《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥干化焚燒工藝設(shè)計(jì)與運(yùn)行管理指南》

城鎮(zhèn)污水處理廠污泥干化焚燒

工藝設(shè)計(jì)與運(yùn)行管理指南

（征求意見稿）

前言

根據(jù)中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會[2018]建標(biāo)協(xié)字第15號文《關(guān)于印發(fā)2018年第一批協(xié)會

標(biāo)準(zhǔn)制訂、修訂計(jì)劃的通知》，制訂本指南。

污泥焚燒作為城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理的主流技術(shù)之一，可集約、高效地實(shí)現(xiàn)污泥的減

量化、穩(wěn)定化和無害化，焚燒灰渣可填埋或資源利用，適合經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)、人口稠密、土地成

本較高的地區(qū)；污泥熱干化可有效去除污泥水分、提高污泥熱值，常常作為預(yù)處理技術(shù)與污

泥焚燒、工業(yè)窯爐協(xié)同處置、以及污泥熱解、碳化等高溫?zé)崽幚砑夹g(shù)聯(lián)用?！冻擎?zhèn)污水處理廠

污泥處理處置污染防治最佳可行技術(shù)指南》(試行)(HJ-BAT-002)將干化焚燒與土地利用共同作

為污泥處置污染防治的最佳可行技術(shù)。《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策》

(試行)(建城[2009]23號)也推薦經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的大中城市采用污泥焚燒工藝，并鼓勵(lì)采用干化

焚燒聯(lián)用的方式，提高污泥的熱能利用效率。

近年來，污泥熱干化和焚燒技術(shù)在我國越來越多的城市得到工程化應(yīng)用，呈現(xiàn)出快速發(fā)

展的勢頭。污泥熱干化和焚燒工藝屬于熱化學(xué)領(lǐng)域，流程和設(shè)備較復(fù)雜，對設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)

的要求較高。國內(nèi)已發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)僅有中國工程建設(shè)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水污泥流化床干化焚燒

技術(shù)規(guī)程》CECS250-2008和機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥焚燒處理工程技術(shù)規(guī)范》

JB/T11826-2014，對污泥流化床干化和污泥焚燒在設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行和管理方面的核心性技

術(shù)要求作出了規(guī)定。本指南旨在進(jìn)一步深化對污泥熱干化、污泥焚燒技術(shù)原理和工藝過程的

理解，協(xié)同已發(fā)布的技術(shù)規(guī)程，指導(dǎo)和規(guī)范我國污泥干化焚燒的工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理。本指

南編制過程中，梳理、借鑒了國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)文件，調(diào)查、研究了國內(nèi)典型工程案例，總結(jié)、

吸納了國內(nèi)外理論和實(shí)踐認(rèn)知。

本指南的主要內(nèi)容包括：總則、術(shù)語和定義、污泥熱干化工藝、污泥熱干化的輔助系統(tǒng)、

污泥熱干化的運(yùn)行維護(hù)、污泥焚燒工藝、焚燒余熱利用、焚燒煙氣處理、焚燒飛灰處理和處

置、污泥流化床焚燒的運(yùn)行維護(hù)、污泥干化焚燒廠區(qū)的安全管理。

本指南由中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會城市給水排水專業(yè)委員會歸口管理，由上海市政工程

設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司負(fù)責(zé)技術(shù)解釋。請各單位在使用過程中，總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提

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出意見和建議。

主編單位：上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司

參編單位：上海城投污水處理有限公司

同濟(jì)大學(xué)

上海市城市排水有限公司

北京藝高人和工程設(shè)備有限公司

綠水股份有限公司

主要起草人：

中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會

2019年月日

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1總則

1.0.1編制目的

為了深化對城鎮(zhèn)污水處理廠污泥干化、焚燒技術(shù)原理和工藝的理解，提升我國污泥干化、

焚燒的工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理水平，在查閱國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)材料、調(diào)研國內(nèi)相關(guān)工程的基礎(chǔ)上，

依據(jù)國家和行業(yè)相關(guān)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，編制本指南。

1.0.2適用范圍

本指南適用于城鎮(zhèn)污水處理廠污泥熱干化和鼓泡流化床焚燒的工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理。

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2術(shù)語和定義

2.0.1污泥熱干化sludgeheatdrying

污泥經(jīng)機(jī)械脫水后，在外部加熱的條件下，通過傳熱和傳質(zhì)過程，使污泥中水分隨著相

變化分離的過程。

2.0.2流化床fluidizedbed

固體顆粒懸浮于運(yùn)動的流體之中，從而使固體顆粒具有流體的某些表觀特征，這種“流-

固”接觸狀態(tài)稱為固體流態(tài)化，流態(tài)化的顆粒床層稱為流化床。

2.0.3全干化fulldrying

將污泥干化至含固率不低于85%的干化工藝。

2.0.4半干化partialdrying

將污泥干化至含固率低于85%的干化工藝。

2.0.5粘滯區(qū)adhesionorshearingphase

通常在含水率大約50%~70%時(shí)，污泥流變特性會發(fā)生改變，粘性大、易結(jié)團(tuán)，不宜運(yùn)輸

與處理，這一階段和狀態(tài)稱為粘滯區(qū)。

2.0.6干化尾氣exhaustgases

由干化過程產(chǎn)生的水蒸氣、揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)和部分漏入空氣組成的混合氣體。

2.0.7污泥焚燒sludgeincineration

在高溫和充足氧氣的條件下，污泥中的可燃成分急劇與氧反應(yīng)，使污泥轉(zhuǎn)化為燃燒煙氣

和少量灰渣的過程。

2.0.8污泥焚燒爐sludgeincineratior

利用高溫氧化作用處理污泥的設(shè)備。

[JB/T11826-2014，術(shù)語3.2]

2.0.9臨界流化速度criticalfluidizationvelocity

顆粒從靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱骰瘧B(tài)的最低氣流速度。

2.0.10鼓泡流化床bubblingfluidizedbed

氣流自下而上穿過固體顆粒床，當(dāng)氣流速度超過流化床臨界流化速度，使床層顆粒呈流

化態(tài)，出現(xiàn)沸騰狀氣泡，爐內(nèi)具有以上特征的流化床稱為鼓泡流化床。

2.0.11煙氣停留時(shí)間gasretentiontime

燃燒所產(chǎn)生的煙氣從最后的空氣噴射口或燃燒器出口到換熱面（如余熱鍋爐換熱器）或

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煙道冷風(fēng)引射口之間的停留時(shí)間。

[CECS250:2008，術(shù)語2.0.8]

2.0.12熱灼減率lossonignition

焚燒殘?jiān)?jīng)灼熱減少的質(zhì)量占原焚燒殘?jiān)|(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。

[CECS250:2008，術(shù)語2.0.7]

2.0.13燃燒效率combustionefficiency

煙道排出氣體中二氧化碳濃度與二氧化碳和一氧化碳濃度之和的百分比。

[CECS250:2008，術(shù)語2.0.10]

2.0.14爐渣bottomash

從焚燒爐底部收集的燃燒殘余物。

2.0.15飛灰flyash

在燃燒過程中，被氣流夾帶存在于出爐的煙氣中，通過煙氣除塵設(shè)備（如旋風(fēng)分離器、

靜電除塵器或袋式過濾器）被分離的固體顆粒。

[JB/T11826-2014，術(shù)語3.12]

2.0.16余熱鍋爐

利用工業(yè)過程的廢氣、廢料或廢液中的余熱及其殘留可燃物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的熱量把水或其

他介質(zhì)加熱到一定溫度的鍋爐。

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3污泥熱干化工藝

3.1污泥熱干化的作用和原理

3.1.1污泥熱干化及其優(yōu)缺點(diǎn)

