湿物料中绝干物料的质量(环境保护中 污泥干化45问（下）)

31.为什么说干化事实上是热能损耗的考评？

热干化主要是热量的支出。干化意味着水的蒸发，水分从环境温度(假设20度)升温至沸点（约100度），每升水需要吸收大约80大卡的热量，之后从液相转变为气相，需要吸收大量的热量，每升水大约539大卡（环境压力下）。两者之和，相当于620大卡/升水蒸发量的热能，几乎可以说是所有干化系统必须付出的“基本热能”代价。

然而，根据干化对象的性质，这一“基本热能”之外还会产生一定的消耗，这主要是工艺及其相关条件造成的。这些工艺相关条件可以概括为三大类： （1） 热源：包括热源的类型、传输、储存、利用的条件。

（2） 物料：包括污泥的粒度、粘度和污染物含量。

（3） 工艺：包括工艺类型、路线、条件及其干化效率。

以上三个方面条件的不同，就形成了干化系统在能耗方面的差别。这一差别有时是如此之大，不经分析是很难判断一个干化系统的实际运行效果的。

按照我国的能源价格，可以断定，热能的支出将占到一个标准干化系统运行成本的80％以上。因此，热能损耗的研究是对干化系统进行考评的重中之重。

32.热源对能耗的影响有哪些？

热能来源及其传输、储存、利用形式和利用率是热能损耗的重要方面之一。1）加热方式的不同，热源效率损失不同。直接加热形式中热源烟气直接成为介质，其热效率接近燃烧效率本身。其余加热形式均是通过换热设备将热传给某种介质的间接加热。烟气可以通过热交换器将热量传给空气，空气作为换热介质与湿物料进行接触。烟气可以提高热交换器将热传递给导热油或蒸汽，然后利用导热油或蒸汽来加热金属或工艺气体，由金属热表面或工艺气体与湿物料进行接触。这两类换通过热交换器的换热均形成一定的热损失，一般来说在8－15％之间。2）热源类型的不同，在干化系统中被利用的效率也不同。由于能源的热值特别是能源中污染物含量的重大区别，使得某些热源的利用受到限制。其可被利用的热量因排放温度的高低，过量空气系数大小，污染物后处理的温度及其压力等限制，对于不同的干化系统会带来不同程度的影响。有些热值较低的热源如低压废热蒸汽，对某些工艺是无法利用的。其热值的利用率也因热源条件的变化而有高低。 3) 涉及热源的传输、存储的一些关键条件，如管线的大小、输送距离、压力、保温条件、环境温度等，都会对热源利用的最终效率起到重要影响。

33.物料的性质如何影响热能能耗？

物料的粒度、粘度和污染物含量对热能能耗有重要影响。1）如果物料（如脱水污泥）是一种超细粉末，在干化过程中无论如何会产生大量的粉尘；因安全性原因而必须对粉尘环境降温，对粉尘进行收集则面临使用湿法进行洗涤，此时将使得粉尘及其周围的介质失去热量。2）如果因物料的性质（粘度、含水率高等）可能造成干化工艺的不稳定性的（如黏着、结块等），则有必要采用部分干化后的产品与湿物料混合的工艺（返料、干料返混）。这一返料过程有时因对混合后含固率有特殊要求，而达到很高的比例。返混的过程意味着大量物料的反复加热和冷却。3）对于具有一定污染物性质的物料进行干化处理，其处置过程必须是闭环进行的。干化过程中会使得物料中大量存在的可凝或不可凝污染物离开固体，进入气态环境。此时同样需要大量的冷却水进行洗涤，并将其中不可凝气体排出闭环回路。冷凝水和不可凝气体本身均带走相当的热量。

34.工艺热损耗表现在哪些方面？

从工艺角度了解干化在能耗方面的特点，就是研究干化系统的干化效率。 影响干化工艺效率的因素有很多，可以按照工艺类型、工艺路线和工艺条件分别考察：

（1）工艺类型指介质与湿物料的换热形式，目前所有的干化系统可以大致分为三种类型：热对流、热传导和热对流＋热传导的混合型。热对流系统需要工艺气体作为携带热量和携带湿分的载体，因此气体量巨大，气体的洗涤形成其热损失的主要部分。热传导依靠位于闭环回路中的大量高温介质进行热量的输送，热量的给出依靠足够的换热表面来进行，其热量给出是持续的，从巨大的换热面中输出的大量热量无法被吸热越来越慢的物料所接受，将形成部分蒸发气体的过热。这部分热量排出系统，就形成了热损失。

