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摘要：介绍了污泥干化焚烧项目能量平衡计算方法，从影响能耗的影响因素角度给出了热量分析、能耗计算过程。该计算方法可以解决污泥干化焚烧过程中补充外部能量的依据。
关键词：污泥;干化焚烧;能耗
安吉净源污水处理有限公司日处理290吨污泥综合处置项目是实现对安吉县污泥无害化处置功能的最终环节，对实现安吉县污泥无害化处理十分必要。本文通过对污泥干化焚烧过程中的能量平衡进行计算，旨在为项目能源补充提供依据。
1、项目工艺流程简述
本项目污泥处理所选用的工艺如下：
1、污泥处理工艺：喷雾干化+焚烧;
2、烟气净化工艺：袋式除尘+臭氧除臭+净化塔洗涤+脱白除雾气。
具体污泥处理工艺流程图如下所示：
工艺流程简述：
车载污泥进场，倒入地下接收系统，再由螺杆泵（或柱塞泵）经过滤器送入大型污泥储罐，再由柱塞泵把污泥送到高位泥罐，最后经螺杆泵提升后送入喷雾干化塔，经塔顶喷嘴雾化后，与从二燃室中排出的高温烟气顺流接触进行干化。干化过程中进口高温烟气温度650℃，排出废气温度约70℃;经干化后污泥含水率从80%降低至～20%，然后直接进入回转窑焚烧炉进行焚烧。回转窑焚烧炉为顺流式，即窑体内物料运动的方向与烟气流向相同：干污泥从筒体的头部进入，随着筒体的转动缓慢地向尾部移动;焚烧所需助燃空气，一部分来自于污泥料仓除臭系统抽气，另一部分为环境空气，经由鼓风机鼓至燃烧室加热至约500～1000℃，从窑头进入回转窑焚烧炉。随窑体的转动过程，干污泥与助燃空气充分接触，完成干燥、燃烧、燃尽的全过程，渣由尾部排出。燃烧生成的烟气由尾部排出进入二燃室，在二燃室内，由于助燃空气的作用使烟气温度达到850℃以上，并停留2.5s以上，以分解控制二噁英的生成。为去除烟气中的二噁英和重金属，确保烟气中二噁英和重金属等有害物质浓度达到要求的排放指标，在烟气净化系统中增加活性炭喷射的辅助净化措施。
焚烧产生的高温烟气进入喷雾干化塔，作为干化过程的热源。干化塔出口的废气经过中间塔、袋式除尘器和净化塔洗涤并除雾后达标排放。中间塔用于去除烟气中部分酸性气体;袋式除尘器主要去除废气中的粉尘;系统引风機至净化塔风管投加臭氧，用于去除烟气中的有机臭气;废气再经过洗涤，同吸收废气中的可溶气体，采用苛性钠去除H2S、SOx等酸性气体，洗涤后的烟气经过白烟消减装置高空“无烟”排放。
2、项目能量平衡分析和天然气使用量预测
本项目天然气主要作为回转窑污泥焚烧辅助燃料。
1、干化污泥成分及燃烧基本参数
干化污泥设计处理量：按1t/h计;
干化污泥成分：含水量200kg/h（20%），可燃组分400kg/h（40%），灰分400kg/h（40%）;
灰分比热容：按1.17kJ/kg.℃计;
干化污泥平均低位热值：按8415kJ/kg计;
850℃烟气产生量：按10.0Nm3/kg干化污泥计;
850℃烟气焓值：按1063kJ/Nm3计;
2、污泥焚烧热平衡计算
Q干化污泥+Q天然气=Q灰渣+Q烟气+Q损失
干化污泥燃烧热Q干化污泥=8415kJ/kg×1000kg/h=8.4×106kJ/h;
天然气热风炉供热量Q天然气：热风炉供热量以F表示，单位为kJ/h;
灰渣显热Q灰渣=400kg/h×1.17kJ/kg.℃×（850-60）=3.7×105kJ/h;
烟气显热Q烟气=10.0Nm3/kg×1000kg/h×1063kJ/Nm3=10.6×106kJ/h;
热损失Q损失=炉壁热损（按输入热量5%）+干化污泥不完全燃烧热损失（按干化污泥燃烧热3.5%）
=（8.4×106+F）×5%+8.4×106×3.5% kJ/h
=7.1×105+5%F kJ/h
根据热平衡，可推算天然气热风炉供给热量F为3.5×106kJ/h。项目天然气热风炉供热效率按90%计，则需天然气供热量3.9×106kJ/h，项目天然气热值为35544kJ/Nm3，折算天然气用量110Nm3/h。
本项目设计处理80%含水量的污泥290t/d，喷雾干化后的干化污泥含水量20%，则需处理干化污泥72.5t/d，按24小时生产计算，则每小时需处理干化污泥3.02t。依次推算，本项目污泥焚烧需用天然气量332Nm3/h。
本项目年工作7200小时，则预计年用天然气量约239.0万Nm3，折标煤2902.2tce。
本项目污泥处理用天然气单耗：22.6Nm3/t。
3、结语
在该污泥干化焚烧系统中，将含水率为80%，实际热值为2000kcal/kg左右的湿污泥干化至含水率为20%的污泥，经过热量平衡计算，污泥自身的热量不足以自持燃烧，每小时需补充天然气332m3才能实现热量平衡，为项目的外部能源设计提供了依据。
