污泥噴霧干化回轉窯焚燒實用實用工藝地真實能耗水平

1、精彩文檔污泥噴霧干化回轉窯焚燒工藝的真實能耗水平一、熱平衡的真假干燥器耗熱量4766300kJ/h，污泥從含固率20%至75%蒸發(fā)量1833kg/h，干化凈熱耗621.1kcal/kg；干化污泥量667kg/h，濕基熱值1500kcal/kg，添加燃煤112kg/h，燃煤熱值5000kcal/kg，系統(tǒng)熱量總輸入1560000kcal/h;其中，入爐污泥水分167kg/h的耗熱量433300kJ/h，升水蒸發(fā)量熱耗621.1kcal/kg；灰渣熱損失111427kJ/h，灰渣量283.8kg/h;如果灰渣比熱容取0.26kcal/kg.K的話，則灰渣出口溫度僅約360度；不完全燃燒熱損失229

2、299kJ/h，相當于輸入熱量1560000kcal/h的3.5%；飛灰量129.7kg/h，飛灰焓4111kJ/h，考慮了飛灰溫度30度；系統(tǒng)散熱損失327600kJ/h，相當于輸入熱量1560000kcal/h的5.0%；煙氣熱損失677963kJ/h，助燃空氣量14000m/h；作為焚燒工藝的熱平衡和物料平衡，缺少了幾個最為關鍵的內容：煙氣量、各工藝點的煙氣溫度。這種所謂的“熱平衡”給出的是熱焓分配，而非各工藝點的狀態(tài)，其目的顯然是不想讓人了解和校核。盡管該表在入出口熱焓收支上是做平了的，但細究這些數字，我還是發(fā)現(xiàn)了幾個問題：首先，將灰渣、不完全燃燒損失、飛灰、系統(tǒng)散熱等四項去掉，總熱量

3、約1403832kcal/h，除以總水量2000kg/h，相當于升水蒸發(fā)量702kcal/kg，從蒸發(fā)角度來看能耗極低，但這顯然不是噴霧干燥所能實現(xiàn)的能耗值(一般均在1200kcal/kg以上)；其次，以環(huán)境溫度20度計，干空氣量約18060kg/h;以一種典型的污泥和燃煤性質考慮(見下)，要達到助燃空氣量14000nf/h，過?？諝庀禂敌枰_到7.1的水平，得到干燥用干煙氣量約18700kg/h，這里所間接透露的過?？諝庀禂党叨仁顷P鍵點之一；第三，從飛灰量、灰渣量看，如果剩余物達到413.5kg/h，占總輸入干固體量612kg/h的67.6%，即可揮發(fā)性有機質僅32%即使考慮3.5%的未燃盡

4、物，這個數字也不太靠譜；當然，熱損失也就不著邊際；第四，根據間接推知的煙氣量，即使假設干燥完畢廢氣溫度是70度的話，該廢氣所攜帶的焓也將達1815000kcal/h，去掉其中水分蒸發(fā)的理論焓620kcal*2000蒸發(fā)量，排出廢氣焓應在575000kcal/h以上，但“熱平衡”中給出的煙氣熱損失僅為該值的28%不難判斷，這個熱平衡其實是個煙幕彈。從刻意“漏掉”的數據，以及這種拼湊的熱焓分布看，王先生們其實不想告訴我們真相。二、工藝流程的變化說明什么距論文在學術雜志上正式發(fā)表不到半年，大規(guī)模的商業(yè)推廣已經開始。在商業(yè)推廣上，王凱軍教授可謂不遺余力，始終沖殺在最前線。2009年5月中國水網等都刊載

