文_劉澤慶 上海環(huán)境衛(wèi)生工程設(shè)計院有限公司

污泥干化焚燒是一種常見的污泥最終處理處置方法，污泥中的有機物在高溫條件下與充足的氧氣發(fā)生燃燒反應(yīng)后徹底轉(zhuǎn)化為 CO2和 H2O 等產(chǎn)物，從而實現(xiàn)污泥減容、減量和無害化的技術(shù)。本文以某污泥獨立干化焚燒項目為研究對象，對該系統(tǒng)中不同污泥外熱（干化機）及內(nèi)熱（焚燒爐內(nèi)干化）的比例進行熱平衡計算，并結(jié)合安全、物料輸送等方面進行綜合分析，為今后開展污泥干化焚燒工程提供一定的技術(shù)參考。

1 計算模型及基本工藝流程

根據(jù)某污泥獨立干化焚燒工藝流程，通過計算軟件，建立計算模型，如圖1所示。干化污泥進入焚燒爐，焚燒產(chǎn)生高溫煙氣，首先與空氣換熱，將空氣預(yù)熱到一定溫度，以保障焚燒爐出口煙氣溫度（＞850℃，停留2s）。經(jīng)過空氣預(yù)熱器后，煙氣通過余熱鍋爐，生產(chǎn)蒸汽（4Mp，400℃）。污泥干化采用余熱鍋爐蒸汽熱干化，不足的由外部蒸汽供給。

圖1 污泥獨立焚燒工藝及計算流程模型

污泥熱干化機出口污泥含水率升高時，污泥干化所需蒸汽量降低，同時入爐污泥含水率升高導(dǎo)致余熱鍋爐蒸汽產(chǎn)量降低。本文對比分析不同工況下余熱鍋爐供汽及污泥熱干化機蒸汽需求，以降低系統(tǒng)外部蒸汽消耗。

2 計算工況及結(jié)果

本次優(yōu)化以改變?nèi)霠t污泥含水率作為優(yōu)化變量，進而通過調(diào)整一次風溫度，以保障余熱鍋爐出口在同一溫度（≥880℃），同時控制余熱鍋爐出口溫度200℃。通過比較干化機所需蒸汽量與余熱鍋爐出口蒸汽量，來分析污泥干燥外熱（干燥機）與內(nèi)熱（焚燒爐內(nèi)加熱）的平衡優(yōu)化問題。

2.1 計算工況

絕干污泥（干燥基）焚燒量：2917kg/h，在以下優(yōu)化分析中，保持該量不變。

絕干污泥熱值：3000kcal/kgDS。

污泥含水率：干化機入口含水率為80%，干化機出口含水率（即焚燒爐入口污泥含水率）分別設(shè)置為25%，30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%。

焚燒爐一次風量：15569Nm3/h，溫度隨著污泥濕度增加而提高，以保障焚燒爐出口溫度870℃。工藝中一次風換熱器采用高強度耐熱鋼，最高可將一次風加熱至600℃。

余熱鍋爐蒸汽參數(shù)：4Mp，400℃，后減溫減壓至飽和蒸汽加熱濕污泥，蒸汽量隨著工況變化，余熱鍋爐出口為200℃。

2.2 計算結(jié)果及分析

由表1工況9可見，含水量65%時，一次風需要加熱至751℃，以保證爐膛出口溫度滿足要求（≥850℃，停留2s），一次風加熱溫度超過材料耐熱上限（一般需控制在600℃以下），且換熱溫差減小，實際實現(xiàn)難度大。由工況1可知，污泥含水率25%，爐膛出口溫度1013℃，超過一般鼓泡床運行溫度，對結(jié)焦、NOx控制及爐內(nèi)脫硫不利，如要控制在880℃，再循環(huán)煙氣量過大，能耗過高。而火電廠協(xié)同焚燒一般希望25%～30%含水率，主要是想提高熱值，和磨煤機的問題。因此從熱力可行性方面，鼓泡床入爐污泥含水率需控制在25%～60%。

