低溫廢熱干化的“節(jié)能”與廢氣稀釋排放問題

1、低溫廢熱干化的“節(jié)能”與廢氣稀釋排放問題與翁煥新教授商榷浙江大學(xué)的翁煥新教授在國內(nèi)污泥處理界久享盛名。一系列的發(fā)明，使其 成為業(yè)內(nèi)知識產(chǎn)權(quán)擁有量最高的人物。 根據(jù)我的統(tǒng)計(jì)， 翁教授與污泥處理相關(guān)的 專利數(shù)量已達(dá) 45 個。杭州新源環(huán)境工程公司獲得浙大的獨(dú)家授權(quán)進(jìn)行技術(shù)推廣， 據(jù)稱目前已實(shí)施和正在實(shí)施的項(xiàng)目多達(dá)十幾個。這樣一種有著廣泛認(rèn)知度和影響的技術(shù)，特別是其繁復(fù)的專利體系很早就引起了我的好奇，但我一直沒有做過深入研究。最近一個朋友跟我說起，他曾聽過翁教授的演講，留下了“技術(shù)最適合國情、最先進(jìn)、理論素養(yǎng)最深”的印象。翁教授的 PPT中充滿了各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、統(tǒng) 計(jì)圖表和圖片， 有很多采用最先進(jìn)分析

2、儀器的檢測結(jié)果。 但在照片上有個小小的 細(xì)節(jié)，引起了他的懷疑： 為項(xiàng)目配套的除臭管線何以如此之細(xì)？當(dāng)時他曾把這個 疑惑非常婉轉(zhuǎn)地提了出來，翁教授回答“全部廢氣均經(jīng)過處理后達(dá)標(biāo)排放”。他 再次提問“氣量具體是多少” ，“如此之大的煙氣量是否除臭” ，經(jīng)過幾次問答， 翁教授承認(rèn)“干燥器排出的煙氣只經(jīng)過除塵處理，不進(jìn)行除臭，但煙氣量大，正 可以起到稀釋作用” 。我這位朋友追問：“稀釋不等于不排放， 這樣做是否合適” ， 翁教授最后的回答是：“稀釋是最好的環(huán)保方式”這一插曲足以讓我對翁教授的技術(shù)產(chǎn)生某種懷疑。 這是一個目前在環(huán)保界比 較普遍的問題，有人已在我之前指出過這類問題。早在 2005 年就在網(wǎng)

3、上流傳的 污泥在電廠鍋爐中混燒處置的環(huán)境影響 一文，以及今年李波先生的 污泥處 理處置單純追求經(jīng)濟(jì)效益將導(dǎo)致環(huán)境災(zāi)難 ，都對環(huán)保項(xiàng)目不環(huán)保、 隨意進(jìn)行稀 釋排放的概念提出了批評。 我在上一篇博文中也對王凱軍教授的倒置污泥焚燒干 化存在污染物稀釋排放問題提出了質(zhì)疑， 現(xiàn)在讓我們一起來看看浙大翁煥新教授 “以廢治廢”、“不使用新能源”的先進(jìn)的環(huán)保理念究竟是怎樣一回事。、龐大的專利體系初看這些專利， 我產(chǎn)生了一個十分古怪的印象： 這些專利是如此復(fù)雜、 全面、 豐富，似乎要把所有有關(guān)污泥煙氣干化的可能性都包攬囊括一空。做個不甚恰當(dāng)?shù)谋扔鳎汉帽瘸燥垼绾伟扬埶偷蕉亲永铮怪蔀榫S持生命 的營養(yǎng)，這個過程

