垃圾焚烧协同污泥干化乏汽冷凝热回收工艺分析

引言

目前,国内外污泥处理方法研究较多的是污泥干化工艺。通用污泥干化工艺主要是将污泥由泵输送至干燥机进行干燥处理,污泥在干燥机内受到搅拌、振动以及加热界面的加热,乏汽被迅速蒸发出来。干燥机出来的乏汽(85~95℃)经过喷淋洗涤塔冷凝脱除水分,冷凝后的乏汽温度约为45℃,冷凝后的乏汽大部分送回干燥机循环使用,剩余送入炉排焚烧处理。喷淋塔洗涤用水采用中水,洗涤水全部作为废水排放,排放废水送至满足污水处理厂处理达标后排放。由采用喷淋洗涤塔冷凝方式的工艺流程可分析出,此方式冷凝乏汽增加了系统的电耗量、补水量及加药量,又损失了乏汽的热量,这样既增加了污泥干化的运行成本,还会导致能源的损失。

国内污泥干化处理车间逐步与生活垃圾焚烧厂进行协同建设,将污泥干化后与生活垃圾在炉排型焚烧炉内共燃烧。若能将污泥干化后的乏汽采用换热器与焚烧厂汽轮机凝结水换热,将乏汽的热量直接回收,可减少垃圾焚烧厂汽轮机凝汽器热井凝结水换热介质的使用量,既降低垃圾焚烧电厂汽轮机抽汽的使用量,增加汽轮机发电,同时还可降低污泥干化整个系统的用电量、补水量及加药量,减少乏汽热量的损失。

烟台某垃圾焚烧厂内设置2×425t/d焚烧线+1台20MW凝汽式汽轮发电机组以及300t/d(80%含水率)的污泥干化处理设施,污泥干化后产生乏汽,乏汽有较高余热。本文主要针对该厂对比分析通用污泥干化乏汽喷淋洗涤冷凝工艺与乏汽冷凝热回收工艺的经济效益、节能效益等。

1乏汽喷淋洗涤冷凝工艺与乏汽冷凝热回收工艺流程对比

含水率80%的湿污泥由泵直接输送至干燥机进行干燥处理,干化为含水率约40%的半干污泥,送入焚烧炉进行掺烧处理。污泥采用焚烧厂汽轮机二级抽汽进行加热干化,污泥干化后产生的乏汽需要冷凝处理,冷凝后的污水进入污水处理系统,不凝结气体送入焚烧炉一次风机焚烧。

乏汽喷淋洗涤冷凝工艺中,污泥干化机经蒸汽换热后蒸发出的乏汽通过文丘里管和喷淋塔洗涤塔进行降温,废气降温至45℃后,经引风机送至焚烧炉焚烧:乏汽冷凝产生的污水,经循环系统换热器冷却至35℃左右[1],再送至污水处理系统处理达标后排放。乏汽喷淋洗涤冷凝工艺流程如图1所示。

乏汽冷凝热回收工艺为使一级换热器冷凝污水降至35℃,需增设一路循环冷却水满足现有污水处理要求。余热回收装置的冷源来源于焚烧厂汽机凝汽器的冷凝水。凝汽器原冷凝水通过凝结水泵首先进入轴封加热器加热至45℃,其次进入低压加热器加热至78℃后进入除氧器。采用干法余热回收系统替代低压加热器,最高可以将冷凝水加热至80~90℃进入除氧器,乏汽冷凝工艺既满足了冷凝水的加热需求,同时又减少了汽机抽汽。污泥干化乏汽冷凝热回收工艺流程如图2所示。

2汽轮机装置评价指标参数

垃圾焚烧电厂汽轮机凝汽器热井凝结水一般是经过凝结水泵进入汽封加热器(汽源为汽轮机轴封漏气)、低压加热器(汽源为汽轮机四级抽汽)、除氧器(汽源为汽轮机三级抽汽)进行逐步加热,汽轮机主要抽汽参数及凝结水流程如图3所示。采用污泥干化乏汽冷凝热回收工艺,凝结水与乏汽换热,汽轮机主要抽汽参数及凝结水流程如图4所示。

