城市生活污泥太阳能-废热联合干化处理工艺设计.docx

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城市生活污泥太阳能

废热联合干化处理工艺设计

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王磊金杰俞志敏吴克

摘要：太阳能作为一种清洁可持续的资源，将其应用于城市生活污泥干化，该工艺运行安全稳定、能耗低、运行成本低廉、无污染等特点，同时利用废热（源自合肥天源热电）作为辅助热源，以弥补因昼夜、天气、季节等因素导致的太阳能资源的不足。以合肥城市生活污泥为例，对工艺的原理和流程，供热单元设计、干化室设计进行了阐述，为太阳能-废热联合干化工艺的进一步研究提供了参考。

关键词：城市生活污泥；太阳能；废热蒸汽；工艺设计

随着城市化进程的加快，生活污水产量逐年加大，城市生活污泥产量随之增加，其带来的环境问题日益突显出来，如高含水率、有恶臭、易腐败、含有大量氮磷等营养物质和病原体，甚至还含有重金属，如处置不当会对环境造成二次污染[1-4]。因此对污泥进行“三化”处理势在必行，即减量化、无害化和资源化，而“三化”处理的首要前提就是降低污泥含水率，只有降低污泥含水率才能给后续污泥的处理处置及其运输提供便利[5-6]。污泥的干化迫在眉睫。

[]太阳能作为一种清洁可持续的绿色新能源，随处可见且安全无害，较传统能源有显著优势，且太阳能污泥干化方式具有节能降耗的现实意义。本文对合肥市生活污泥进行太阳能干化，同时为了弥补因昼夜、天气、季节等因素导致的太阳能资源的不足，采用了太阳能-废热联合干化处理的工艺。

1生活污泥和废热来源

本设计中选取的污泥为合肥市污水处理厂脱水污泥，含水率80%；废热来源于合肥天源热电有限公司，公司主要经营供热，电力生产与供应，热力管网安装维修与调试等。

2工艺设计目标

目前合肥天源热电有限公司目前所采用的燃料为污泥与煤进行配比的混合燃料，泥煤掺烧比达20%-30%，日焚烧污泥规模达到120吨以上，每日产生的废热为平均温度为112.56℃的烟气总量为2.03×106m3/d，烟气主要成分为CO2。综上，本设计处理规模按照200吨/天考虑，干化后污泥含水率降至60%。

3太阳能-废热联合干化工艺原理

将城市生活污泥（含水率80%）均匀布设于设有传送带的干化室内，利用太阳能和废热蒸汽作为热源实现对污泥进行干化，如图1。生活污泥通过污泥传送带输送至干化室顶部，通过污泥布料机将污泥变为薄层进入干化室传送带，另外传送带上方布设有废热管道，污泥在传输的同时废热蒸汽对其进行干化，传送带自上而下层层传输，在转至下一层传送带时同时完成薄层的翻转。此外干化室内设有温湿度感应器，实时对干化室内的温湿度进行监控，干化室顶部设有排湿口，根据干化室内的湿度状况及时将干化室内的湿废气排出，以保证污泥的干化效果。

图1太阳能-废热联合干化工艺流程图

Figure1processflowdiagramofsolarenergy-wasteheatcombineddrying

4太阳能-废热联合污泥干化系统工艺设计

4.1供热单元设计

4.1.1太阳能单元集热器所产热量的计算

日照时数，即直接受太阳光照射的实有时数。合肥市年日照时数在2000小时左右，分布特点呈北多南少。日照时数的年内变化，夏季最多，春秋次之，冬季最少。

根据合肥气象网提供的信息，合肥地区的日照情况如表1所示：

表1合肥全年太陽总辐射资料（千卡/平方厘米）

Table1annualdataoftotalsolarradiationinHefei（Kcalpersquarecentimeter）

月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月

辐射量6.57.19.210.512.513.614.213.99.88.97.06.1

根据表1数据可计算出合肥全年太阳能平均功率：

W0=（6.5+7.1+7.0+6.1+9.2+10.5+9.8+8.9+12.5+13.6+14.2+13.9）/（365×12×3600）×10000=0.1135kcal/（m2·s）=475w/m2

单元集热器接受阳光的实际透光面积为1m2，本装置的理论功率为：

P=W0×S=158.35×1=475W

单元集热器效率一般在60%以上，按60%计，则得热功率为：

P得热=P×60%=285W

假设集热器每天工作8h，则该集热器一天可转化有效热能为：

Q=P得热×8×3600=8.21×103KJ

4.1.2废热热量的计算

因废热气体主要成分为CO2，因此按二氧化碳气体对烟气进行能量估算：

=0.8×103×1.977×2.03×106×（112.56-40）=2.33×108KJ

（二氧化碳比热：0.8×103J/kg·℃；二氧化碳密度：1.977kg/m3）

4.1.3太阳能装置收集热量计算

以1