5、了一篇我國自主產權的污泥干化焚燒技術開發(fā)成功的新聞通稿，文章稱“由浙江環(huán)興機械有限公司聯(lián)合清華大學共同研究開發(fā)的污泥噴霧干燥焚燒處理項目(注：由杭州環(huán)興污泥處理有限公司投資運行)日前獲得重大成果突破，據中國水網記者現(xiàn)場了解，該污泥焚燒廠日處理能力360噸/天，運行總成本約100元/噸，項目自2008年8月建成開始試運行，目前運行連續(xù)穩(wěn)定，處理徹底，無二次污染，具有技術工藝具有完全的自主知識產權，技術先進、運行成本低、污泥減量化和無害化效果突出、節(jié)能效果明顯等優(yōu)點，在國際同類技術中處于領先水平，具備國產化能力，具有廣闊的應用空間和市場潛力”。據我調查，王凱軍偕浙江環(huán)興的老板俞其林首次對外公開推介

6、此項目是在2008年7月21日國家環(huán)保局標準司委托中國水網在北京召開的評審會上，當時所說的是60噸試驗項目。但到了2009年5月中國水網記者的“現(xiàn)場報道”里，就變身為360噸項目已運行了一年。水網記者新聞意識之“超前”由此可見一斑。王凱軍在2010年的一次“污泥干化焚燒高級研討會”上，以360t/d新型污泥干化焚燒技術示范工程研究為題，再次介紹了該項目。這一次還結合了他所編寫并已發(fā)布的國家污泥焚燒技術政策、城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術規(guī)范及污泥處理處置最佳可行技術等標準規(guī)范，對自己的技術進行了質的包裝。這一次推廣在技術數據上仍全部是60噸試驗項目的內容，所增加的360噸項目的信息在兩個方面：

7、1)投資4500萬，熱效率80%運行成本120元/噸；2)工藝改進，包括：將單一的旋風除塵器改為旋風除塵器與布袋除塵器的組合工藝；將生物除臭噴淋洗滌塔從兩級串聯(lián)每級單層填料改為單級4層填料；通過輸送機將旋風除塵器去除的顆粒物與干化污泥混合后送入焚燒爐焚燒；將噴霧干燥器煙氣進風溫度從400度調整為500550度；將通過熱風爐預熱助燃空氣方式調整為煤粉與干污泥混合進料；結合上述工藝改進內容與原專利對照，我猜想他們在60噸試驗項目上可能遇到的問題如下：巨大的氣量，所攜帶的污泥粉塵極高，僅選用旋風除塵器是不夠的，于是增加了袋式除塵器，以避免過多粉塵飛到后段堵塞噴淋洗滌塔的填料；生物除臭洗滌塔過濾洗滌能

8、力嚴重不足，難以實現(xiàn)除臭而達標排放；除塵裝置收集的物料過細，直接進窯會發(fā)生局部爆燃，并未燃盡就會隨煙氣飛出，久之會堵塞煙道；原進風溫度太低，干燥難以保障；但提高進風溫度可能意味著能耗提高(后詳)；原來的熱風爐包括二燃室本都是多此一舉的熱工裝置，當熱風溫度不足時，熱風爐根本來不及補充熱量；二燃室的設置本來是為了提高煙氣溫度，以保障污染物的分解，但如果不能噴液態(tài)或氣態(tài)燃料，二燃室形同擺設，毫無意義；按照60噸項目的設計理念，該二燃室的存在可能只是一個通過環(huán)評的幌子罷了。其實這里沒有提到的還有兩個更為核心的內容：噴霧干燥的打漿含固率和焚燒爐的溫度。根據專利，構成進料環(huán)節(jié)的有以下機械：a)打漿機；b)

9、篩分機；c)儲泥罐；d)高壓泵；要保障噴霧干燥順利進行，噴霧頭及其相配合的料液濃度是關鍵。打漿從字面上看是對液體物料中的大顆粒進行破碎均質的過程，如果污泥是含固率20%很難想象打漿機如何工作。根據業(yè)內厭氧消化的經驗，現(xiàn)在所見到的最高含固率的污泥厭氧消化是大連夏家河，其料液的固體濃度最高為10%其它厭氧消化項目的污泥含固率只有46%浙江日報2009年11月25日對此有一描述，“污泥先經過打漿，變成流汁狀的泥漿，然后通過螺桿泵輸送到直徑8米、高50米的噴霧干燥塔，奇妙的反應發(fā)生了：塔里設有特制的霧化器，流汁狀的污泥進入霧化噴咀，變成了蒙蒙泥霧，在與塔頂550C的熱空氣的接觸后瞬間蒸發(fā)，含水率從80