污泥熱干化是在不降解污泥中有機(jī)組分的情況下將污泥中水分快速蒸發(fā)去除的一種低溫

熱處理技術(shù)。通過熱干化，污泥含水率通?？山抵?0%以下。

從污泥后續(xù)處置的角度，熱干化有如下優(yōu)點(diǎn)：

顯著降低了后續(xù)處理處置的污泥量和體積。相對于含水率80%的脫水污泥，若干化至

含水率10%以下，則產(chǎn)物量僅為原來的約1/5，有利于減少后續(xù)儲存、輸送和處置的成本。

干化過程去除了污泥中的大部分水分，提高了污泥的熱值，為后續(xù)在焚燒爐中自持燃

燒創(chuàng)造了條件，使其具有了熱能回收利用的價(jià)值。

與濕污泥相比，干化污泥的物理和化學(xué)性狀使其更易于階段性儲存和后續(xù)處理處置。

干化過程殺滅了污泥中的病原菌，完成了污泥的消毒，有利于后續(xù)通過土地利用實(shí)現(xiàn)

資源循環(huán)。

污泥熱干化也存在一定的局限性：

投資成本高；

運(yùn)行成本高，主要為能耗；

潛在安全問題，尤其是火災(zāi)和爆炸風(fēng)險(xiǎn)；

未經(jīng)穩(wěn)定化處理（如厭氧消化）的污泥干化產(chǎn)品，其穩(wěn)定性是暫時(shí)的，儲存和處理不

當(dāng)會再次滋生微生物，產(chǎn)生臭氣等污染。

3.1.2污泥熱干化過程

熱干化的對象通常為污水處理廠的脫水污泥，脫水污泥中的水分按照與固體顆粒結(jié)合情

況的不同，可劃分為間隙水（自由水）、毛細(xì)水、表面吸附水和內(nèi)部結(jié)合水四類。間隙水是被

大小污泥顆粒包圍的水分，不與固體顆粒直接結(jié)合；毛細(xì)水是在固體顆粒接觸面上由毛細(xì)壓

力結(jié)合，或充滿于固體顆粒之間、固體本身裂縫中的水分；表面吸附水時(shí)以分子間的作用力

吸附于固體顆粒表面的水分；內(nèi)部結(jié)合水時(shí)污泥中微生物細(xì)胞內(nèi)部的水分。熱干化過程去除

的主要是間隙水、毛細(xì)水和表面吸附水，與熱干化過程的不同階段相對應(yīng)。

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熱干化過程可劃分為三個(gè)階段：加速階段、恒速階段和減速階段。

加速階段：污泥溫度和干化速率快速提升至下一階段（恒速階段），這一階段通常較短，

干化效率較低。這一階段是污泥升溫的過程。

恒速階段：與其他兩個(gè)階段相比，物料在該階段停留的時(shí)間最長。在這一階段，污泥顆

粒表面完全浸于水的包裹中，表面水蒸發(fā)后不斷被物料內(nèi)部水分代替。此時(shí)的干燥過程類似

于水池中水的蒸發(fā)，固體部分對干化速率的影響不大。在這一階段，污泥和氣體界面的溫度

通常維持在該氣體的濕球溫度。這一階段去除的是污泥的間隙水（自由水）。

減速階段：隨著水分的充分蒸發(fā)，當(dāng)污泥顆粒表面不再全部浸于水中時(shí)，污泥顆粒表面

水分的蒸發(fā)速率高于內(nèi)部水分到達(dá)顆粒表面的速率。因此，此時(shí)整體的干化速率則低于恒速

階段。蒸發(fā)速率第一次下降階段去除的水分是毛細(xì)水，第二次下降階段去除的水分是表面吸

附水。在減速階段，由于熱介質(zhì)傳遞顯熱給污泥的速率高于污泥中潛熱傳遞給氣體的速率，

污泥和氣體界面的溫度開始上升。

3.2污泥熱干化工藝和設(shè)備

3.2.1典型工藝和設(shè)備

熱干化工藝的核心是熱量傳遞和水分蒸發(fā)。根據(jù)主導(dǎo)型傳熱方式的不同，污泥熱干化工

藝和設(shè)備可分為以下幾種類型：

對流式（直接干化），即熱量通過熱氣體介質(zhì)與物料進(jìn)行密切和直接的接觸而傳遞給

物料的干化方式，加熱方式可以直接或間接，直接加熱居多。典型工藝有轉(zhuǎn)鼓式、流化床式、

噴霧式等。干化后的污泥通常呈較均勻的球狀顆粒，并具有一定的硬度。在國外，當(dāng)干化污

泥產(chǎn)品進(jìn)行農(nóng)用時(shí)，通常會采用這種干化形式。在對流式干化時(shí)，熱介質(zhì)的作用有兩個(gè)：提

供干化熱量和帶走蒸發(fā)的水分。因此，干化蒸發(fā)的水分、揮發(fā)性氣體和與熱介質(zhì)是混合在一

起的。出于安全考慮，作為熱介質(zhì)的氣體需要控制氧濃度，可通過循環(huán)部分干化尾氣來實(shí)現(xiàn)。

在工藝運(yùn)行時(shí)，常常通過干化污泥與濕污泥返混來降低濕污泥含水率，避開污泥粘滯區(qū)。

傳導(dǎo)式（間接干化），即熱量通過間接的熱交換表面從熱介質(zhì)轉(zhuǎn)移至物料的干化方式，

加熱方式均為間接加熱。傳導(dǎo)式干化的典型工藝有圓盤式、槳葉式、薄層式等。在傳導(dǎo)式干

化時(shí)，熱介質(zhì)與物料不直接接觸，通過加熱與物料直接接觸的金屬表面將熱量轉(zhuǎn)遞給物料。

槳葉和圓盤式干化，傳熱面由一系列中空的金屬槳葉或盤片構(gòu)成，金屬槳葉或盤片固定在可

轉(zhuǎn)動的軸上，軸內(nèi)流動熱介質(zhì)，軸轉(zhuǎn)動以促使物料與熱表面均勻和高效接觸，并推動物料前

8

進(jìn)。干化后的污泥通常尺寸較大，松散，可根據(jù)后續(xù)處理處置需求進(jìn)行造粒、調(diào)整顆粒均勻

性和硬度等形狀。薄層式干化機(jī)的傳熱面為殼體夾套，夾套內(nèi)的蒸汽或?qū)嵊妥鳛闊崦剑瑑?nèi)

筒壁是與污泥接觸的傳熱部分。轉(zhuǎn)子為一根整體的空心軸，空心軸上布置有不同形式的葉片，

空心軸和葉片均不通熱媒。葉片與內(nèi)筒壁的距離保持5-10mm，在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動及葉片的涂布下，

進(jìn)入干化機(jī)的污泥會均勻的在內(nèi)壁上形成一個(gè)動態(tài)的薄層，污泥薄層不斷的被更新，在向出

料口推進(jìn)的過程中不斷的被干燥，干燥后的污泥呈現(xiàn)顆粒狀，通常不需要進(jìn)行造粒處理。在

傳導(dǎo)式干化中，離開干燥機(jī)的所有尾氣即為干燥蒸發(fā)的水分、少量揮發(fā)性氣體和部分空氣。

輻射式（紅外或熱輻射干化），即熱量通過電阻加熱、紅外線、微波等方式以輻射能

的形式傳遞給濕物料。輻射式干化的典型工藝有帶式、螺旋式。

除上述幾大類干化工藝之外，還可采用聯(lián)合或復(fù)合干化方式，即兩種不同的干化方式串

聯(lián)，或在干化過程中同時(shí)復(fù)合使用了對流、傳導(dǎo)或輻射干化的多種干化原理。

典型熱干化設(shè)備的介紹如可參照《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術(shù)指南（試行）》。

