污泥干化過程的貧化對(duì)節(jié)能水平的影響

　　國(guó)內(nèi)首條利用水泥窯協(xié)同處置污泥的生產(chǎn)線——廣州市越堡水泥有限公司600t/d生產(chǎn)線目前已經(jīng)投入正式運(yùn)行，自2009年8月21日起開始連續(xù)處置污泥，滿足廣州市大坦沙污水處理廠、瀝窖污水處理廠、龍歸污水處理廠等廣州市重點(diǎn)市政污水處理廠污泥的無(wú)害化處置，取得了較好的社會(huì)影響。按照2010年12月1日的統(tǒng)計(jì)報(bào)表，試生產(chǎn)期間已累計(jì)實(shí)現(xiàn)污泥處置8.57萬(wàn)噸，扣除避峰平抑電價(jià)，平均單機(jī)臺(tái)產(chǎn)量在120t/d ~125t/d，高出設(shè)計(jì)指標(biāo)20%~25%，生產(chǎn)線的運(yùn)行可靠性得到了驗(yàn)證，總體的設(shè)計(jì)是基本成功的。但在運(yùn)行過程中也逐步暴露出節(jié)煤能力低于設(shè)計(jì)指標(biāo)的原因。

　　1 污泥貧化問題的提出

　　與煤粉磨過程相比，污泥干化由于水分含量更高，污泥干燥過程中由于來(lái)自窯尾廢氣中攜帶的粉塵沉積到干污泥的量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于煤粉烘干過程中沉積形成的灰分量，因此與煤粉相類似的，污泥干化過程中灰分引起的貧化勢(shì)必對(duì)污泥處置的節(jié)能效果產(chǎn)生一定的影響。在另一方面從污泥干化的工藝特點(diǎn)來(lái)看，飛灰顆粒在破碎干燥過程中可以作為造粒核心進(jìn)行利用，客觀上可以提高干化的強(qiáng)度，對(duì)干燥有有利的影響。

　　污泥的快速干化，主要依靠快速的流化破碎不斷形成新的干燥表面，而粉塵的存在，有利于濕污泥顆粒表面的快速硬化，并作為成型核增加新的破碎表面的形成，擴(kuò)展破碎干化的速度。因此從提高干燥效率的角度，適當(dāng)?shù)姆蹓m帶入是有利于污泥的快速干燥的[2]。不僅污泥干化后的粒度收到污泥干燥煙氣中粉塵濃度的影響，而且成品污泥的干度及熱值也之相關(guān)聯(lián)。而污泥的焚燒的熱利用，是污泥處置的主要經(jīng)濟(jì)性來(lái)源，因此，從熱利用的角度來(lái)看，降低污泥中摻入的粉塵含量將顯著性的改善污泥的熱利用水平。

　　從工藝操作的角度看干化煙氣的含塵濃度主要隨著廢氣處理的旋風(fēng)筒的工作已否具有較大的波動(dòng)性，在額定的通風(fēng)量條件下，在如煙氣通過干化車間前的旋風(fēng)收塵器進(jìn)行初步的氣固分離，進(jìn)入干燥機(jī)的煙氣，其含塵濃度可以從45~48g/Nm³降低到13~16g/Nm³的水平，在污泥的干化過程中，干化煙氣含塵量的變化將不可避免的影響干化污泥的質(zhì)量和產(chǎn)量。

　　因?yàn)樾袠I(yè)內(nèi)某資深技術(shù)權(quán)威的建議，廠方在調(diào)試過程中對(duì)廢氣進(jìn)風(fēng)管道進(jìn)行了改造，將原有的旋風(fēng)筒進(jìn)行了旁路處理，含塵煙氣不經(jīng)過除塵處理后直接進(jìn)入鼓風(fēng)機(jī)。依據(jù)改造提案，主要宗旨為：（1）減少系統(tǒng)阻力，降低干燥車間運(yùn)行電耗；（2）利用生料細(xì)粉末提高干燥換熱能力。