（2）工艺路线指湿物料、热介质进入，以及干物料和湿介质离开系统时的位置和形式。干化工艺存在并流、逆流和错流三种主要的形式，其中逆流的热利用效率最高，但出于安全性的原因，在处理污泥这样的高有机质超细粉末干化时，逆流基本上被放弃。在很多工艺中存在错流，典型的如流化床，但错流使得粉尘的产生和聚集较为严重，因此其工艺运行环境的惰性化较为严格，工艺温度降低，加上克服阻力所需的风压，由此导致的工艺气量大幅度上升。 （3）工艺条件指干化环境的进出口压力、湿度、温度、介质流速的变化。这些条件的改变使得不同工艺有着极为不同的表现。一般来说，所应用的介质温度越高，所使用的介质量越大，所使用的介质湿度越低，则蒸发速度越快。然而，温度越高、介质量越大、介质湿度越低，其形成的热损失也越大。

35.为什么说干化设备的能力和能耗是一对矛盾？

提高干化能力的办法似乎应该很简单：既然热传导靠的是热交换表面积，既然热对流需要大量高温热介质，增大换热面积、提高换热的介质流量和温度岂不就解决问题了？

其实不然。任何方法都有自身的限制。提高换热表面积，将会大大增加干燥器制造的成本，并进一步提高过剩热量在干燥器内的聚集和流失；提高气体的温度是正确的，但要形成更高的温度，意味着进一步扩大热交换设备的投资，并提高其热损失率；提高工艺气体的量，将大大提高风机及其管线的负荷，有时为了克服这种负荷，在电能方面的损失之大会使这种提高效率的想法变得不切实际。

所以，干化设备的处理能力是结合物料本身的特性，按照一定的能耗损失承受范围来设计的，盲目提高其中的某些参数，不一定能够收到积极的效果，反而加重了能耗的支出。

36.什么是评价热能耗损失的捷径？

干化工艺的目的在于形成有效的蒸发。蒸发所需的实际能耗，只能从分析干化系统的具体干化条件及其各阶段的热损失入手。

事实上存在一个判断干化系统效率的简单办法：

对于一个对流干化系统来说，介质的进出口湿度差越高，说明单位质量的气体介质所形成的蒸发量越大，系统的干化效率越高，热损失越小。

对于一个传导干化系统来说，有效换热表面积越小，而单位换热面积的蒸发量越大，则说明该系统的干化效率越高，热损失越少。

对于结合两种换热形式的混合型工艺，也仍然可以结合这两个参数，进行对比。

37.如何提防“能耗数字陷阱”？

干化工艺的“基本热能”支出是确定无疑的，无论何种工艺，无论其性能多么优越，其总的热能支出均无法低于这一数字。

由于世界上从事干燥的设备类型是如此之多，很难对所有的系统的机理、能耗有确切的理解，因而在进行比较时，常常轻信某些工艺所声称的能耗优越性，甚至一些不够严肃的厂家愿意在合同中保证这些数据的真实性。而到头来，使用者自己会发现事实并非如此，作为保证金的设备尾款只不过是巨额能耗支出的零头，根本无法覆盖其损失。对于污泥这样的低附加值产品来说，这种不科学的能耗数字是一种值得警惕的“数字陷阱”。

其实，干燥工艺的特点是可以分析、比较的，在给定的工作条件下，其工作状况是可知的。因此，在谈判中落实各个工艺、各段工艺的技术参数、运行参数，是进行科学比较的基础。

38.热传导的传热效率一定高于热对流吗？

所谓导热系数是指在单位面积、温度下和时间里能够传递或通过的热量，其单位为kcal/m.h.C。各种物质的导热系数差别很大。一般说来，金属的导热系数最大，非金属固体和液体的导热系数较小，气体的最小。即使同一种物质在相同温度下，也由于它的表观密度、湿度等差别而有不同的导热系数。金属中钢在100－200度时为38.7，300度时为37.2，而铁则在40以上。水的导热系数在38度时为0.54，在93度时为0.585；导热油在200度时为0.44；空气在27度时为0.0225，在77度时为0.0258，127度时为0.0291。