綜合考慮污泥揮發(fā)份損失、經(jīng)濟(jì)性、操作的密閉和熱干化尾氣的處理難度等因素，在污

泥干化焚燒處理時(shí)，推薦采用間接熱干化工藝。

3.2.2一般工藝流程

污泥熱干化系統(tǒng)主要包括儲運(yùn)系統(tǒng)、干化系統(tǒng)、尾氣凈化與處理、電氣自控儀表系統(tǒng)及

輔助系統(tǒng)。

儲運(yùn)系統(tǒng)主要包括料倉、污泥泵、污泥輸送機(jī)等；干化系統(tǒng)以各種類型的干化工藝設(shè)備

為核心；尾氣凈化與處理包括干化后尾氣的除塵降溫（冷卻）、冷凝和除沫等設(shè)施；電氣自控

儀表系統(tǒng)包括滿足系統(tǒng)監(jiān)測控制要求的電氣和控制設(shè)備；輔助系統(tǒng)包括壓縮空氣系統(tǒng)、給排

水系統(tǒng)、通風(fēng)采暖、消防系統(tǒng)等。

污泥進(jìn)行熱干化前通常進(jìn)行機(jī)械脫水，將含水率將至80%左右。在熱干化時(shí)，可直接將

80%含水的污泥泵送至干化機(jī)，也可以將部分干化污泥與濕污泥混合進(jìn)料至干燥機(jī)（可避免

污泥結(jié)團(tuán)）。干化尾氣的凈化與處理須滿足排放或后續(xù)處理的要求。例如，當(dāng)干化尾氣進(jìn)入焚

燒爐處理時(shí)，應(yīng)滿足一次風(fēng)機(jī)對于水和固體顆粒的要求。干化污泥則進(jìn)行造粒、裝袋，或者

儲存并輸送至后續(xù)處理單元（如焚燒）。

3.3污泥熱干化工藝設(shè)計(jì)

3.3.1基于工藝設(shè)計(jì)的基本要素

9

在污泥干化工藝設(shè)計(jì)時(shí)，污泥含水率、溫度和濕度對于設(shè)計(jì)者確定干化能力、干化速率，

以及確定干化工藝等設(shè)計(jì)內(nèi)容非常重要。

1污泥含水率

污泥含水率通常以水分在濕污泥中的質(zhì)量百分比表示（%）。污泥通過干化可實(shí)際達(dá)到

的最低含水率取決于干燥機(jī)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行、進(jìn)料污泥的含水率和污泥的化學(xué)組成。對于污水

處理廠污泥來說，通過干化通常可達(dá)到5%的含水率。在污泥調(diào)理時(shí)加入的化學(xué)藥劑或工業(yè)

污泥形成過程中加入的化學(xué)品會在污泥中形成一定的化學(xué)結(jié)合水，進(jìn)而影響污泥干化后的最

低含水率，使之高于5%。

進(jìn)料含水率對于干化系統(tǒng)來說是非常重要的經(jīng)濟(jì)參數(shù)。這個(gè)數(shù)值越高，意味著單位污泥

處理量的能耗更高，投資更大。但進(jìn)泥含水率越高，單位蒸發(fā)水量的能耗越低。

此外，對于含水率的波動與直接干化系統(tǒng)的安全性密切相關(guān)。當(dāng)波動幅度超過一定范圍

時(shí)，就可能對干化的安全性形成威脅。產(chǎn)生危險(xiǎn)的原因在于干燥系統(tǒng)本身的特點(diǎn)。一般干燥

系統(tǒng)在調(diào)試的過程中，給熱量及相關(guān)的工藝氣體量已經(jīng)確定，僅通過監(jiān)測干燥器出口的氣體

溫度和濕度來控制進(jìn)料裝置的給料量。給熱量的確定，意味著單位時(shí)間里蒸發(fā)量的確定。當(dāng)

進(jìn)料含水率變化，而進(jìn)料量不變時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部的濕度平衡將被打破，如果濕度增加，可能導(dǎo)

致干化不均；如果濕度減少，則意味著粉塵量的增加和顆粒溫度的上升。全干化系統(tǒng)對含水

率的降低較為敏感，在直接進(jìn)料時(shí)，理論上最多只允許2個(gè)百分點(diǎn)的波動，當(dāng)進(jìn)泥含水率降

低時(shí)，干燥器內(nèi)產(chǎn)品的溫度會快速升，形成危險(xiǎn)環(huán)境。由于這一區(qū)間非常狹小，對調(diào)整濕泥

進(jìn)料量的監(jiān)測反饋系統(tǒng)要求較高。解決濕泥含水率變化敏感性的方法通常有兩個(gè)：一是在可

接收的范圍內(nèi)提高最終產(chǎn)品的含水率；二是采用干泥返混。

2濕度

濕度是表示空氣干燥程度、即含有水蒸氣多少的物理量，濕度對于干化速率起決定性作

用。在熱干化過程中，常用含濕量（kg/kg）表示單位質(zhì)量干氣體中含有的水分質(zhì)量。污泥熱

干化過程是水分轉(zhuǎn)移到氣相的過程，其傳質(zhì)推動力為濕物料/氣體界面溫度下的氣體含濕量與

氣相含濕量的差值。傳質(zhì)速率（干化速率）可表示為：

???2

其中，W為干化速率或蒸發(fā)速率（k?g水=/?h）?；(?K?y為?氣)相傳質(zhì)系數(shù)（kg/h/m/相對濕度差值）；

Ys為濕物料/氣相界面溫度下的氣體含濕量（kg水/kg干氣體）；A為濕物料表面與干燥介質(zhì)的接

2

觸面積（m）；Ya為氣相的含濕量（kg水/kg干氣體）。

由此可知，影響干化速率的因素包括：接觸表面積、新的接觸面積的暴露量和速率、干

10

介質(zhì)與濕污泥接觸的充分程度。

3溫度

在熱干化過程中，熱介質(zhì)與濕物料/氣相界面的溫度差是熱傳遞的推動力。干燥機(jī)類型根

據(jù)主導(dǎo)性傳熱方式的不同可劃分為對流式、傳導(dǎo)式和輻射式。

對流式（直接干化）：熱傳遞通過熱氣體與濕污泥的直接接觸來完成，由入流氣體的顯熱

供給水分蒸發(fā)所需的潛熱，同時(shí)，熱氣體直接將蒸發(fā)的水分帶走。直接干化是污泥熱干化較

常用的形式，許多轉(zhuǎn)鼓式、流化床式干燥機(jī)便采用了這種傳熱方式。對流式熱干化的傳熱速

率可用下式表示：

對流

???

2

其中，q對流為對流傳熱速率（KJ?/h）；=h?c為?對(?流?傳?熱)系數(shù)（KJ/h/m/℃）；A為濕物料與

2

熱氣體的接觸面積（m）；tg為氣體溫度（℃）；ts為濕污泥/氣體界面溫度（℃）。

傳導(dǎo)式（間接干化）：熱傳遞通過濕污泥與熱的器壁表面接觸來完成，熱介質(zhì)與濕污泥不

直接接觸，蒸發(fā)的水分以其他工藝氣體作為載體離開干燥器，或者由風(fēng)機(jī)抽吸離開干燥器。

圓盤式、槳葉式、薄層式干燥機(jī)便采用了這種干燥方式。傳導(dǎo)式熱干化的傳熱速率可用下式

表示：

傳導(dǎo)

??????