10、%降到15%成為顆粒狀干化污泥”。打漿的含固率應該是蕭山項目真實能耗的命門所在。對這一點王教授似乎諱莫如深。關于第二個問題，北京院杭世珺的考察報告中，專門對此提出了討論：“現(xiàn)場考察時，焚燒溫度達不到設計溫度，此時可能有部分物質得不到充分燃燒，建議進一步研討其二噁英產生與否的問題及其相對應對措施。建議進一步探討噴霧干燥器及回轉焚燒窯內的污泥結焦問題及其應對措施”。焚燒爐當時的爐溫只有400多度，足以造成天上黑煙滾滾，杭總作為王教授的老朋友，她還能如此直率的提出此問題，可見是兩者有著不同的治學風格吧。通過對其60噸項目建立一個完整的噴霧干燥物料平衡和熱平衡，并參照噴霧干燥器的相關文獻所報道的實際參

11、數，我終于了解了為什么蕭山項目回轉窯溫度會嚴重偏低，以及這種噴霧干燥與回轉窯配合方面所存在的聯(lián)動關系。事實上這種較為敏感的關系，是項目存在三個以上的變量參數造成的，牽一發(fā)而動全身。360噸項目的新設計已經事實否定了兩個熱工設備的存在意義：熱風爐和二燃室，污泥與燃煤在同一個熱工設備中混燒，這一點與石洞口別無二致。令人奇怪的倒是，王凱軍指摘石洞口項目“煙氣無組織排放，二次污染嚴重”時，是否考慮過他自己的這套裝置是否有同樣的問題。從360噸項目對各段工藝都做了大幅調整看，這種工藝至少目前還遠未成熟。三、多變量體系一一犧牲穩(wěn)定性為代價的工藝采用以下原則對此項目做出了熱平衡模型：干化部分，將噴霧干燥器本

12、身視為一個封閉系；焚燒部分，將熱風爐（已取消）、焚燒爐、二燃室視為一個封閉系；由于焚燒發(fā)生的位置相同，因此可采用統(tǒng)一的過?？諝庀禂?；選定的燃料及元素構成如下：收到基燃煤污泥干物質%96.0020水分%4.5080灰分%27.0045C%60.0023.5H%2.504.2O%8.200.8N%1.3816.4S%0.9210.1干基地位熱值kcal/kg52502440兩個封閉系共存在三個變量：燃煤量、過?？諝庀禂岛瓦M入干化系統(tǒng)的環(huán)境空氣（用于煙氣降溫）/壓縮空氣量（用于噴霧）。污泥處理量一定，則決定系統(tǒng)總熱焓輸入的是燃煤量；試算過?？諝庀禂?，通過燃料量就決定了可能產生的高溫煙氣量；這部分高溫

13、煙氣量因過剩空氣系數的大小，而有不同的出口煙溫。當規(guī)定出口煙溫必須維持在850950度之間時，意味著必須大幅度同時準確調節(jié)過剩空氣系數，否則會超溫或溫度不足。由于過?？諝庀禂凳歉鶕贌r調節(jié)的，那么焚燒工況一變，將造成需要補入干化系統(tǒng)的環(huán)境空氣/壓縮空氣量也跟著變化。如此，在三個參數間就形成了互相牽制的關系。如果改變燃煤量，另外兩個都要動；如果只改變過?？諝庀禂?，則需要動干化環(huán)境空氣量/壓縮空氣量。壓縮空氣量與環(huán)境補入的空氣量本來就是兩個量，那么事實上這四個變量之間的互動，就構成了一切麻煩的來源。在其它干化焚燒工藝里，為干化系統(tǒng)補熱的熱工系統(tǒng)必須是獨立于污泥焚燒爐的，這樣使得干化和焚燒都是單