由于干燥系统中存在介质，而介质是由金属、气体或导热油组成的。如果仅就各种介质的导热性质来判断，的确会给人以热传导传热效率高的错觉。 其实，发生在干燥系统中的传热过程远比我们能够预想的复杂得多，其中最重要的因素之一还在于物料本身。当湿颗粒的含湿量变化时，不同的换热形式的效率是完全不同的。就污泥干化来说，热传导对于含水率较高部分的干化效率较高，而要将最后的20－30％水分去除，则显得力不从心，这也是为什么大多数热传导系统以半干化为目标，或必须做干泥返混且极大提高换热表面积才能实现。

第二个重要条件在于介质与物料的混合状态。这种状态越均匀，效果越好。热对流在污泥干化中的传热效率相对来说是较为稳定的，由于大量气体能够与已经失去表面水的颗粒紧密接触，在其周围形成稳定的汽化条件，为湿分在给定的传质条件下能够持续进行提供了极好的条件。

因此，应该说热传导和热对流各有优缺点，其传热效率的差别受湿物料本身的性质和搅拌、混合状态影响至巨。

39.提高介质温度为什么有限制？

干化需要热量，给热的效率与温度相关，温度梯度越高，效率则越高。在环境技术应用领域，大多数被干燥物料没有在高温下降解的品质问题，温度的应用似乎是无限的。然而，出于工艺类型及其安全性原因，干化事实上是有温度限制的。这些原因包括：

（1）金属的耐热和变形，由于干燥器及其相关的各种设备、管线、阀门和仪表等遇热均会产生不同的热形变，这样在金属材质、仪器仪表的选择上，形成了巨大差别。不同级别的耐热性和热形变可能导致设备价格的飙升，因此，工艺温度的确定既是技术也更是经济原因的抉择。

（2）介质的安全性问题，某些介质如导热油，最高使用温度高达320度，而实际运行温度为280度甚至更低；在油品选择方面尽可能提高其燃点，以保证在高温状态下尽量减少裂解；在回路设计方面，尽可能避开火源和通道，以提高管线的安全性。显然，其温度限制是必要的。

（3）某些介质是带压的，如蒸汽，其常用于干燥的压力一般不超过10个大气压，饱和状态下温度仅184度。提高这一温度，意味着大幅度提高设备和管线造价，并由此带来安全性问题。

（4）通入高温、高压介质的设备，如果承载介质的干燥设备本体还要转动，将造成密封的巨大压力，因此这类设备一般不会使用过高的温度和压力。

40.热能在干化中占运行成本的比例如何？

干化就是使用热能使水分蒸发的过程。水的蒸发需要一定的热能，根据最终含水率要求，实际热能支出在700－950大卡/升水蒸发量之间。

根据我国能源价格的现状，在采用洁净能源时，热能可能占据直接成本的绝大部分。如天然气，当价格为2.00元/立方米时，热能可能占干化运行成本的75％以上。

采用半干化焚烧，使用焚烧获得的热量进行干化，可覆盖大部分甚至全部热源需求，此时的热能成本可能低至零。

41.减少干化热损失的主要原则是什么？

干化的热损失来自三个方面，

（1） 热源：包括热源的类型、传输、储存、利用的条件。

（2） 物料：包括污泥的湿度、粒度、粘度和污染物含量。

（3） 工艺：包括工艺类型、路线、条件及其干化效率。

因此，一些可行的、相应减少以上内容热损失的原则就在于：

（1） 热源：优化热源、换热器选择和组合，缩短传输距离，加强保温。 （2） 物料：合理降低最终产品含固率（使之优化适应最终处置要求），改善冷凝条件（如减少气量、分步冷凝等）。