22

其中，q傳導(dǎo)為熱傳導(dǎo)速率（KJ/h）?；hco=nd為?熱傳?(導(dǎo)?系?數(shù)?（)KJ/h//m/℃）；A為傳熱面積（m）；

tm為熱介質(zhì)的溫度（例如蒸汽）（℃）；ts為濕污泥在傳熱界面的溫度（℃）。

輻射式（紅外或熱輻射干化）：輻射能以電阻加熱、紅外線、微波等方式傳遞給濕物料，

帶式、螺旋式干燥機(jī)便采用了這種干燥方式。輻射式熱干化的傳熱速率可用下式表示：

輻射

44

???

其中，q輻射為熱輻射速率（KJ/h）?；ε=s為?干??燥(?表面??的)輻射系數(shù)（無量綱）；A為接受輻射

2–82

的污泥表面積（m）；σ為Stefan–Boltzman常數(shù)（4.88×10kcal/m/h/K）；tr為熱輻射源的

絕對溫度（例如蒸汽）（℃）；ts為污泥干燥表面的絕對溫度（℃）。

通常，上述公式中確切的傳熱系數(shù)并不容易確定，在設(shè)計(jì)時(shí)所估算的數(shù)值與實(shí)際情況可

能具有較大的偏差。要獲得較準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)參數(shù)，最有效的方法是以實(shí)際物料模擬實(shí)際運(yùn)行條

件進(jìn)行試驗(yàn)測試，許多干燥設(shè)備供應(yīng)商愿意提供這樣的測試服務(wù)。

3.3.2工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)

11

1干化能力（規(guī)模）

干燥機(jī)的數(shù)量和干燥能力需要根據(jù)預(yù)期的運(yùn)行方式來確定。如果干燥機(jī)連續(xù)運(yùn)行，需要

預(yù)留一定的干燥能力，以備設(shè)備維護(hù)和檢修。如果采用不連續(xù)的方式運(yùn)行（例如，每周運(yùn)行

40小時(shí)），或者條件所限僅有一套干燥設(shè)施，則必須保證具有足夠的干燥能力處理停車時(shí)產(chǎn)

生的污泥，且設(shè)置足夠的濕污泥存儲容量。

2污泥存儲

設(shè)計(jì)人員需要考慮濕污泥和干燥污泥的存儲需求。對于連續(xù)運(yùn)行的干燥系統(tǒng)，濕污泥存

儲量需滿足干燥系統(tǒng)定期停車維護(hù)的需求，通常考慮高峰時(shí)段3天的污泥產(chǎn)量。干化污泥的

存儲則取決于后續(xù)的處理處置方式。如果后續(xù)進(jìn)行焚燒或其他處理，則根據(jù)后續(xù)處理單元的

要求進(jìn)行干化污泥的存儲。大量存儲未造粒的干化污泥需要尤其注意粉塵問題。

3熱源

熱干化過程是高耗能的，熱能來源及其傳輸、儲存、利用形式和利用率與干化能耗密切

相關(guān)。天然氣和燃油是常用熱源但價(jià)格較高。

在干化系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行能量回收是降低能耗的途徑之一，例如，利用換熱器回收廢氣的能

量。另一種方式適用于干化后進(jìn)行焚燒的情況，即回收焚燒煙氣的能量用于污泥干化，本質(zhì)

上是利用干化污泥本身的熱值降低外部熱量需求。

按照干化熱源的成本，從低到高依次為：煙氣、燃煤、蒸汽、燃油、沼氣、天然氣。一

般來說間接加熱方式可以使用上述所有能源，其利用的差別僅在溫度、壓力和效率。直接加

熱方式，則因能源種類不同，受到一定限制。

4氣流

在直接干化的設(shè)計(jì)中，氣流是一個(gè)至關(guān)重要的參數(shù)。根據(jù)氣體與物料兩種介質(zhì)流向的關(guān)

系，可分為并流、逆流與混流（錯(cuò)流）三種。在直接干化時(shí)，采用熱氣體與物料并流的方式

能夠在進(jìn)料端快速進(jìn)行熱傳遞，減少了介質(zhì)穿過干燥機(jī)的熱損失，因而在傳熱效率和減少熱

損失方面更具優(yōu)勢。此外，這種方式也避免了逆流情況下出料端干污泥接觸高溫氣體而產(chǎn)生

揮發(fā)性臭氣物質(zhì)。

氣體介質(zhì)流速是干燥機(jī)設(shè)計(jì)的重要參數(shù)之一。工藝氣量的大小決定于工藝本身所采用的

熱交換形式。熱傳導(dǎo)為主的系統(tǒng)，需要的氣量小，因?yàn)闅怏w主要起濕分離開系統(tǒng)的載體作用；

而熱對流系統(tǒng)則依賴氣體所攜帶的熱量來進(jìn)行干燥，因此氣量較大。

5能量

蒸發(fā)污泥中的水分是一個(gè)耗能的過程。耗能的多少取決于水分的蒸發(fā)量。因此，污泥干

12

化前通常進(jìn)行脫水，降低后續(xù)干化過程的蒸發(fā)量和能耗。水分蒸發(fā)所需的熱能是干化系統(tǒng)的

基本能耗，包括：

污泥中固體和水分加熱到干污泥離開干燥機(jī)時(shí)溫度所需的熱量；

將污泥中的水分加熱至開始蒸發(fā)的熱量以及水分蒸發(fā)的潛熱；

將廢氣（包括水分蒸發(fā)形成的水蒸氣）加熱至排放溫度所需的熱量；

抵消熱損失所需的熱量。

除此之外，還會產(chǎn)生其他的能量消耗，與工藝及其相關(guān)條件有關(guān)，如：

熱源，包括熱源的類型、傳輸、儲存、利用的條件；

物料，包括污泥的粒度、粘度和污染物含量；

工藝，包括工藝類型、流程、干燥機(jī)種類、是否進(jìn)行能量回收等。

以上三個(gè)方面條件的不同，導(dǎo)致了干化系統(tǒng)在能耗方面的差別。這一差別有時(shí)非常之大，

不經(jīng)分析或驗(yàn)證很難判斷其實(shí)際運(yùn)行效果。

而以上所有熱量均由熱介質(zhì)提供，如熱空氣、蒸汽、導(dǎo)熱油等。

3.3.3關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算示例

1直接熱干化示例

污泥含水率80%，處理規(guī)模為120t/d（5000kg/h），以熱空氣為熱源進(jìn)行對流式干化，

干化到含固率為91%。干化進(jìn)泥溫度為17℃；加熱前空氣溫度為22℃，含濕量為0.008kg/kg

絕干空氣；干化污泥溫度為60℃；干燥機(jī)尾氣溫度為116℃，含濕量為0.120kg/kg；干燥機(jī)

的輻射熱損失為1054MJ/h；空氣在進(jìn)入干燥機(jī)前經(jīng)預(yù)熱器加熱。

已知比熱容參數(shù)如下表所示：

表3.1介質(zhì)的比熱容參數(shù)