4、無論怎樣復(fù)雜，都叫吃飯；拿筷子、刀叉還是勺，是進(jìn)食手段 上的區(qū)別； 以流體直接灌入食道， 還是固體或半流體經(jīng)過口腔咀嚼， 那是進(jìn)食路 徑上的區(qū)別；拿筷子同時還拿刀叉，用碗還是用碟，拿一付筷子不夠要拿三副， 使用一個餐碟不夠非得用三個， 都不過是進(jìn)食手段上的一些變化。 但無論拿刀叉 還是筷子， 都不能把湯送入口中， 如果有人把進(jìn)食手段上的這些變化都用專利包 裝起來，其目標(biāo)是把用勺喝湯、把嘴湊到碗邊喝湯、用吸管喝湯、用兩個盤子喝 湯、三個盤子喝湯的技巧都作為專利予以保護(hù)， 是否別人從此就不能再喝湯 了，喝湯就要付專利費(fèi)？當(dāng)然，這只是我一時的胡思亂想。通過按年代編排，我開始對翁教授的技術(shù) 體系有了了

5、解，其實(shí)它相當(dāng)簡單：從專利申請時間上看，翁教授最早于 1998 年申報(bào)了利用污泥熱能燒制輕 質(zhì)磚的方法專利，采用自然風(fēng)干的方式進(jìn)行干化，最后在磚窯中處置。污泥必 須干化才能用于燒磚，但自然風(fēng)干占地大，耗時長，難以滿足實(shí)際需要。6 年后， 2004年 7 月申報(bào)的回流式可控溫污泥干化裝置與方法是翁教授 的第一個核心技術(shù)， 采用干泥返混對濕泥造粒后， 進(jìn)入內(nèi)置鏈錘攪拌裝置的回轉(zhuǎn) 窯進(jìn)行干化。干泥返混因粉塵安全性問題，在項(xiàng)目中似乎未見應(yīng)用。同年 8 月的制磚污泥的三段式干化和成粒一體化方法首次提出采用面條 機(jī)，對經(jīng)過晾曬自然干化的污泥進(jìn)行造粒， 然后進(jìn)入三段式回轉(zhuǎn)窯熱干化。 這一 專利提出的兩個概念

6、： 1）攤鋪晾曬降低水分然后造粒； 2）采用多級轉(zhuǎn)鼓干燥， 成為此后工程中最基本的做法。2005年 1月申請的利用鍋爐煙氣余熱干化污泥的方法 首次提出了另一個 核心概念“廢熱利用” ，提出將電廠鍋爐的廢熱煙氣引入兩級或三級回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行 干化（首次在江陰康順項(xiàng)目應(yīng)用）。同年 2 月的三段式低溫污泥干化和成粒系統(tǒng)提出采用燃料燃燒產(chǎn)生的高 溫?zé)煔猓?經(jīng)過調(diào)溫， 分別引入三個回轉(zhuǎn)窯對污泥進(jìn)行熱干化， 調(diào)溫是為了避免尾 段污泥中的粉塵遇高溫可能產(chǎn)生安全性問題 （無錫項(xiàng)目） 。這是首次提出使用一 次能源的干化。2005年 4月申請的利用熱電廠煙氣余熱的串聯(lián)式污泥干化系統(tǒng) 專利將分 段干燥的概念首次解釋為煙氣

7、的流向， 所謂串聯(lián)式工藝是指將第一級干化出口的 煙氣混入部分原生“高溫”廢煙氣升溫后，再進(jìn)入下一級。6 月申請的循環(huán)式節(jié)能型污泥干化方法較前一個多出的內(nèi)容是，將這種 梯級化的煙氣流動解釋為一種循環(huán)使用的能量， 因此具有節(jié)能的特點(diǎn) （其實(shí)并非 如此）。2005年 7月的利用垃圾發(fā)電廠煙氣余熱干化污泥與污泥發(fā)電一體化裝置 的內(nèi)容與 1 月的沒有什么區(qū)別，所不同者在于這種廢煙氣來自垃圾焚燒爐。2006年 4月的煙氣余熱與雙外供熱源復(fù)合的污泥干化系統(tǒng) 與煙氣余熱 與外供熱源相結(jié)合的污泥干化系統(tǒng)類似，區(qū)別僅在三級或兩級。兩者與 2005 年的煙氣多級干化有區(qū)別的是， 煙氣供給增加了單獨(dú)熱源， 為后級干燥