14、獨調節(jié)，互不影響。比如污泥濕了，則需要在鍋爐中多補燃料；從焚燒爐回收的熱量之多了少了，對干化的運行不發(fā)生影響；如果干化產生的干泥少了，焚燒爐輸入熱量減少，但它不必對干化缺少的熱量做任何反應，因此兩個系統(tǒng)之間可以做到互不干擾。噴霧干化+回轉窯焚燒的工藝顯然不是如此，如果濕泥含水率增加，干化熱量不足，馬上反應在產品干度上；產品干度一降，火焰溫度馬上降低，煙氣量卻可能沒變化，于是煙溫降低；當發(fā)現(xiàn)這個問題，系統(tǒng)開始干預，加大給煤量時，又需要立即也改變過?？諝庀禂担娘L量一變，干化的環(huán)境空氣/壓縮空氣如果不變，馬上會造成污泥過干；如果把環(huán)境空氣降下來了，說不定噴嘴壓力的變化也會導致泥漿噴入的量變化如此這

15、般，工藝如貓追自己尾巴一樣的自動化調節(jié)難度可就太高了，系統(tǒng)的平穩(wěn)運行恐怕很難，這就是為什么北京院專家去考察時居然連焚燒溫度都上不去的原因。照理說多加點煤讓溫度上去是很簡單的事，但在這種系統(tǒng)下，多加煤后，過?？諝庀禂档母呐c不改都會造成難題：改（適應了所需助燃空氣量）則等于爐膛溫度沒改善；不改，爐膛溫度上升了，但后面干化的熱平衡就亂了假設取干燥器的熱量需求為一定值，干燥器需要某一參考溫度下的定量高溫煙氣進行干化，而與燃料相匹配的助燃空氣，要隨著這種需要進行調節(jié)。理論上需要過?？諝庀禂?.1，但誰都知道這個系數取這么大，爐溫是絕對上不去的；于是要降低此值至合理水平。但是從干化角度看它所要求的高溫煙氣

16、流量和溫度是一定的，因此就必須靠環(huán)境空氣/壓縮空氣來補償。由于壓縮空氣是跟著濕泥喂料走的，那么環(huán)境空氣量的大小就成了唯一調節(jié)手段。但向煙氣主管中混合環(huán)境空氣談何容易，它可能還會影響主管的風壓，進而影響焚燒爐這種干燥器與焚燒爐直接相連，焚燒煙氣直接入干燥器的發(fā)明，在發(fā)明者的本意中是為了實現(xiàn)最高的熱效率?！皼]有中間復雜的加熱、換熱程序，大大提高了能效”，但這句話可能只對了前一半。四、節(jié)能的真相通過熱平衡分析，可以試算幾組系統(tǒng)不同的工作狀態(tài)。首先，一個必要的假設，即噴霧干燥的打漿機對濕泥必須加水稀釋，使?jié){液具有可流動性。其次，選擇幾個基本參數并固定下來，包括：焚燒爐出口煙氣溫度850度；干燥器煙氣平

17、均出口溫度500550度；環(huán)境溫度20度，相對濕度80%濕泥量60噸/日，入口含固率20%干燥后出口75%干燥器出口干泥溫度70度，出口廢氣溫度80度；燃煤價格850元/噸。干燥器與焚燒爐的數據均取自王凱軍的文章。有關噴霧干燥器設計的一些參考參數引自噴霧干燥實用技術大全（引用只列頁碼）。關鍵參數單位1234567打漿含固率%20%16%14.0%12.0%10%8.0%6.0%燃煤耗量kg/h112210279370495680990過剩空氣系數2.622.72.742.782.822.872.91環(huán)境壓縮空氣量kg/h520068007700850095001080012600干燥器入口平均