　　2 干化用尾氣粉塵濃度的影響的工業(yè)性能調(diào)試情況

　　按照污泥日處置能力在300t以上，3臺(tái)干燥機(jī)全開，旋風(fēng)筒旁路與否的周平均樣本進(jìn)行分析，旋風(fēng)筒旁路污泥干燥的車間綜合電耗平均為143.7kWh/t濕污泥，旋風(fēng)筒不旁路干燥的車間綜合電耗為142.3 kWh/t濕污泥，電耗指標(biāo)可視同基本不變化。初步分析的主要原因?yàn)椋含F(xiàn)有的鼓風(fēng)機(jī)前閥門開度在旋風(fēng)筒旁路前后的調(diào)整，抵消了旋風(fēng)筒旁路的管道減壓效果，如采用旋風(fēng)筒旁路應(yīng)對(duì)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻處理才有可能體現(xiàn)節(jié)電效果。旁置旋風(fēng)筒只有在鼓風(fēng)機(jī)配置變頻調(diào)速的前提下才有可能節(jié)約電耗。

　　在入窯污泥的熱值變化情況上，采用濕污泥與成品干污泥的工業(yè)分析結(jié)果作為對(duì)比的依據(jù)，在旋風(fēng)筒旁路前后，各污泥的工業(yè)分析對(duì)比見表1（略）。

　　顯然旋風(fēng)筒旁路后，干污泥的空氣干燥基熱值有較大的落差，說明干生料粉的較多存在，影響了入窯干污泥的熱貢獻(xiàn)能力。

　　在干化車間的操作上，旋風(fēng)筒旁路后，鼓風(fēng)機(jī)的工作情況有較大的變化，在干化車間及水泥生產(chǎn)線主要車間沒有大的操作調(diào)整下，但鼓風(fēng)機(jī)異常激增。鼓風(fēng)機(jī)跳停分析原因主要為下行管道內(nèi)沉積粉塵的突然崩塌導(dǎo)致鼓風(fēng)機(jī)負(fù)荷顯著增加，故集中出現(xiàn)具有較高的落差管道的1號(hào)、2號(hào)鼓風(fēng)機(jī)上。從鼓風(fēng)機(jī)的操作來(lái)看，旋風(fēng)筒旁路客觀上增加了此類小工藝事故的幾率。

　　干污泥的干度在旁路旋風(fēng)筒后基本無(wú)太大的變化，干化車間的排氣溫度基本相當(dāng)，說明通過增加粉塵的濃度，對(duì)污泥干化效率無(wú)明顯的正貢獻(xiàn)從工廠的實(shí)際操作情況來(lái)看，旋風(fēng)筒旁路后，最明顯的情況是干化后污泥入窯的產(chǎn)量增加，但干污泥處置引起的窯系統(tǒng)用煤量的變化趨勢(shì)卻恰恰相反，通過近2周的反復(fù)比較，工廠最終還是選擇恢復(fù)旋風(fēng)筒的工作，降低污泥中粉塵的含量提高污泥的單位熱值，以便更好的體現(xiàn)干污泥的節(jié)能效果。生產(chǎn)實(shí)踐的選擇最終還是背離的某業(yè)內(nèi)權(quán)威的論調(diào)。

　　3 污泥貧化的初步分析及其影響

　　由于袋式收塵器的灰斗及濾袋的工作具有延時(shí)性的特點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)的對(duì)照過程中，以濕污泥的干化程度而論在不同的實(shí)驗(yàn)條件下實(shí)際上是有差別，必須要考慮到扣除生料帶入的灰分后的干化污泥實(shí)際的水含量對(duì)干化污泥熱利用效率的影響。因此對(duì)污泥干化過程中的灰分貧化必須進(jìn)行必要的理論分析計(jì)算，來(lái)判別利用水泥窯協(xié)同處置污泥下對(duì)干化尾氣的品質(zhì)的界定對(duì)總體節(jié)能效果的影響。以600t含水率80%的濕污泥利用水泥窯窯尾廢熱煙氣進(jìn)行干化，在不同的工藝約束條件下的變化，分析其節(jié)能水平的變化。

　　3.1 污泥干化總的脫水量不變的前提下的污泥貧化特性分析

　　按照污泥處置線水分蒸發(fā)能力維持在17 857kg/h不變?yōu)榍疤?，?00℃的進(jìn)入干燥機(jī)廢氣溫度下不同的廢氣含塵濃度對(duì)污泥干化的產(chǎn)量影響及干化成品污泥的熱值見表（略）。