介質(zhì)熱容（kJ/kg/℃）

絕干空氣1.01

絕干污泥1.05

水4.19

水蒸氣1.88

求：（1）該干化工藝所需的干空氣流量（G,t/h）；（2）干燥機(jī)入口空氣溫度（t2,℃）；（3）

該干化工藝的蒸發(fā)效率（%）

解：

該案例的示意圖如下圖所示：

13

圖3.1污泥干化案例1的示意圖

（1）利用系統(tǒng)的水分平衡計(jì)算干空氣流量（G）

進(jìn)入干燥機(jī)的水分：

污泥中的水分=5000kg/h×80%=4000kg/h（4t/d）

空氣中的水分=G×0.008t/t干空氣=0.008G（t/h）

排出干燥機(jī)的水分：

干化污泥中的水分=5000kg/h×20%÷91%×（100%-91%）=98.90kg/h（0.0989t/h）

尾氣中的水分=G×0.120t/t干氣體=0.12G（t/h）

進(jìn)入干燥機(jī)和排出干燥機(jī)的水分平衡：

4+0.008G=0.0989+0.12G

計(jì)算得：G=34.8t/h

（2）利用系統(tǒng)的熱量平衡計(jì)算干燥機(jī)入口空氣溫度（t2），以0℃為基準(zhǔn)溫度計(jì)算其他溫度下

的熱焓值。

干燥機(jī)的輸入熱量包括：進(jìn)泥中的固體和水分的熱量（H4）、進(jìn)入干燥機(jī)的空氣中絕干空

氣和水蒸氣的熱量（H2）。

進(jìn)泥中固體的熱量=5000kg/h×20%×1.05kJ/kg/℃×（17℃-0℃）=17850kJ/h

進(jìn)泥中水分的熱量=5000kg/h×80%×4.19kJ/kg/℃×（17℃-0℃）=284920kJ/h

H4=17850+284920=302770kJ/h

進(jìn)氣中絕干空氣的熱量=34800kg/h×1.01kJ/kg/℃×（t2℃-0℃）=35148t2kJ/h

進(jìn)氣中水分的熱量包括：將基準(zhǔn)溫度（0℃）的水加熱至含濕量為0.008kg/kg時(shí)露點(diǎn)溫度

（查濕空氣焓濕圖為10℃）的熱量、水在10℃的汽化潛熱（查水蒸氣的熱力性指標(biāo)為2477

14

kJ/kg）、將10℃的水蒸氣加熱到t2的熱量。

進(jìn)氣中水分的熱量=34800kg/h×0.008kg/kg干空氣×[4.19kJ/kg/℃×(10℃-0℃)+2477

kJ/kg+1.88kJ/kg/℃×(t2-10℃)]=278.4×(2518.9+1.88t2)=701261.76+523.392t2（kJ/h）

H2=35148t2+701261.76+523.392t2=701261.76+35671.392t2（kJ/h）

干燥機(jī)的輸出熱量包括：干化污泥中固體和水分的熱量（H3）、干化尾氣中絕干空氣和水

分的熱量（H5）、干燥機(jī)輻射散熱（HR）。

干化污泥中固體的熱量=5000kg/h×20%×1.05kJ/kg/℃×（60℃-0℃）=63000kJ/h

干化污泥中水分的熱量=98.90kg/h×4.19kJ/kg/℃×（60℃-0℃）=24863.46kJ/h

H3=63000+24863.46=87863.46kJ/h

尾氣中絕干空氣的熱量=34800kg/h×1.01kJ/kg/℃×（116℃-0℃）=4077168kJ/h

尾氣中水分的熱量包括：將基準(zhǔn)溫度（0℃）的水加熱至含濕量為0.120kg/kg時(shí)露點(diǎn)溫度

（查濕空氣焓濕圖為58℃）的熱量、水在58℃的汽化潛熱（查水蒸氣的熱力性指標(biāo)為2362

kJ/kg）、將58℃的水蒸氣加熱到116℃的熱量。

尾氣中水分的熱量=34800kg/h×0.120kg/kg干空氣×[4.19kJ/kg/℃×(58℃-0℃)+2362

kJ/kg+1.88kJ/kg/℃×(116-58℃)]=4176×2714.06=11333914.56kJ/h

H5=4077168+11333914.56=15411082.56kJ/h

輻射熱損失HR=1054MJ/h=1054000kJ/h

穩(wěn)定狀態(tài)下，干燥機(jī)輸入和輸出熱量是相等的

H4+H2=H3+H5+HR

302770+701261.76+35671.392t2=87863.46+15411082.56+1054000

計(jì)算得：t2=436℃

（3）計(jì)算蒸發(fā)效率，即理論上蒸發(fā)單位質(zhì)量水分的熱量占系統(tǒng)實(shí)際單位質(zhì)量水分耗熱量的百

分比。

在進(jìn)泥溫度下（17℃），1kg水分蒸發(fā)的熱量即為該溫度下的熱焓=2460kJ/kg

根據(jù)物料平衡，供熱量HA=H3+H5+HR-H4-H1

H3+H5+HR-H4=87863.46+15411082.56+1054000–302770=16250176.02kJ/h

計(jì)算H1：

空預(yù)器入口絕干空氣的熱量=34800kg/h×1.01kJ/kg/℃×（22℃-0℃）=773256kJ/kg

空預(yù)器入口空氣水分的熱量=34800kg/h×0.008kg/kg干空氣×[4.19kJ/kg/℃×(10℃-

0℃)+2477kJ/kg+1.88kJ/kg/℃×(22-10℃)]=707542.464kJ/h

15

H1=773256+707542.464=1480798.464kJ/h

HA=16250176.02-1480798.464=1476914769377.56kJ/h

單位質(zhì)量水分的實(shí)際耗熱量=HA÷（4000-98.90）kg/h=14769377.56kJ/h÷3901.1kg/h=

3785.95kJ/kg

蒸發(fā)效率=2460kJ/kg÷3785.95kJ/kg×100%=65%

該案例的計(jì)算結(jié)果匯總于示意圖中如下圖所示：

圖3.2污泥干化案例1計(jì)算結(jié)果的示意圖

2間接熱干化示例——薄層干燥機(jī)

濕污泥含水率80%，處理規(guī)模為120t/d（5000kg/h)，以1.0MPaA飽和蒸汽為熱源進(jìn)行

傳導(dǎo)式干化，干化后污泥含固率為70%。濕污泥溫度20℃；環(huán)境空氣溫度20℃，相對濕度

70%；干化后污泥溫度為95℃；從干化機(jī)中排出的尾氣溫度為100℃；干化機(jī)的熱損失為總

傳熱量的3%；漏入干化機(jī)中的干空氣量為蒸發(fā)水量的5%；排出的蒸汽凝液為1.0MPaA飽

和水。已知比熱容參數(shù)如表3.1所示。

求：（1）干化機(jī)排出尾氣流量（G1，kg/h）；（2）計(jì)算尾氣的相對濕度；（3）該干化工藝

所需蒸汽流量（G2,kg/h）；（4）該干化工藝單位蒸發(fā)水量所需熱量（kJ/kgH2O）；（5）干化機(jī)

的換熱面積（A,m2）。

解：

該案例的示意圖如下圖所示：

16

圖3.3污泥干化案例2的示意圖

（1）利用干化系統(tǒng)的物料平衡計(jì)算尾氣流量（G1）和相對濕度

計(jì)算蒸發(fā)水量：

干化污泥流量=5000kg/h×20%÷70%=1429kg/h

蒸發(fā)水量=5000kg/h-1429kg/h=3571kg/h

計(jì)算空氣量及空氣帶入水分：

干空氣量=蒸發(fā)水量×5%=3571kg/h×5%=179kg/h

利用大氣含濕量計(jì)算公式d=0.62199φpsv/(p-φpsv)(其中，d為空氣含濕量，kg/kg干空氣；

φ為空氣相對濕度，%；p為濕空氣壓力；psv為濕空氣溫度下的水蒸氣飽和壓力)，得：

空氣含濕量=0.62199×(70%×17.54mmHg)/(760mmHg-70%×17.54mmHg)=0.01

kg/kg干空氣

空氣中的水分=179kg/h×0.01kg/kg干空氣=1.79kg/h

漏入空氣量=179kg/h+1.79kg/h=181kg/h

注1：漏入空氣量與蒸發(fā)水量之比5%為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不同形式熱傳導(dǎo)型干化機(jī)的數(shù)據(jù)不盡相同，此處以臥式薄層干化機(jī)