传统污泥干化乏汽经喷淋洗涤塔与冷却塔来水换热工艺,垃圾焚烧发电厂凝结水乏汽喷淋洗涤冷凝介质用量流程图如图5所示。

污泥干化乏汽冷凝热回收工艺,锅炉过热器集箱出口主蒸汽经母管,部分主蒸汽至空预器高压段加热一次风,其余进入汽轮机做功:汽轮机一级抽汽至空预器二段加热一次风:汽轮机二级抽汽至污泥干化,污泥干化后疏水至空预器过冷段加热一次风:汽轮机三级抽汽至除氧器加热凝结水:凝汽器热井凝结水经汽封加热器后至污泥干化车间,与污泥干化后乏汽进行一次换热后回至除氧器,整个过程凝结水不经过低压加热器进行加热,乏汽剩余热量由冷却塔循环水吸收。污泥干化乏汽冷凝热回收介质用量流程图如图6所示。

采用传统污泥干化乏汽经喷淋洗涤塔换热工艺与污泥干化乏汽冷凝热回收工艺,对汽轮机发电参数进行对比分析,数据如表1所示。

综合对比,采用汽机除氧间汽封加热器后,凝结水至冷却污泥干化车间乏汽换热比采用低加加热汽封加热器后凝结水汽耗率减少0.11kg/(kw·h),热耗率减少约293.86kJ/(kw·h),循环水量减少约227.20t/h,冷却塔水损失约减少3.78t/h(损失系数按1.665%计),全年8000h增加发电量约274.4×104kw·h。

3污泥干化乏汽处理工艺设备投入对比

分析乏汽喷淋洗涤冷凝工艺及乏汽冷凝热回收工艺采用设备参数,污泥干化乏汽处理设备清单对比如表2所示。

乏汽冷凝热回收工艺的循环冷却水系统与原系统的循环冷却水系统比较,用水量降低,循环水泵运行的功率降低,也直接起到了节电的效果。冷却水量的减少

同时也使冷却塔的排汽、排污损失量同时降低,达到了节水的效果,而补水量的降低更是直接减少了加药量,达到了节电、节水、节药的多重效果。

从表2设备清单对比表分析,采用乏汽冷凝热回收工艺比乏汽喷淋洗涤冷凝工艺运行负荷减少122.38kw,每小时节电约122.38kw·h,污泥干化设备全年8000h节电约97.904×104kw·h,污泥干化设备投资减少约20万元。

4污泥干化乏汽处理节能对比

分析乏汽喷淋洗涤冷凝工艺及乏汽冷凝热回收工艺节能参数,300t/d污泥干化乏汽处理节能对比如表3所示。

从表3节能对比表分析:相比乏汽喷淋洗涤冷凝工艺,采用乏汽冷凝热回收工艺节能效果明显,干化处理吨污泥总计节能约90.55元。

5污泥干化乏汽处理工艺优缺点对比

对乏汽喷淋洗涤冷凝工艺及乏汽冷凝热回收工艺优缺点进行综合对比分析如表4所示。

污泥干化的主要能耗来自热能和电能,其中热能是污泥干化工艺的主要能耗,乏汽喷淋洗涤冷凝工艺与乏汽冷凝热回收工艺热能均来自汽轮发电机组的二级抽汽,消耗蒸汽量相当。采用乏汽冷凝热回收工艺处理后,换热后的废气经风机送至焚烧炉焚烧处理,废气未完全换热的热损失被焚烧炉利用,污泥干化系统整体热损耗小。在污泥干化系统协同焚烧厂焚烧的情况下,污泥干化所需电能由传统的外购转为厂区内自用,电能单价降低,综合对比分析得出:采用乏汽冷凝热回收工艺相比乏汽喷淋洗涤冷凝工艺更为节能,经济和社会效益更好。

6结语

研究污泥干化采用乏汽冷凝热回收工艺与乏汽喷淋洗涤冷凝工艺配套设备基础参数,300t/d的污泥干化规模,污泥干化设备全年8000h节电约97.904×104kw·h,污泥干化设备投资减少约20万元。综合对比采用汽机除氧间汽封加热器后凝结水至冷却污泥干化车间乏汽换热比采用低加加热汽封加热器后凝结水汽耗率减少0.11kg/(kw·h),热耗率减少约293.86kJ/(kw·h),循环水量减少约227.20t/h,冷却塔水损失约减少3.78t/h(损失系数按1.665%计),全年8000h增加发电量约274.4×104kw·h。通过以上对比参数的分析可知,污泥干化与垃圾焚烧厂协同作用,有助于减少能源消耗,提高垃圾焚烧协同污泥干化热回收的经济效益,可对垃圾焚烧协同污泥干化乏汽冷凝热回收工艺在全国推广起到一定的指导作用。