　　3.2 干泥水分保持不變下的污泥干化過程的貧化特性分析

　　在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于污泥干化工藝控制的影響，干燥機(jī)出口溫度的控制往往在操作上和干泥的干度是靠掛在一起的，隨著進(jìn)入干燥機(jī)的煙氣含塵濃度的變化，在控制相同的出泥水分含量條件下，實(shí)際上污泥的干化程度是波動(dòng)的。以越堡為例，在不同的干燥煙氣含塵濃度條件下，干燥機(jī)的操作始終還是按照出口干泥的水分進(jìn)行控制的，在試驗(yàn)期間控制的干泥入窯干度大致在22%~25%之間隨著班次進(jìn)行波動(dòng)。因此干燥煙氣中含塵濃度的變化勢(shì)必對(duì)污泥干化的程度形成干擾，從而對(duì)污泥替代燃料利用的效果進(jìn)一步形成沖擊。

　　按照維持出干燥機(jī)污泥含水率25%的方式，意即污泥干化實(shí)際上在不同的工況下的脫水能力是不一樣的條件，污泥協(xié)同處置的節(jié)能水平的體現(xiàn)進(jìn)一步分析。

　　在大多數(shù)條件下，在實(shí)際生產(chǎn)控制上，隨著進(jìn)入干燥機(jī)的廢熱煙氣的含塵濃度的遞增，粉塵導(dǎo)入導(dǎo)致污泥干度的增加但污泥干化過程中蒸發(fā)的水分是遞減的，因此污泥干化后替代燃料的效率是進(jìn)一步降低的。

　　3.3 污泥干化尾氣熱品質(zhì)變化的影響

　　不同的水泥熟料生產(chǎn)線其C1出口的煙氣溫度波動(dòng)較大，隨著煙氣溫度的變化也勢(shì)必對(duì)污泥協(xié)同處置的節(jié)能水平產(chǎn)生影響，進(jìn)一步考慮到余熱發(fā)電對(duì)污泥處置的影響，作為簡(jiǎn)化考慮，，在220℃、280℃、320℃的不同干燥機(jī)進(jìn)口煙氣溫度條件下，維持干燥機(jī)進(jìn)口的粉塵濃度在20g/Nm³并保持相同的17 857kgH₂O蒸發(fā)能力條件下水泥窯系統(tǒng)的節(jié)能情況變化。顯然從污泥處置節(jié)能效益的角度來(lái)看，使用具有更高熱品質(zhì)的煙氣總是有利于提升污泥的熱利用效率的。但進(jìn)一步分析，隨著熱源溫度的提升，污泥處置的效能的增加是遞減的。因此通過片面提升C1的出口溫度或者采用高端熱源煙氣并不總是能夠形成最佳的熱能回收效率。這也要求在項(xiàng)目前期方案論證階段不能一味的迎合業(yè)主處置規(guī)模做大做強(qiáng)的要求，而應(yīng)當(dāng)從最佳經(jīng)濟(jì)效益的角度權(quán)衡合理的處置規(guī)模，提升項(xiàng)目的競(jìng)爭(zhēng)力。

　　4 結(jié) 論

　　通過在越堡的工業(yè)試驗(yàn)及調(diào)試過程中的摸索，對(duì)污泥干化過程中由于粉塵的代入引起的替代燃料品質(zhì)的變化，初步摸索出以下的工藝操作參考意見：

　?。?）從提高干化污泥的燃料替代效率看，對(duì)進(jìn)入干化系統(tǒng)的尾氣應(yīng)優(yōu)先采用除塵后的尾氣；采用直接干化工藝必須顯著提高除塵效率一降低對(duì)干化污泥的熱品質(zhì)的影響，提高替代燃料的熱利用效率。

　?。?）在含塵濃度在~20g/Nm³以上的條件下，進(jìn)一步降低煙氣中的粉塵濃度的對(duì)干化后污泥的節(jié)煤能力影響基本不體現(xiàn)。

　?。?）污泥直接干化工藝因飛灰沉積導(dǎo)致的熱值貧化隨著污泥熱值的提升而變得越明顯。對(duì)以低熱值的工業(yè)污泥協(xié)同處置，可適當(dāng)省略熱煙氣的除塵環(huán)節(jié)。

　?。?）利用水泥窯協(xié)同處置污泥應(yīng)當(dāng)以總體效益最優(yōu)為第一目標(biāo)，污泥替代燃料制備過程中的貧化，在方案論證及工程設(shè)計(jì)過程中必須進(jìn)行正確的分析，通過比較確認(rèn)最優(yōu)的處置模式。