污泥干化焚燒能量平衡計算探討

陳樂樂 叢海櫻 王舒嫻

摘要：介紹了污泥干化焚燒項目能量平衡計算方法，從影響能耗的影響因素角度給出了熱量分析、能耗計算過程。該計算方法可以解決污泥干化焚燒過程中補充外部能量的依據。

關鍵詞：污泥;干化焚燒;能耗

安吉凈源污水處理有限公司日處理290噸污泥綜合處置項目是實現對安吉縣污泥無害化處置功能的最終環節，對實現安吉縣污泥無害化處理十分必要。本文通過對污泥干化焚燒過程中的能量平衡進行計算，旨在為項目能源補充提供依據。

1、項目工藝流程簡述

本項目污泥處理所選用的工藝如下：

1、污泥處理工藝：噴霧干化+焚燒;

2、煙氣凈化工藝：袋式除塵+臭氧除臭+凈化塔洗滌+脫白除霧氣。

具體污泥處理工藝流程圖如下所示：

工藝流程簡述：

車載污泥進場，倒入地下接收系統，再由螺桿泵（或柱塞泵）經過濾器送入大型污泥儲罐，再由柱塞泵把污泥送到高位泥罐，最后經螺桿泵提升后送入噴霧干化塔，經塔頂噴嘴霧化后，與從二燃室中排出的高溫煙氣順流接觸進行干化。干化過程中進口高溫煙氣溫度650℃，排出廢氣溫度約70℃;經干化后污泥含水率從80%降低至～20%，然后直接進入回轉窯焚燒爐進行焚燒?；剞D窯焚燒爐為順流式，即窯體內物料運動的方向與煙氣流向相同：干污泥從筒體的頭部進入，隨著筒體的轉動緩慢地向尾部移動;焚燒所需助燃空氣，一部分來自于污泥料倉除臭系統抽氣，另一部分為環境空氣，經由鼓風機鼓至燃燒室加熱至約500～1000℃，從窯頭進入回轉窯焚燒爐。隨窯體的轉動過程，干污泥與助燃空氣充分接觸，完成干燥、燃燒、燃盡的全過程，渣由尾部排出。燃燒生成的煙氣由尾部排出進入二燃室，在二燃室內，由于助燃空氣的作用使煙氣溫度達到850℃以上，并停留2.5s以上，以分解控制二噁英的生成。為去除煙氣中的二噁英和重金屬，確保煙氣中二噁英和重金屬等有害物質濃度達到要求的排放指標，在煙氣凈化系統中增加活性炭噴射的輔助凈化措施。

焚燒產生的高溫煙氣進入噴霧干化塔，作為干化過程的熱源。干化塔出口的廢氣經過中間塔、袋式除塵器和凈化塔洗滌并除霧后達標排放。中間塔用于去除煙氣中部分酸性氣體;袋式除塵器主要去除廢氣中的粉塵;系統引風機至凈化塔風管投加臭氧，用于去除煙氣中的有機臭氣;廢氣再經過洗滌，同吸收廢氣中的可溶氣體，采用苛性鈉去除H2S、SOx等酸性氣體，洗滌后的煙氣經過白煙消減裝置高空“無煙”排放。

2、項目能量平衡分析和天然氣使用量預測

本項目天然氣主要作為回轉窯污泥焚燒輔助燃料。

1、干化污泥成分及燃燒基本參數

干化污泥設計處理量：按1t/h計;

干化污泥成分：含水量200kg/h（20%），可燃組分400kg/h（40%），灰分400kg/h（40%）;

灰分比熱容：按1.17kJ/kg.℃計;

干化污泥平均低位熱值：按8415kJ/kg計;

850℃煙氣產生量：按10.0Nm3/kg干化污泥計;

850℃煙氣焓值：按1063kJ/Nm3計;

2、污泥焚燒熱平衡計算

Q干化污泥+Q天然氣=Q灰渣+Q煙氣+Q損失

干化污泥燃燒熱Q干化污泥=8415kJ/kg×1000kg/h=8.4×106kJ/h;

天然氣熱風爐供熱量Q天然氣：熱風爐供熱量以F表示，單位為kJ/h;

灰渣顯熱Q灰渣=400kg/h×1.17kJ/kg.℃×（850-60）=3.7×105kJ/h;

煙氣顯熱Q煙氣=10.0Nm3/kg×1000kg/h×1063kJ/Nm3=10.6×106kJ/h;

熱損失Q損失=爐壁熱損（按輸入熱量5%）+干化污泥不完全燃燒熱損失（按干化污泥燃燒熱3.5%）

=（8.4×106+F）×5%+8.4×106×3.5% kJ/h

=7.1×105+5%F kJ/h

根據熱平衡，可推算天然氣熱風爐供給熱量F為3.5×106kJ/h。項目天然氣熱風爐供熱效率按90%計，則需天然氣供熱量3.9×106kJ/h，項目天然氣熱值為35544kJ/Nm3，折算天然氣用量110Nm3/h。

本項目設計處理80%含水量的污泥290t/d，噴霧干化后的干化污泥含水量20%，則需處理干化污泥72.5t/d，按24小時生產計算，則每小時需處理干化污泥3.02t。依次推算，本項目污泥焚燒需用天然氣量332Nm3/h。

本項目年工作7200小時，則預計年用天然氣量約239.0萬Nm3，折標煤2902.2tce。

本項目污泥處理用天然氣單耗：22.6Nm3/t。

3、結語

在該污泥干化焚燒系統中，將含水率為80%，實際熱值為2000kcal/kg左右的濕污泥干化至含水率為20%的污泥，經過熱量平衡計算，污泥自身的熱量不足以自持燃燒，每小時需補充天然氣332m3才能實現熱量平衡，為項目的外部能源設計提供了依據。

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