廠家推薦數(shù)值為例。

注2：17.54mmHg為20℃水的飽和蒸汽壓，760mmHg為大氣壓，也可用其它壓力單位進(jìn)行計(jì)算。

注3：空氣含濕量也可通過查濕空氣焓濕圖得到。

計(jì)算尾氣量：

尾氣流量G1=蒸發(fā)水量+漏入空氣量=3571kg/h+181kg/h=3752kg/h

17

尾氣中水分=3571kg/h+1.79kg/h=3573kg/h

尾氣含水率=3573kg/h÷3752kg/h×100%=95%

（2）計(jì)算尾氣的相對濕度

尾氣中水蒸氣分壓=3573kg/h÷18kg/kmol÷（3573kg/h÷18kg/kmol+179kg/h÷29

kg/kmol）×101.325kPa=0.970kPa

查得尾氣溫度時(shí)（100℃）的飽和蒸汽壓為101.325kPa

則尾氣相對濕度=0.970kPa÷101.325kPa×100%=97%

（3）利用干化系統(tǒng)的熱量平衡計(jì)算所需蒸汽量

進(jìn)入干化機(jī)的熱量包括：濕泥中固體和水分的熱量（H1）、漏入干化機(jī)空氣中絕干空氣和

水蒸汽的熱量（H2）、蒸汽的熱量（HA）。

濕泥中固體的熱量=5000kg/h×20%×1.05kJ/kg/℃×20℃=21000kJ/h

濕泥中水分的熱量=5000kg/h×80%×4.19kJ/kg/℃×20℃=335200kJ/h

H1=21000kJ/h+335200kJ/h=356200kJ/h=356MJ/h

漏入空氣中絕干空氣的熱量=179kg/h×1.01kJ/kg/℃×20℃=3616kJ/h

漏入空氣中水分的熱量包括：將基準(zhǔn)溫度（0℃）的水加熱至含濕量為0.01kg/kg時(shí)露點(diǎn)

溫度（查濕空氣焓濕圖為16℃）、2水在16℃的汽化潛熱（查水蒸氣的熱力性指標(biāo)為2463

KJ/kg）、將16℃的水蒸氣加熱到20℃的熱量。

漏入空氣中水分的熱量=1.79kg/h×(4.19kJ/kg×16℃+2463kJ/kg+1.88kJ/kg/℃×4℃)=

4542kJ/h

H2=3616kJ/h+4542kJ/h=8158kJ/h=8MJ/h

HA=2778G2（kJ/h）=2.778G2（MJ/h）（2778kJ/kg為1.0MPaA飽和蒸汽的焓值）

排出干化機(jī)熱量包括：干化污泥中固體和水分的熱量（H3）、干化機(jī)尾氣中絕干空氣和水

分的熱量（H4）、蒸汽凝液的熱量（H5）、干燥機(jī)的散熱（HR）。

干化污泥中固體的熱量=1429kg/h×70%×1.05kJ/kg/℃×95℃=99780kJ/h

干化污泥中水分的熱量=1429kg/h×30%×4.19kJ/kg/℃×95℃=170644kJ/h

H3=99780kJ/h+170644kJ/h=270424kJ/h=270MJ/h

尾氣中干空氣的熱量=179kg/h×1.01kJ/kg/℃×100℃=18079kJ/h

尾氣中水分的熱量=3573kg/h×2676kJ/kg（2676kJ/kg為飽和水蒸氣于100℃時(shí)的焓值）

=9561348kJ/h

H4=18079kJ/h+9561348kJ/h=9579427kJ/h=9579MJ/h

18

H5=G2×763kJ/kg（763kJ/kg為180℃時(shí)飽和水的焓值）=763G2(kJ/h)=0.763G2(MJ/h)

傳熱量=理論上最小輸入的熱量=H3+H4–H1–H2=270+9579–356–8=9485MJ/h

干燥機(jī)的散熱HR=0.03(H3+H4–H1–H2)=0.03×9485=285MJ/h

根據(jù)熱量平衡，HA+H1+H2=H3+H4+H5+HR

2.778G2+356+8=270+9579+0.763G2+285

計(jì)算得，G2=4849kg/h

注1：熱損失等于最小輸入熱量的3%為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不同形式熱傳導(dǎo)型干化機(jī)的數(shù)據(jù)不盡相同，此處以臥式薄層干化機(jī)

廠家推薦數(shù)值為例。

（4）計(jì)算干化工藝單位蒸發(fā)水量所需熱量，即蒸發(fā)單位質(zhì)量水分所需輸入熱量

蒸發(fā)水量=3571kg/h

輸入蒸汽的熱量HA=4849kg/h×2778kJ/kg=13470522kJ/h=13470MJ/h

排出凝液的熱量H5=4849kg/h×763kJ/kg=3699787kJ/h=3700MJ/h

單位蒸發(fā)水量所需熱量=（13470MJ/h–3700MJ/h）÷3571kg/h

=9770MJ/h÷3571kg/h

=2.736MJ/kgH2O

=2736kJ/kgH2O

=0.76kWh/kgH2O

（5）計(jì)算干化機(jī)換熱面積

熱傳導(dǎo)式干化機(jī)的換熱面積可用下式計(jì)算：

A=Q÷K÷ΔT

式中：

Q：傳熱量（kW）；

K：總傳熱系數(shù)（W/m2/℃）；

A：傳熱面積（m2）；

ΔT：傳熱界面的溫差（℃）

總傳熱系數(shù)K與設(shè)備材質(zhì)、工作原理（薄層、浸沒）、進(jìn)出泥含水率、污泥性質(zhì)等有關(guān)，

是個(gè)變化范圍較廣的參數(shù)，可通過實(shí)驗(yàn)確定或按經(jīng)驗(yàn)取值。以臥式薄層干化機(jī)為例，根據(jù)不

同設(shè)計(jì)工況，K值可在250W/m2/℃～1000W/m2/℃（900KJ/h/m2/℃~3600KJ/h/m2/℃）內(nèi)選取。

選取數(shù)值以設(shè)備廠家經(jīng)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)為依據(jù)。此處取K=300W/m2/℃進(jìn)行。

ΔT為污泥與蒸汽接觸面溫差。污泥中水份被蒸發(fā)的過程可分為兩步：第一步是從濕污泥

19

進(jìn)泥溫度升溫到氣化溫度，這一過程的溫差應(yīng)以對數(shù)溫差方式計(jì)算；第二步是在氣化溫度下

由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，相變過程，溫度不變，這一過程的溫差是蒸汽溫度與氣化溫度之差。