（3） 工艺：减少工艺步骤、缩短工艺路线，优化运行参数以提高干燥效率。

所有的干燥工艺都有自己的优点和长处，同时也有缺陷和不足。工艺方面继续优化的可能性虽然始终存在，但是调整余地已经不大。因此，最有可能获得直接经济效益的在于热源和物料相关条件的优化。

42.热能损失的差别意味着什么？

由于干化的热能成本占了运行成本的绝大部分，比较干化工艺时了解其工艺热损失的状况、条件是非常必要的。虽然各个工艺在升水蒸发量的单位能耗上看去仅相差几十大卡，但是对于污泥这种极低附加值物料的处理来说，可能意味着每年数百万元的差别。

举例来说，按照我国城市人口和污水厂规模，日产100吨绝干污泥产量的不在少数。将平均含固率20％的污泥，干化至90％，采用每立方米2.00元人民币的天然气来进行干化，如果升水蒸发量热能能耗相差10大卡，意味着每年30万元的差别。在世界主流工艺之间进行比较，其单位热能能耗差别最大达100大卡以上，其运行结果将是每年300万的差距。

43.半干化与全干化工艺在热能能耗上的差别意味着什么？

很多最终处置工艺是不要求全干化的，这意味着将含水率20％的污泥干化到40－60％即可填埋或焚烧。处理同样规模的污泥，这两种工艺在热能支出方面存在巨大的差距。对热传导工艺来说，半干化的升水蒸发量热能净耗一般要低于全干化20－30大卡，加上热源效率损失，可能达到50大卡以上的差别，此时的热能节约意义重大。

举例来说，一个日处理量100吨绝干污泥的干化厂，将平均含固率20％的污泥，分别干化至50％和90％，采用每立方米2.00元人民币的天然气作为能源，此时升水蒸发量热能能耗相差50大卡，意味着每年690万元的热能成本差别。

44.干化工艺能够利用哪些能源？

干化的主要成本在于热能，降低成本的关键在于是否能够选择和利用恰当的热源。

干化工艺根据加热方式的不同，其可利用的能源来源有一定区别，一般来说间接加热方式可以使用所有的能源，其利用的差别仅在温度、压力和效率。直接加热方式则因能源种类不同，受到一定限制，其中燃煤炉、焚烧炉的烟气因量大和腐蚀性污染物存在而难以使用，蒸汽因其特性无法利用。

按照能源的成本，从低到高，分列如下：

烟气：来自大型工业、环保基础设施（垃圾焚烧炉、电站、窑炉、化工设施）的废热烟气是零成本能源，如果能够加以利用，是热干化的最佳能源。温度必须高，地点必须近，否则难以利用。

燃煤：非常廉价的能源，以烟气加热导热油或蒸汽，可以获得较高的经济可行性。尾气处理方案是可行的。

热干气：来自化工企业的废能。

沼气：可以直接燃烧供热，价格低廉，也较清洁，但供应不稳定。

蒸汽：清洁，较经济，可以直接全部利用，但是将降低系统效率，提高折旧比例。可以考虑部分利用的方案。

燃油：较为经济，以烟气加热导热油或蒸汽，或直接加热利用。

天然气：清洁能源，但是价格最高，以烟气加热导热油或蒸汽，或直接加热利用。

45.干化选型比较的主要内容？

由于干化耗费大量热能和电能，影响处理成本至巨；安全性的问题是干化最重要的工艺问题；我国污泥处置目前尚处于摸索阶段，尚难以确定一个确切的处理方向。因此，选型应以考察干化系统在能耗、安全性和灵活性三个方面的内容为要点。

能耗的比较不是根据各家所报的消耗数字列表能够说明的，应深入到工艺过程中，对各工艺的热工原理进行分析和核实并得出自己的结论。污泥干化工艺更接近于化工工程中的有机物干燥，因此，借鉴该领域的经验，有助于污泥干化项目的成功。

安全性问题是干化项目的基础，应谨慎对待，反复论证，并搜集尽可能全面的信息，以使最终选型安全可靠。

根据当地的条件，应尽可能确定处置目标和工艺路线，在此基础上一次性选定合理的工艺，以适应今后的发展。鉴于干化项目投资巨大，而市场千变万化，应确保投资能够在长时间里发挥其效能。