18、溫度C461471481499520545575干燥岀口相對濕度%45.4%44.9%45.1%45.9%47.0%48.3%50.0%干燥器入口含氧量%16.5%16.7%16.7%16.6%16.5%16.4%16.2%干燥器傳熱效率kJ/m3.h.C49.365.075.488.0105.2130.2170.3干燥器干燥強度kg/m3.h5.26.98.29.812.215.721.5干化/污泥廢氣稀釋倍數4.05.15.86.67.89.412.1噸濕泥的燃煤成本yuan/t.wet387195126168231337焚燒爐內煙氣停留時間sec1.10.80.70.60.50.40.3

19、二氧化硫質量濃度ppmw656584557540526513505折合污泥干基入爐熱值kcal/kg.DS35644547523961517405926012369對表中的數據解釋和討論如下：打漿后的含固率這里選擇了6%120%其中20澈際是未稀釋；燃煤耗量、過?？諝庀禂蹬c環(huán)境/壓縮空氣量三項數值如前所述是三個主要變量，通過試算得到，試算的結果使得兩個系統(tǒng)（焚燒爐和干化）獲得熱平衡；干燥器入口平均溫度此值也受上述三個參數的影響，稀釋打漿后的含固率較高時，干化煙氣甚至無法升到500度以上；這一現(xiàn)象很有意思，在此先不做更深的討論了；干燥器出口相對濕度這是一個很有參考意義的值，此值的高低反應了干化系

20、統(tǒng)的除濕效率。我沒有查到噴霧干燥出口廢氣的相對濕度實例，在我看來此值已相當高，因為一般所說的帶式干化（同為干燥器出口溫度80度）只有25%下。干燥器入口含氧量含氧量是一個重要的安全值。在500550度高溫下，即便是并流工藝，如果有掛壁的粉塵，仍然可能造成危險狀況（結焦在杭世珺報告中已作為兩個突出問題之一被提到）。如非進行這樣的分析，無法得知其內部含氧量會是如此之高，噴霧干燥系統(tǒng)的安全性確實值得擔憂。干燥器傳熱效率這是噴霧干燥器的一個重要參考值，一般類似粒度的物料干燥傳熱效率在126kJ/m3.h.C以內（P15）,模型得到的數據印證了這一點；干燥器干燥強度參考一個過磷酸鈣的干燥項目，550度入

21、口風溫、120度出口風溫下，干燥強度為89kg/m3.h（P52）;與污泥干化比較，污泥干化以500550度風溫入、80度出，干3燥強度計算值達1216kg/m.h，說明污泥模型對干燥強度的設計已相當樂觀；干化/污泥廢氣稀釋倍數根據王凱軍等編制的標準，也如其在最近的推介中所特別強調的，應貫徹“特征大氣污染物等體積核算達標排放原則，防止混燒或摻燒導致大氣污染物稀釋排放”。在蕭山項目中，以污泥為來源的煙氣量經過大量燃煤煙氣/環(huán)境空氣的稀釋，已達數倍；且不說稀釋數倍的氣體采用一般裝置是否還能檢測得到，這種倒置工藝存在稀釋問題，作者就從未提到；噸濕泥的燃煤成本除了不經打漿稀釋的情況外（我個人認為是不可能的），隨著打漿后污泥含固率的降低，熱能能耗會直線上升。無論是稀釋多少，直接成本恐怕沒有一個能在其所聲稱的100或120元/噸的以內。在電耗方面，打漿需要動力成本；專利中明言，它采用的是適合粘性物料的“氣流式噴嘴”，根據業(yè)內的評價，這種噴嘴的電耗是其它噴嘴的68倍（P66）,每小時100公斤料液需要22kW裝機，本項目不加打漿稀釋的料液量就是2500公斤，就算其噴嘴設計特別節(jié)能，電耗無論如何會在那區(qū)區(qū)100元中占據重要的一席之地吧。焚燒爐內煙氣停留時間根據給出的焚燒爐尺寸，我核