8、補(bǔ)充高溫 能量。這一變化透露的是， 將原生低溫?zé)煔饣旌系降谝患壋隹谠龠M(jìn)入下一級的真 正溫升太有限了，實(shí)際效果不明顯。2006年 7月的并聯(lián)式低能耗污泥干化和成粒系統(tǒng) 與串聯(lián)式節(jié)能型污泥 干化和成粒系統(tǒng) 兩篇也類似， 區(qū)別在于串聯(lián)時第一級出口廢氣仍需經(jīng)過第二級 干燥器，并聯(lián)則不然。 兩者與以往專利的區(qū)別在于， 干燥器出來的廢氣進(jìn)入封閉 式濕泥儲存系統(tǒng)，用于對濕泥進(jìn)行預(yù)熱，并稱能改善廢氣最終的除塵效果。同月的利用垃圾發(fā)電排放煙氣余熱的污泥干化和成粒系統(tǒng)與 1 年前的垃 圾廢煙氣干化無實(shí)質(zhì)區(qū)別。同為 7 月的污泥干化過程中釋放氣體的控制方法首次提出了對污泥儲存 部分的廢氣進(jìn)行氧化燃燒和土壤生物濾床處

9、理， 而污泥干化所使用過的煙氣經(jīng)水 膜除塵后達(dá)標(biāo)排放。2007年 11 月申請的一種污泥干化工程的臭氣控制系統(tǒng)在 7 月的除臭方 法之外增加了高能離子除臭，號稱集成了化學(xué)、物理和生物三種方法。2008年 5月的尾氣余熱回收再利用的污泥干化系統(tǒng)增加了熱管換熱器， 對干化廢氣中的廢熱進(jìn)行回收，用于產(chǎn)生高溫?zé)犸L(fēng)，重新用于干化。2009年 8月的利用水泥廠回轉(zhuǎn)窯輻射熱干化污泥與污泥燒制水泥的方法 提出了一種別開生面的做法， 讓水泥窯外壁成為輻射源， 用于干燥從旁經(jīng)過的位 于傳送帶上的污泥。2009年 8月的利用磚窯煙氣余熱干化污泥與污泥制磚一體化的方法 內(nèi)容 與氣體低溫?zé)煔獾膶＠ㄒ粎^(qū)別在來自磚窯。瀏

10、覽這些專利內(nèi)容，可大致總結(jié)如下：浙大干化技術(shù)的實(shí)質(zhì)在于一種以回轉(zhuǎn)窯（轉(zhuǎn)鼓機(jī)）為核心機(jī)械的干燥系統(tǒng)， 可以為單級或多級。 污泥需要造粒后進(jìn)入干燥器， 造粒條件若非干泥返混， 則需 以攤鋪晾曬方式降低含水率， 才能進(jìn)行面條擠出。 所采用的熱源以低溫廢熱煙氣 為主，可來自電廠鍋爐、垃圾焚燒爐、磚窯和水泥窯等。干化所產(chǎn)生的廢氣經(jīng)過 處理可達(dá)標(biāo)排放。專利之間有明顯的脈絡(luò)可循，它反映了這種技術(shù)開發(fā)成熟過程中的種種變 化，也間接反映了一些潛在問題。這些問題包括：這種技術(shù)以廢熱利用、以廢治廢為標(biāo)榜，其廢熱的利用效率究竟怎樣？采用廢熱一般需要使用較大的煙氣量， 這種做法的經(jīng)濟(jì)意義是否如其所宣傳 的那樣，能做到每