分段計(jì)算溫差和換熱面積：

濕泥中固體升溫所需熱量=5000kg/h×20%×1.05kJ/kg/℃×（95℃-20℃）=78750kJ/h

濕泥中水分升溫所需熱量=5000kg/h×80%×4.19kJ/kg/℃×（95℃-20℃）=1257000kJ/h

將濕污泥從20℃升溫至95℃所需熱量=78750kJ/h+1257000kJ/h=1335750kJ/h=371kW

ΔT1=[(T-t1)-(T-t2)]/[ln((T-t1)/(T-t2)]=[(180-20)-(180-95)]/ln[(180-20)/(180-

95)]=118℃

22

換熱面積A1=371kW÷0.30kW/m/℃÷118℃=10.5m

將蒸發(fā)水分從95℃升溫到100℃，再氣化為100℃氣體所需熱量

=3571kg/h×4.19kJ/kg/℃×（100℃-95℃）+3571kg/h×2257kJ/kg=8134559kJ/h=2260kW

（其中，2257kJ/kg為飽和水蒸汽于100℃時(shí)的氣化潛熱）

ΔT1=180℃-100℃=80℃

22

換熱面積A2=2260kW÷0.30kW/m/℃÷80℃=94.2m

222

總換熱面積A=A1+A2=10.5m+94.2m=105m

由于升溫階段時(shí)間短，所需熱量小，計(jì)算換熱面積時(shí)通常對上述其進(jìn)行簡化，按ΔT=蒸

汽溫度-水分蒸發(fā)溫度計(jì)算，計(jì)算出的換熱面積會略高于上述分步計(jì)算，考慮到工程上要留余

量，換熱面積也需取整，簡化后的計(jì)算結(jié)果對設(shè)備選型影響不大。

對于本案例，簡化計(jì)算過程如下：

ΔT=180℃-100℃=80℃。

傳熱量Q=9485MJ/h=2635kW

換熱面積A=2635kW÷0.30kW/m2/℃÷80=110m2

該案例的計(jì)算結(jié)果匯總于示意圖中如下圖所示：

20

圖3.4污泥干化案例2的示意圖

3間接熱干化示例——槳葉干燥機(jī)

濕污泥含水率80%，處理規(guī)模為100t/d（G1，4167kg/h)，以0.6MPaA（159℃）飽和蒸

汽為熱源進(jìn)行傳導(dǎo)式干化，干化后污泥含固率為60%。干燥機(jī)進(jìn)口濕污泥溫度25℃，干燥機(jī)

出口干化后污泥溫度為70℃；以空氣為載氣，空氣濕度忽略不計(jì)，載氣進(jìn)口溫度為25℃，出

口尾氣溫度為90℃；假設(shè)干化機(jī)的熱損失為干燥機(jī)其他輸出熱量的2%。已知比熱容參數(shù)如

表3.1所示。

求：（1）按干化機(jī)內(nèi)的相對濕度為72%確定干載氣量（G3，kg/h）；（2）蒸汽流量（G5）；

（3）干化機(jī)的換熱面積（A,m2）。

解：

（1）利用系統(tǒng)的水分平衡計(jì)算載氣流量（G3）

干化污泥出口流量：

1w1

G2G11389kg/h

1w2

其中，w1為污泥進(jìn)口含水率，80%；w2為出口污泥含水率，40%。

尾氣中的水分即為干化污泥蒸發(fā)的水分：

GGG2778kg/h

H2O12

根據(jù)尾氣含濕量計(jì)算載氣流量：

21

利用大氣含濕量計(jì)算公式d=0.62199φpsv/(p-φpsv)(其中，d為空氣含濕量，kg/kg干空

氣；φ為空氣相對濕度，%；p為濕空氣壓力；psv為濕空氣溫度下的水蒸氣飽和壓力)

計(jì)算得：d=0.62199φpsv/(p-φpsv)=0.62199×0.72×0.070121/(0.101325-0.72×0.070121)

=0.618kg/kg

其中，干化機(jī)內(nèi)相對濕度φ=0.72；psv=0.070121MPa（90℃的水蒸氣飽和壓力）；P=

0.101325MPa

3

G3=GH2O/d=2778/0.618=4497kg/h=3486Nm/h

計(jì)算尾氣流量：

尾氣流量G4=G3+GH2O=4497kg/h+2778kg/h=7275kg/h

=(3486+2778×22.4÷18)×(273+90)/273=9232（m3/h）

（2）利用系統(tǒng)的能量平衡計(jì)算干燥機(jī)需要輸入熱量HA

干燥機(jī)需要輸入的熱量（HA）=蒸發(fā)水分GH2O的耗熱量（H1）+干污泥中固體和水分由

入口溫度升溫至出口溫度所需的熱量（H2）+干載氣由入口溫度升溫至尾氣溫度所需的熱量（H3）

+干燥機(jī)熱損失（HR）。

蒸發(fā)水分GH2O的耗熱量（H1）

由前面兩個(gè)案例可見，蒸發(fā)水分的耗熱量絕大部分為水的汽化潛熱，液態(tài)水升溫和水蒸

氣升溫所占的熱量比重較小。為簡便計(jì)算，可假設(shè)相變溫度為出口溫度90℃進(jìn)行計(jì)算，查水

蒸氣的熱力性指標(biāo)得水在90℃的汽化潛熱為2283kJ/kg，則：

H1=2778kg/h×[4.19kJ/kg/℃×(90℃-25℃)+2283kJ/kg]=7098762kJ/h=7099MJ/h

干污泥中固體和水分由入口溫度升溫至出口溫度所需的熱量（H2）

干污泥中固體升溫所需的熱量=1389×60%×1.05kJ/kg/℃×（70℃-25℃）=39378kJ/h

干污泥中水分升溫所需的熱量=1389×40%×4.19kJ/kg/℃×（70℃-25℃）=104758kJ/h

H2=39378kJ/h+104758kJ/h=144136kJ/h=144MJ/h

干載氣由入口溫度升溫至尾氣溫度所需的熱量（H3）

H3=4497kg/h×1.01kJ/kg/℃×（90℃-25℃）=295228kJ/h=295MJ/h

干燥機(jī)熱損失（HR）

HR=0.02×（H1+H2+H3）=0.02×（7099MJ/h+144MJ/h+295MJ/h）=151MJ/h

干燥機(jī)需要輸入的熱量（HA）

HA=H1+H2+H3+HR=7099MJ/h+144MJ/h+295MJ/h+151MJ/h=7689MJ/h

（3）計(jì)算蒸汽流量G5

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查水蒸氣的熱力性指標(biāo)得水在0.6MPa（158℃）的汽化潛熱為2.086MJ/kg，則：

G5=HA÷2.086MJ/kg=7689MJ/h÷2.086MJ/kg=3686kg/h

（4）計(jì)算干燥機(jī)的傳熱面積A

A=Q÷K÷ΔT

ΔT=159℃-90℃=69℃

以圓盤和槳葉干化機(jī)為例，根據(jù)不同設(shè)計(jì)工況，K值可在70～120W/m2/℃（250~430

KJ/h/m2/℃）內(nèi)選取。選取數(shù)值以設(shè)備廠家經(jīng)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)為依據(jù)。此處取

K=360KJ/h/m2/℃=0.360MJ/h/m2/℃。

A=Q÷K÷ΔT=7689MJ/h÷0.360MJ/h/m2/℃÷69℃=309m2

取整，A=310m2

23

4污泥熱干化的輔助系統(tǒng)

在污泥干化系統(tǒng)中，干燥機(jī)是核心設(shè)施，除此之外，干化系統(tǒng)還需要具備以下功能：濕

污泥的存儲和輸送、尾氣的處理、臭氣的處理、干化污泥的造粒（若需要）、干化污泥的存儲

和輸送。

4.1濕污泥的儲存和輸送

污泥干化工程可設(shè)置在污水處理廠內(nèi)，處理本廠污水處理產(chǎn)生的污泥；也可獨(dú)立選址，

作為集中的污泥干化點(diǎn)。相對于前者，后者需額外設(shè)置污泥接收和存儲設(shè)施。

4.1.1濕污泥的接收和儲存

外來脫水污泥常為車載輸送，為了量化管理，一般在廠區(qū)物流入口和出口處設(shè)置不少于

2臺汽車衡?？紤]到汽車超載及安全要求，地磅的規(guī)格應(yīng)不低于運(yùn)輸車最大滿載重量的1.7倍。

車載污泥進(jìn)廠后，通過卸料平臺將脫水污泥卸入接收倉內(nèi)。污泥接收倉應(yīng)不少于2個(gè)，單個(gè)

