污泥干化过程的贫化对节能水平的影响

　　国内首条利用水泥窑协同处置污泥的生产线——广州市越堡水泥有限公司600t/d生产线目前已经投入正式运行，自2009年8月21日起开始连续处置污泥，满足广州市大坦沙污水处理厂、沥窖污水处理厂、龙归污水处理厂等广州市重点市政污水处理厂污泥的无害化处置，取得了较好的社会影响。按照2010年12月1日的统计报表，试生产期间已累计实现污泥处置8.57万吨，扣除避峰平抑电价，平均单机台产量在120t/d ~125t/d，高出设计指标20%~25%，生产线的运行可靠性得到了验证，总体的设计是基本成功的。但在运行过程中也逐步暴露出节煤能力低于设计指标的原因。

　　1 污泥贫化问题的提出

　　与煤粉磨过程相比，污泥干化由于水分含量更高，污泥干燥过程中由于来自窑尾废气中携带的粉尘沉积到干污泥的量要远远大于煤粉烘干过程中沉积形成的灰分量，因此与煤粉相类似的，污泥干化过程中灰分引起的贫化势必对污泥处置的节能效果产生一定的影响。在另一方面从污泥干化的工艺特点来看，飞灰颗粒在破碎干燥过程中可以作为造粒核心进行利用，客观上可以提高干化的强度，对干燥有有利的影响。

　　污泥的快速干化，主要依靠快速的流化破碎不断形成新的干燥表面，而粉尘的存在，有利于湿污泥颗粒表面的快速硬化，并作为成型核增加新的破碎表面的形成，扩展破碎干化的速度。因此从提高干燥效率的角度，适当的粉尘带入是有利于污泥的快速干燥的[2]。不仅污泥干化后的粒度收到污泥干燥烟气中粉尘浓度的影响，而且成品污泥的干度及热值也之相关联。而污泥的焚烧的热利用，是污泥处置的主要经济性来源，因此，从热利用的角度来看，降低污泥中掺入的粉尘含量将显著性的改善污泥的热利用水平。

　　从工艺操作的角度看干化烟气的含尘浓度主要随着废气处理的旋风筒的工作已否具有较大的波动性，在额定的通风量条件下，在如烟气通过干化车间前的旋风收尘器进行初步的气固分离，进入干燥机的烟气，其含尘浓度可以从45~48g/Nm³降低到13~16g/Nm³的水平，在污泥的干化过程中，干化烟气含尘量的变化将不可避免的影响干化污泥的质量和产量。

　　因为行业内某资深技术权威的建议，厂方在调试过程中对废气进风管道进行了改造，将原有的旋风筒进行了旁路处理，含尘烟气不经过除尘处理后直接进入鼓风机。依据改造提案，主要宗旨为：（1）减少系统阻力，降低干燥车间运行电耗；（2）利用生料细粉末提高干燥换热能力。

　　2 干化用尾气粉尘浓度的影响的工业性能调试情况

　　按照污泥日处置能力在300t以上，3台干燥机全开，旋风筒旁路与否的周平均样本进行分析，旋风筒旁路污泥干燥的车间综合电耗平均为143.7kWh/t湿污泥，旋风筒不旁路干燥的车间综合电耗为142.3 kWh/t湿污泥，电耗指标可视同基本不变化。初步分析的主要原因为：现有的鼓风机前阀门开度在旋风筒旁路前后的调整，抵消了旋风筒旁路的管道减压效果，如采用旋风筒旁路应对鼓风机进行变频处理才有可能体现节电效果。旁置旋风筒只有在鼓风机配置变频调速的前提下才有可能节约电耗。

　　在入窑污泥的热值变化情况上，采用湿污泥与成品干污泥的工业分析结果作为对比的依据，在旋风筒旁路前后，各污泥的工业分析对比见表1（略）。

　　显然旋风筒旁路后，干污泥的空气干燥基热值有较大的落差，说明干生料粉的较多存在，影响了入窑干污泥的热贡献能力。

　　在干化车间的操作上，旋风筒旁路后，鼓风机的工作情况有较大的变化，在干化车间及水泥生产线主要车间没有大的操作调整下，但鼓风机异常激增。鼓风机跳停分析原因主要为下行管道内沉积粉尘的突然崩塌导致鼓风机负荷显著增加，故集中出现具有较高的落差管道的1号、2号鼓风机上。从鼓风机的操作来看，旋风筒旁路客观上增加了此类小工艺事故的几率。