11、噸處理費(fèi) 50100 元？基于龐大的氣量，其所謂的除臭方案究竟是怎樣的?二、實(shí)際工程數(shù)據(jù)的解讀翁教授等在2008年2月在中國給水排水上發(fā)表了論文利用煙氣余熱 干化城市污泥工藝的應(yīng)用。2010年6月又在環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)上發(fā)表了二 段式污泥低溫干化的原理與水汽熱量平衡，這兩篇文章均以第一個采用電廠廢 煙氣進(jìn)行污泥處理的項(xiàng)目一一江陰康順 100噸/日印染污泥干化為例，其中的工 藝描述和數(shù)據(jù)對我們了解其工藝過程和特點(diǎn)提供了基本材料。論文確認(rèn)了實(shí)際工 程的工藝流程與專利描述的基本相同： 22%含固率的污泥首先需要采用自然干化的方式降低水分至含固率25%停留25天后，才能造粒入回轉(zhuǎn)窯； 采用兩級干燥，入口熱風(fēng)

12、溫度均為 155度，出口溫度105度，入口煙氣流 量150000立方米/小時，比重0.8389 kg/m 3； 污泥熱干化至含固率60%需要進(jìn)行通風(fēng)的冷卻堆置，使干化至含固率70%根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以以整個熱干化系統(tǒng)（包括兩級干燥器）為封閉系，建立 物料平衡和熱平衡。計(jì)算中做了以下假設(shè)：干化污泥入口溫度 20度，第一級出口 60度，第二級 出口 75度；干化系統(tǒng)輻射熱損失4%入口煙氣的含濕量為0.042 kg/kg 。熱平衡模型得到的結(jié)果與翁教授在論文中所給出的數(shù)據(jù)能夠完全吻合：項(xiàng)目單位模型計(jì)算數(shù)據(jù)論文數(shù)據(jù)凈熱耗kcal/h16201021616987有了熱平衡，就可對論文沒有給出的一些關(guān)鍵工藝

13、量有所認(rèn)識了:1、熱效率問題污泥從含固率25%g 60%x間的蒸發(fā)是采用熱干化完成的，蒸發(fā)量為2139kg/h ;從凈熱耗（原質(zhì)量流量的155度煙氣降溫為105度所失去的焓，假設(shè)這部 分即為干化蒸發(fā)所實(shí)際消耗的總熱量）本身而言，升水蒸發(fā)量的凈熱耗僅757.5kcal/kg，似乎并不高。如論文所標(biāo)示的，以常壓下0度水蒸發(fā)需要640 kcal熱量考慮，系統(tǒng)似乎有著很高的熱效率（640/757.5=84.5% ），其實(shí)這個值是沒 有意義的。熱工系統(tǒng)的效率需從總給熱量來看，本系統(tǒng)中入口煙氣所攜入的總熱 量很高，而煙氣中的焓被實(shí)際利用的比例非常低 （1620101 / 7566618 = 21.4%）

14、原因就在于這是一種低溫?zé)岣苫?、干化所需搬運(yùn)的煙氣量問題本項(xiàng)目中，每小時150000立方米的155度煙氣，折合干煙氣量120550 kg/h < 在第二級干燥器出口其體積流量為 141400 m3/h。折合升水蒸發(fā)量的干空氣用量 56.4 kg/kg。此值與一個中溫帶式干化相當(dāng)，但應(yīng)考慮的是，本項(xiàng)目蒸發(fā)區(qū)間非 常窄，相比于帶式機(jī)從含固率20%g 90%這里只做到了從25%g 60%從蒸發(fā)強(qiáng) 度看，比帶式機(jī)差得多。這是因?yàn)榛剞D(zhuǎn)窯的物料停留時間相比帶式機(jī)會短得多， 因此單位蒸發(fā)量會有更高的氣耗。3、電耗問題采用廢熱進(jìn)行干化，熱能是不計(jì)算成本的，但是對于這種工藝而言，真正的 冋題所在其實(shí)是電