杭州市城乡建设设计院股份有限公司 浙江杭州 310004
关键词：污泥;干化焚烧;能耗
安吉净源污水处理有限公司日处理290吨污泥综合处置项目是实现对安吉县污泥无害化处置功能的最终环节，对实现安吉县污泥无害化处理十分必要。本文通过对污泥干化焚烧过程中的能量平衡进行计算，旨在为项目能源补充提供依据。
1、项目工艺流程简述
本项目污泥处理所选用的工艺如下：
1、污泥处理工艺：喷雾干化+焚烧;
2、烟气净化工艺：袋式除尘+臭氧除臭+净化塔洗涤+脱白除雾气。
具体污泥处理工艺流程图如下所示：
工艺流程简述：
车载污泥进场，倒入地下接收系统，再由螺杆泵（或柱塞泵）经过滤器送入大型污泥储罐，再由柱塞泵把污泥送到高位泥罐，最后经螺杆泵提升后送入喷雾干化塔，经塔顶喷嘴雾化后，与从二燃室中排出的高温烟气顺流接触进行干化。干化过程中进口高温烟气温度650℃，排出废气温度约70℃;经干化后污泥含水率从80%降低至～20%，然后直接进入回转窑焚烧炉进行焚烧。回转窑焚烧炉为顺流式，即窑体内物料运动的方向与烟气流向相同：干污泥从筒体的头部进入，随着筒体的转动缓慢地向尾部移动;焚烧所需助燃空气，一部分来自于污泥料仓除臭系统抽气，另一部分为环境空气，经由鼓风机鼓至燃烧室加热至约500～1000℃，从窑头进入回转窑焚烧炉。随窑体的转动过程，干污泥与助燃空气充分接触，完成干燥、燃烧、燃尽的全过程，渣由尾部排出。燃烧生成的烟气由尾部排出进入二燃室，在二燃室内，由于助燃空气的作用使烟气温度达到850℃以上，并停留2.5s以上，以分解控制二噁英的生成。为去除烟气中的二噁英和重金属，确保烟气中二噁英和重金属等有害物质浓度达到要求的排放指标，在烟气净化系统中增加活性炭喷射的辅助净化措施。
焚烧产生的高温烟气进入喷雾干化塔，作为干化过程的热源。干化塔出口的废气经过中间塔、袋式除尘器和净化塔洗涤并除雾后达标排放。中间塔用于去除烟气中部分酸性气体;袋式除尘器主要去除废气中的粉尘;系统引风機至净化塔风管投加臭氧，用于去除烟气中的有机臭气;废气再经过洗涤，同吸收废气中的可溶气体，采用苛性钠去除H2S、SOx等酸性气体，洗涤后的烟气经过白烟消减装置高空“无烟”排放。
2、项目能量平衡分析和天然气使用量预测
本项目天然气主要作为回转窑污泥焚烧辅助燃料。
1、干化污泥成分及燃烧基本参数
干化污泥设计处理量：按1t/h计;
干化污泥成分：含水量200kg/h（20%），可燃组分400kg/h（40%），灰分400kg/h（40%）;
灰分比热容：按1.17kJ/kg.℃计;
干化污泥平均低位热值：按8415kJ/kg计;
850℃烟气产生量：按10.0Nm3/kg干化污泥计;
850℃烟气焓值：按1063kJ/Nm3计;
2、污泥焚烧热平衡计算
Q干化污泥+Q天然气=Q灰渣+Q烟气+Q损失
干化污泥燃烧热Q干化污泥=8415kJ/kg×1000kg/h=8.4×106kJ/h;
天然气热风炉供热量Q天然气：热风炉供热量以F表示，单位为kJ/h;
灰渣显热Q灰渣=400kg/h×1.17kJ/kg.℃×（850-60）=3.7×105kJ/h;
烟气显热Q烟气=10.0Nm3/kg×1000kg/h×1063kJ/Nm3=10.6×106kJ/h;
热损失Q损失=炉壁热损（按输入热量5%）+干化污泥不完全燃烧热损失（按干化污泥燃烧热3.5%）
=（8.4×106+F）×5%+8.4×106×3.5% kJ/h
=7.1×105+5%F kJ/h
根据热平衡，可推算天然气热风炉供给热量F为3.5×106kJ/h。项目天然气热风炉供热效率按90%计，则需天然气供热量3.9×106kJ/h，项目天然气热值为35544kJ/Nm3，折算天然气用量110Nm3/h。
本项目设计处理80%含水量的污泥290t/d，喷雾干化后的干化污泥含水量20%，则需处理干化污泥72.5t/d，按24小时生产计算，则每小时需处理干化污泥3.02t。依次推算，本项目污泥焚烧需用天然气量332Nm3/h。
本项目年工作7200小时，则预计年用天然气量约239.0万Nm3，折标煤2902.2tce。
本项目污泥处理用天然气单耗：22.6Nm3/t。
3、结语
在该污泥干化焚烧系统中，将含水率为80%，实际热值为2000kcal/kg左右的湿污泥干化至含水率为20%的污泥，经过热量平衡计算，污泥自身的热量不足以自持燃烧，每小时需补充天然气332m3才能实现热量平衡，为项目的外部能源设计提供了依据。
杭州市城乡建设设计院股份有限公司 浙江杭州 310004