)所產(chǎn)生的熱量輸送到污泥干化單元來(lái)進(jìn)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(yùn)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(jìn)量一定條件下，對(duì)污泥進(jìn)行干化時(shí)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(duì)這些水分進(jìn)行蒸發(fā)所需的能量可由公式表示為：

在該公式中，干化機(jī)出口位置的污泥溫度由表示。污泥在干化時(shí)，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(huì)在管道結(jié)露，干燥時(shí)消耗的載氣量可由以下公式表示，即：

在該公式中，干化機(jī)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(guò)以下公式表示，即：

在該式中，大氣壓和蒸汽壓分別由與e進(jìn)行表示。干化機(jī)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(jī)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(shí)，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(jī)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(shí)的能量平衡模型，即，在該公式中，污泥在進(jìn)入焚燒爐時(shí)的物理顯熱由表示，一次與二次風(fēng)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?xì)馕赐耆紵龝r(shí)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(shí)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(yùn)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(guò)60%時(shí)，如果不在爐內(nèi)投入輔助燃料，爐內(nèi)溫度是無(wú)法達(dá)到850℃以上的，這也造成余熱鍋爐難以產(chǎn)生足夠壓強(qiáng)的高溫?zé)煔馀c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(shí)，污泥在入爐前所具有的不同含水率，與之對(duì)應(yīng)的理論床溫，并可找出爐溫在達(dá)到850℃以上時(shí)的污泥含水率。

（2）運(yùn)行負(fù)荷的控制。據(jù)實(shí)踐表明，如果入爐污泥的含水率控制在60%左右時(shí)，則其干化后的含水率可達(dá)到40%，其運(yùn)行負(fù)荷會(huì)呈現(xiàn)出70%至120%的波動(dòng)幅度，當(dāng)增加污泥處理量時(shí)，則所消耗的能量及焚燒時(shí)的能量會(huì)進(jìn)行線性增加，不過(guò)其干化時(shí)的能耗要更大。如果系統(tǒng)以低于預(yù)期負(fù)荷的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，需少量補(bǔ)充能量至干化系統(tǒng)中，如果系統(tǒng)以高于預(yù)期負(fù)荷的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，則需相應(yīng)增加干化系統(tǒng)中的能量補(bǔ)充。在分析過(guò)程中，需把波動(dòng)負(fù)荷在干化與焚燒兩個(gè)單元上進(jìn)行分?jǐn)?，在確保入爐污泥的含水率控制在60%的前提下，根據(jù)運(yùn)行負(fù)荷與設(shè)計(jì)值的實(shí)際對(duì)比情況來(lái)調(diào)節(jié)干化系統(tǒng)中的能量補(bǔ)充，這樣便可最大限度的減少干化系統(tǒng)對(duì)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(yùn)行過(guò)程中，污泥在進(jìn)廠時(shí)其泥質(zhì)會(huì)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(yùn)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(jì)中的規(guī)定進(jìn)行污泥處理時(shí)，則污泥熱值的波動(dòng)范圍在20%以內(nèi)，當(dāng)增加污泥熱值時(shí)，則其焚燒過(guò)程中產(chǎn)生的熱能會(huì)進(jìn)行線性增加，考慮到污泥熱值不會(huì)對(duì)干化過(guò)程的能量損耗有較為明顯的影響，因此對(duì)干化系統(tǒng)的能量補(bǔ)充也會(huì)隨之降低，如果污泥在進(jìn)廠時(shí)其熱值比設(shè)計(jì)值要低，則當(dāng)污泥在入爐時(shí)的含水率是60%時(shí)，應(yīng)在爐內(nèi)添加輔助燃料。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，本文通過(guò)對(duì)污泥干化焚燒系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，并分析了其能量平衡模型，進(jìn)而明確了影響污泥干化焚燒系統(tǒng)的相關(guān)因素，針對(duì)這些影響因素提出了對(duì)應(yīng)的運(yùn)行策略，從而確定了污泥干化焚燒系統(tǒng)的最佳運(yùn)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(dá)到850℃時(shí)，方可起到最好的節(jié)能降耗效果。

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