污泥干化過程的貧化及對節(jié)能水平的影響

　　國內(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市政污水處理廠污泥的無害化處置，取得了較好的社會影響。按照2010年12月1日的統(tǒng)計報表，試生產(chǎn)期間已累計實現(xiàn)污泥處置8.57萬噸，扣除避峰平抑電價，平均單機臺產(chǎn)量在120 t/d ~125t/d，高出設計指標20%~25%，生產(chǎn)線的運行可靠性得到了驗證，總體的設計是基本成功的。但在運行過程中也逐步暴露出節(jié)煤能力低于設計指標的原因。

　　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自窯尾廢氣中攜帶的粉塵沉積到干污泥的量要遠遠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[1]，污泥干化過程中灰分引起的貧化勢必對污泥處置的節(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來看，飛灰顆粒在破碎干燥過程中可以作為造粒核心進行利用，客觀上可以提高干化的強度，對干燥有有利的影響。

　　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，擴展破碎干化的速度。因此從提高干燥效率的角度，適當?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聯(lián)。而污泥的焚燒的熱利用，是污泥處置的主要經(jīng)濟性來源，因此，從熱利用的角度來看，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筒的工作已否具有較大的波動性，在額定的通風量條件下，在如煙氣通過干化車間前的旋風收塵器進行初步的氣固分離，進入干燥機的煙氣，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。

　　因為行業(yè)內(nèi)某資深技術權威的建議，廠方在調(diào)試過程中對廢氣進風管道進行了改造，將原有的旋風筒進行了旁路處理，含塵煙氣不經(jīng)過除塵處理后直接進入鼓風機。依據(jù)改造提案，主要宗旨為：（1）減少系統(tǒng)阻力，降低干燥車間運行電耗；（2）利用生料細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臺干燥機全開，旋風筒旁路與否的周平均樣本進行分析，旋風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，電耗指標可視同基本不變化。初步分析的主要原因為：現(xiàn)有的鼓風機前閥門開度在旋風筒旁路前后的調(diào)整，抵消了旋風筒旁路的管道減壓效果，如采用旋風筒旁路應對鼓風機進行變頻處理才有可能體現(xiàn)節(jié)電效果。旁置旋風筒只有在鼓風機配置變頻調(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)果作為對比的依據(jù)，在旋風筒旁路前后，各污泥的工業(yè)分析對比見表1（略）。

　　顯然旋風筒旁路后，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能力。

　　在干化車間的操作上，旋風筒旁路后，鼓風機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，但鼓風機異常激增。鼓風機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致鼓風機負荷顯著增加，故集中出現(xiàn)具有較高的落差管道的1號、2號鼓風機上。從鼓風機的操作來看，旋風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筒后基本無太大的變化，干化車間的排氣溫度基本相當，說明通過增加粉塵的濃度，對污泥干化效率無明顯的正貢獻從工廠的實際操作情況來看，旋風筒旁路后，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)用煤量的變化趨勢卻恰恰相反，通過近2周的反復比較，工廠最終還是選擇恢復旋風筒的工作，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)實踐的選擇最終還是背離的某業(yè)內(nèi)權威的論調(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性的特點，在工業(yè)生產(chǎn)的對照過程中，以濕污泥的干化程度而論在不同的實驗條件下實際上是有差別，必須要考慮到扣除生料帶入的灰分后的干化污泥實際的水含量對干化污泥熱利用效率的影響。因此對污泥干化過程中的灰分貧化必須進行必要的理論分析計算，來判別利用水泥窯協(xié)同處置污泥下對干化尾氣的品質(zhì)的界定對總體節(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℃的進入干燥機廢氣溫度下不同的廢氣含塵濃度對污泥干化的產(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

　　在實際生產(chǎn)過程中，由于污泥干化工藝控制的影響，干燥機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，隨著進入干燥機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，實際上污泥的干化程度是波動的。以越堡為例，在不同的干燥煙氣含塵濃度條件下，干燥機的操作始終還是按照出口干泥的水分進行控制的，在試驗期間控制的干泥入窯干度大致在22%~25%之間隨著班次進行波動。因此干燥煙氣中含塵濃度的變化勢必對污泥干化的程度形成干擾，從而對污泥替代燃料利用的效果進一步形成沖擊。

　　按照維持出干燥機污泥含水率25%的方式，意即污泥干化實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)進一步分析。

　　在大多數(shù)條件下，在實際生產(chǎn)控制上，隨著進入干燥機的廢熱煙氣的含塵濃度的遞增，粉塵導入導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較大，隨著煙氣溫度的變化也勢必對污泥協(xié)同處置的節(jié)能水平產(chǎn)生影響，進一步考慮到余熱發(fā)電對污泥處置的影響，作為簡化考慮，，在220℃、280℃、320℃的不同干燥機進口煙氣溫度條件下，維持干燥機進口的粉塵濃度在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)模做大做強的要求，而應當從最佳經(jīng)濟效益的角度權衡合理的處置規(guī)模，提升項目的競爭力。

　　4 結(jié) 論

　　通過在越堡的工業(yè)試驗及調(diào)試過程中的摸索，對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，對進入干化系統(tǒng)的尾氣應優(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，進一步降低煙氣中的粉塵濃度的對干化后污泥的節(jié)煤能力影響基本不體現(xiàn)。

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

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