15、能而不是熱能。本項(xiàng)目將污泥從含固率22%筆到70澈際上經(jīng)過了三個階段，每個階段都要去 除一些水分，而移除這些水分如果不是靠熱能加熱的話，就必須進(jìn)行通風(fēng)。這就像晾衣服，衣服被晾干，靠的是周邊空氣因蒸汽壓差的原因而帶走衣服中的水分。 同理，濕泥或干泥中的水分如果要離開，也需要大量空氣流過。根據(jù)這一原理，試對濕泥自然干化（蒸發(fā)量 500 kg/h ）和干泥冷卻通風(fēng)干化 （蒸發(fā)量218 kg/h ）作為單獨(dú)的系統(tǒng)建立水汽平衡。假設(shè)環(huán)境溫度 20度，相對 濕度80%出口相對濕度100%（實(shí)際不可能），考慮過量系數(shù) 1.2，貝U項(xiàng)目單位數(shù)據(jù)項(xiàng)目單位數(shù)據(jù)自然干化需干空氣量fkg/h205186自然干化出口廢

16、氣流量m/h174227干泥冷卻通風(fēng)干空氣量kg/h89565干泥冷卻通風(fēng)出口廢氣流 量nVh76052加上熱干化所耗用并污染的廢煙氣量 141400 nVh，需要進(jìn)行除臭處理的總廢 氣量達(dá)391688 m3/h。根據(jù)生物除臭工程的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，取每1000 m3/h氣量除臭 實(shí)際電耗1.2 kW ,則僅除臭所需的電耗每小時就高達(dá) 464 kW,以污泥從含固率22%至 70%的總蒸發(fā)量 2857 kg/h 考慮，升水蒸發(fā)量的除臭電耗為 0.162 kW/kg 此值比典型的高溫干化（相同處理深度） 0.05 kW/kg 的水平高了約 2倍。因沒有直接數(shù)據(jù),我很難估算自然干化、回轉(zhuǎn)窯熱干化、干泥冷卻通

17、風(fēng)系統(tǒng) 這三者的電耗水平。但我想可以反算比較,以發(fā)電平均熱效率25%計(jì),如果高溫?zé)岣苫膬魺岷牡湫椭禐?80 kcal/kg，可折算電能0.20 kW，這樣熱干化的綜合能耗水平以電 量表示相當(dāng)于 0.25 kW/kg ,與此值相比,低溫廢熱干化的其余部分電耗如果超 過0.25 - 0.162 = 0.088 kW/kg，則所謂利用低溫廢熱的節(jié)能優(yōu)勢將不復(fù)存在！假設(shè)自然干化、回轉(zhuǎn)窯熱干化、干泥冷卻通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行綜合電耗也在0.25kW/kg 蒸發(fā)量的水平上（我相信它一定大于 0.088），如果電價 0.76 元/千 瓦，則每小時需要支出的電費(fèi)就是0.25 kW/kg * 2857 kg/h *

18、0.76 / （100/24） = 130.3元/噸僅電費(fèi)就超過了 100元/噸！如果要低于 100元/噸，我以為，唯一的辦法只能是不處理廢氣！而根據(jù)翁教授的論文，在康順項(xiàng)目中，濕泥自然干化和干泥冷卻通風(fēng)干化 的廢氣均入土壤生物濾床進(jìn)行處理，只有熱干化后的廢煙氣通過除塵除氣裝置， 未經(jīng)除臭就直接從煙囪排放了，這一點(diǎn)證實(shí)了我的朋友向翁教授討教來的說法。三、討論通過以上的分析，我有兩個想法可作討論：1、 污泥處理領(lǐng)域的節(jié)能、碳減排概念應(yīng)作全方位的分析再下結(jié)論，炒作 是沒有意義的。前一時期時常聽到的“污泥發(fā)電”、“污泥干化焚燒可實(shí)現(xiàn)自平衡”等的說 法。其實(shí)，事事都得做具體分析。干化后的污泥去發(fā)電是可能的，但濕泥干化的 能源誰負(fù)責(zé)？污泥干化焚燒是有可能實(shí)現(xiàn)熱量自平衡的， 但得看濕泥的含固率以 及干基熱值是多少。低溫廢熱干化只不過是眾多干化工藝路線之一，