通過工況2～8分析，隨著污泥干化程度加大，污泥干化消耗蒸汽量增多，同時焚燒爐入口污泥干度大，余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽量增多，干化所需蒸汽量與余熱鍋爐的差值即為系統(tǒng)外部所需蒸汽量（本優(yōu)化中余熱鍋爐蒸汽全部用于干燥，未考慮工藝用蒸汽）。由表1可見，干化機污泥出口含水率取30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%時，外部所需蒸汽量分別為5302、5345、5297、5216、5215、5164、5154kg/h, 外部所需蒸汽量隨著干化機污泥出口含水率升高而降低。主要是由于：污泥水分在干化焚燒中要通過吸熱變?yōu)檎羝懦?，一部分在干化機內(nèi)完成（外熱），一部分在鍋爐內(nèi)完成（內(nèi)熱）。通過干化機干燥時，機體散熱較多，包括物料加熱、載氣攜帶熱量，物料升溫，熱源蒸汽冷凝水帶走熱量；而采用內(nèi)熱時，僅僅為污泥水分變?yōu)檎羝臒崃俊Ｒ虼颂岣呷霠t含水率，更有利于節(jié)省能量。但是污泥入爐含水率提高，需要增加一次風溫度，以保證爐膛出口溫度滿足要求（≥850℃，停留2s），而一次風溫度限于換熱器材料耐溫性能，目前最高溫度為600℃。

表1 污泥獨立焚燒不同干燥程度的熱平衡計算結(jié)果

同時干化機污泥出口含水率還需要綜合考慮干化污泥的輸送粘滯，污泥粉塵防爆等問題。一般來說污泥含水率在45%～55%之間處于粘滯區(qū)，不易輸送。因此應(yīng)盡量避免輸送這個含水率下的污泥。污泥干化在5%～20%含水率為全干化，此時污泥易燃，干化和儲存的粉塵防爆安全問題突出，需要氮氣保護措施。

綜上分析，選擇55%～60%含水率，既節(jié)能又避免了輸送困難，也能克服高溫一次風換熱器材料問題。當然也可以選擇30%～40%，能量消耗稍高，但無需高溫一次風，也易輸送。

3 結(jié)語

本文以熱干化機出口污泥含水率為優(yōu)化變量，對該系統(tǒng)中不同污泥外熱（干化機）及內(nèi)熱（焚燒爐內(nèi)干化）的比例進行熱平衡計算，并結(jié)合安全、物料輸送等方面進行綜合分析。

污泥干化機出口含水率65%時，一次風需要加熱至751℃，以保證爐膛出口溫度滿足要求（≥850℃，停留2s），一次風加熱溫度超過材料耐熱上限（一般需控制在600℃以下），且換熱溫差減小，實際實現(xiàn)難度大。

污泥干化機出口污泥含水率25%時，焚燒爐爐膛出口溫度1013℃，超過一般鼓泡床運行溫度，對控制結(jié)焦及爐內(nèi)脫硫不利，如要控制在880℃，再循環(huán)煙氣量過大，能耗過高。

干化機污泥出口含水率取30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%時，系統(tǒng)外部所需蒸汽量分別為5302、5345、5297、5216、5215、5164、5154kg/h，系統(tǒng)外部所需蒸汽量隨熱干化機污泥出口含水率升高而降低。

同時考慮污泥輸送含水率粘滯區(qū)間及粉塵防爆等問題，選擇55%～60%含水率，既節(jié)能又避免了輸送困難，也能克服高溫一次風換熱器材料問題。也可以選擇30%～40%，能量消耗稍高，但無需高溫一次風，也易輸送。

本文中計算分析基于污泥干基高位熱值3000kcal/kg，如果污泥熱值提高,推薦入爐含水率可以進一步提高。當熱值達到一定水平、且含水率合適時，甚至可以取消干化環(huán)節(jié)，僅通過焚燒爐和空氣預(yù)熱系統(tǒng)實現(xiàn)無輔助熱源的自持燃燒。