　　干污泥的干度在旁路旋风筒后基本无太大的变化，干化车间的排气温度基本相当，说明通过增加粉尘的浓度，对污泥干化效率无明显的正贡献从工厂的实际操作情况来看，旋风筒旁路后，最明显的情况是干化后污泥入窑的产量增加，但干污泥处置引起的窑系统用煤量的变化趋势却恰恰相反，通过近2周的反复比较，工厂最终还是选择恢复旋风筒的工作，降低污泥中粉尘的含量提高污泥的单位热值，以便更好的体现干污泥的节能效果。生产实践的选择最终还是背离的某业内权威的论调。

　　3 污泥贫化的初步分析及其影响

　　由于袋式收尘器的灰斗及滤袋的工作具有延时性的特点，在工业生产的对照过程中，以湿污泥的干化程度而论在不同的实验条件下实际上是有差别，必须要考虑到扣除生料带入的灰分后的干化污泥实际的水含量对干化污泥热利用效率的影响。因此对污泥干化过程中的灰分贫化必须进行必要的理论分析计算，来判别利用水泥窑协同处置污泥下对干化尾气的品质的界定对总体节能效果的影响。以600t含水率80%的湿污泥利用水泥窑窑尾废热烟气进行干化，在不同的工艺约束条件下的变化，分析其节能水平的变化。

　　3.1 污泥干化总的脱水量不变的前提下的污泥贫化特性分析

　　按照污泥处置线水分蒸发能力维持在17 857kg/h不变为前提，在300℃的进入干燥机废气温度下不同的废气含尘浓度对污泥干化的产量影响及干化成品污泥的热值见表（略）。

　　3.2 干泥水分保持不变下的污泥干化过程的贫化特性分析

　　在实际生产过程中，由于污泥干化工艺控制的影响，干燥机出口温度的控制往往在操作上和干泥的干度是靠挂在一起的，随着进入干燥机的烟气含尘浓度的变化，在控制相同的出泥水分含量条件下，实际上污泥的干化程度是波动的。以越堡为例，在不同的干燥烟气含尘浓度条件下，干燥机的操作始终还是按照出口干泥的水分进行控制的，在试验期间控制的干泥入窑干度大致在22%~25%之间随着班次进行波动。因此干燥烟气中含尘浓度的变化势必对污泥干化的程度形成干扰，从而对污泥替代燃料利用的效果进一步形成冲击。

　　按照维持出干燥机污泥含水率25%的方式，意即污泥干化实际上在不同的工况下的脱水能力是不一样的条件，污泥协同处置的节能水平的体现进一步分析。

　　在大多数条件下，在实际生产控制上，随着进入干燥机的废热烟气的含尘浓度的递增，粉尘导入导致污泥干度的增加但污泥干化过程中蒸发的水分是递减的，因此污泥干化后替代燃料的效率是进一步降低的。

　　3.3 污泥干化尾气热品质变化的影响

　　不同的水泥熟料生产线其C1出口的烟气温度波动较大，随着烟气温度的变化也势必对污泥协同处置的节能水平产生影响，进一步考虑到余热发电对污泥处置的影响，作为简化考虑，，在220℃、280℃、320℃的不同干燥机进口烟气温度条件下，维持干燥机进口的粉尘浓度在20g/Nm³并保持相同的17 857kgH₂O蒸发能力条件下水泥窑系统的节能情况变化。显然从污泥处置节能效益的角度来看，使用具有更高热品质的烟气总是有利于提升污泥的热利用效率的。但进一步分析，随着热源温度的提升，污泥处置的效能的增加是递减的。因此通过片面提升C1的出口温度或者采用高端热源烟气并不总是能够形成最佳的热能回收效率。这也要求在项目前期方案论证阶段不能一味的迎合业主处置规模做大做强的要求，而应当从最佳经济效益的角度权衡合理的处置规模，提升项目的竞争力。

　　4 结 论

　　通过在越堡的工业试验及调试过程中的摸索，对污泥干化过程中由于粉尘的代入引起的替代燃料品质的变化，初步摸索出以下的工艺操作参考意见：

　　（1）从提高干化污泥的燃料替代效率看，对进入干化系统的尾气应优先采用除尘后的尾气；采用直接干化工艺必须显著提高除尘效率一降低对干化污泥的热品质的影响，提高替代燃料的热利用效率。

　　（2）在含尘浓度在~20g/Nm³以上的条件下，进一步降低烟气中的粉尘浓度的对干化后污泥的节煤能力影响基本不体现。

　　（3）污泥直接干化工艺因飞灰沉积导致的热值贫化随着污泥热值的提升而变得越明显。对以低热值的工业污泥协同处置，可适当省略热烟气的除尘环节。

　　（4）利用水泥窑协同处置污泥应当以总体效益最优为第一目标，污泥替代燃料制备过程中的贫化，在方案论证及工程设计过程中必须进行正确的分析，通过比较确认最优的处置模式。