接收倉的有效容積應(yīng)不小于運(yùn)輸車最大滿載量的2倍，并根據(jù)車流密度設(shè)置卸料口數(shù)量。為

避免臭氣外溢，污泥接收倉應(yīng)為全封閉式，設(shè)有卸料倉門，并保持倉內(nèi)微負(fù)壓狀態(tài)。

干化焚燒廠應(yīng)具備一定的濕污泥儲存空間，以確保生產(chǎn)系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行，濕污泥料倉的有

效容積通常按2~7d的處理污泥量確定，一般大廠取低值，小廠取高值。濕污泥料倉應(yīng)為密閉

式，內(nèi)保持微負(fù)壓狀態(tài)，以防止有害氣體逸出。濕污泥容易抱團(tuán)結(jié)塊，因此料倉內(nèi)應(yīng)設(shè)置相

應(yīng)的破拱橋架設(shè)施。濕污泥呈半固體狀態(tài)，不易流動，倉內(nèi)各個(gè)點(diǎn)的污泥液面高低差異較大，

需多點(diǎn)設(shè)置料位檢測儀。濕污泥在存儲過程中會進(jìn)行厭氧微生物反應(yīng)，產(chǎn)生可燃和有害氣體，

應(yīng)在存儲倉設(shè)置CH4和H2S檢測儀和CH4報(bào)警儀，能夠自動報(bào)警、智能通風(fēng)。

4.1.2濕污泥的輸送

脫水污泥的含水率范圍為60~85%，通常為80%左右，主要取決于調(diào)理劑和脫水設(shè)備。

脫水污泥的性狀從粘稠的半流動性到半塑性再到較密實(shí)的板狀泥餅，靠重力無法在管道中流

動，可進(jìn)行有壓輸送，常采用螺桿泵和柱塞泵。螺桿泵可用于輸送含水率80%左右的污泥，

水平臨界輸送距離為500m，垂直臨界高度為50m，壓力可達(dá)到4.8MPa；柱塞泵可用于輸

送含水率高于60%的污泥，液壓柱塞泵最大流量可達(dá)120m3/h，輸送距離為1200m，壓力為

24MPa，柱塞泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積較大，價(jià)格和維護(hù)成本較高。

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其他可行的輸送方式還包括螺旋、帶式輸送等。螺旋輸送機(jī)可用于輸送含水率為60~85%

的污泥，輸送距離宜小于25m，輸送高度宜小于8m；皮帶輸送機(jī)可用于輸送含水率小于85%

的污泥，輸送距離宜小于100m，輸送高度宜小于20m。螺桿輸送機(jī)常用來輔助污泥泵將接

收倉的污泥送入料倉，以及將料倉的污泥送入干化系統(tǒng)。

4.2尾氣的處理

污泥干化過程產(chǎn)生的尾氣，是空氣、水蒸氣和少量污染物如粉塵、揮發(fā)性有機(jī)化合物和

氨的混合物。尾氣中所含污染物的種類和程度取決于干燥機(jī)內(nèi)的溫度、污泥停留時(shí)間和泥質(zhì)

（原始泥質(zhì)及所經(jīng)過的處理）。因此，尾氣如何處理也與上游的干化工藝密切相關(guān)。通常，干

化尾氣的處理包括以下幾方面：干化污泥顆粒和粉塵的分離、水蒸氣的冷凝、冷卻水和冷凝

水的處理、臭氣處理。

4.2.1干化污泥顆粒和粉塵的分離

對于對流式干燥，干化污泥顆粒與尾氣一同離開干燥機(jī)，首先需采用旋風(fēng)分離器、過濾

器將固體顆粒和粉塵分離出來；對于傳導(dǎo)式干燥，尾氣通常不需要進(jìn)行固體顆粒的分離，當(dāng)

尾氣冷凝水需回流至污水處理廠時(shí)，為降低污染負(fù)荷也可對尾氣進(jìn)行除塵（如噴淋）、冷凝及

除沫處理。

對流式干燥機(jī)與傳導(dǎo)式干燥機(jī)在工藝氣量和尾氣排放量方面具有較大差異。例如，蒸發(fā)

量為3t/h的轉(zhuǎn)鼓式干燥機(jī)，氣流量約為30000Nm3/h，分離固體顆粒后，50%~75%的氣量再

回流至干燥機(jī)循環(huán)利用，排出的尾氣量約10000Nm3/h。而相同處理能力的傳導(dǎo)式干燥機(jī)，如

槳葉式、圓盤式或薄層式干燥機(jī)，由于其蒸發(fā)的水分常通過以空氣為載氣帶離干燥機(jī)，或通

過負(fù)壓抽吸離開干燥機(jī)（此時(shí)尾氣中含有少量漏入空氣），因此，其排放的尾氣量取主要取決

于是否使用載氣以及載氣量的選擇，通常不超過4000Nm3/h，且尾氣中水蒸氣占50%以上。

在分離干化產(chǎn)品時(shí)若采用袋式過濾器，為盡量延緩堵塞，應(yīng)避免尾氣溫度變化頻繁跨越

氣體露點(diǎn)溫度，必要時(shí)需安裝再熱裝置。若采用了熱交換裝置，應(yīng)注意在粉塵分離前進(jìn)行冷

凝液的泄放，以避免沉淀和結(jié)殼。

4.2.2水蒸氣的冷卻/冷凝

干化系統(tǒng)的循環(huán)氣體需要配套相應(yīng)的冷卻及除霧裝置進(jìn)行降溫除塵，一般常采用中水，

因此需要配置2套以上的中水過濾裝置，并實(shí)現(xiàn)自動切換。同時(shí)還要保證排污管足夠大，并

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設(shè)置沖洗管，防止堵塞，影響干燥機(jī)內(nèi)氣體的循環(huán)。

冷卻/冷凝干化生成的水蒸氣所需的熱交換量與干燥機(jī)類型無關(guān)，取決于需要的排氣和排

水溫度。通常，冷卻/冷凝水量為30~50t/t水蒸氣。

對于污水處理廠內(nèi)的干化工程而言，尾氣冷卻/冷凝可采用再生水，所需水量比較容易獲

得，且冷凝后可直接排入污水處理廠進(jìn)水端。當(dāng)上述便利條件不具備時(shí)，排水通常需要排放

至下水管網(wǎng)，其溫度和污染物濃度需符合相關(guān)要求。這種情況下，應(yīng)盡量減少排放水量，即

僅將尾氣冷凝水處理后排入管網(wǎng)。上述兩種情況對應(yīng)著兩種尾氣冷凝方式：一種是直接冷卻，

即噴射冷凝水使之與尾氣直接接觸；一種是間接冷卻，即使冷凝水在管式冷凝器中循環(huán)而被

冷卻塔冷卻。直接冷凝時(shí)，大量冷卻水和冷凝水的混合物回流至污水處理廠進(jìn)行處理；間接

冷卻/冷凝時(shí)，僅尾氣中水蒸氣冷凝形成的水需要處理。

4.2.3冷卻水與冷凝水的處理

尾氣冷凝所形成的冷凝水的水質(zhì)取決于原污泥泥質(zhì)、是否經(jīng)過其他處理（如厭氧、好氧

穩(wěn)定化），以及污泥干化時(shí)的溫度。例如，干燥溫度較高可促進(jìn)氨的釋放，使冷凝水中氨氮濃

度升高。通常，傳導(dǎo)式干化的氨濃度顯著高于對流式干化。

尾氣冷凝水的BOD5和COD濃度與干燥機(jī)種類并不直接相關(guān)，主要取決于尾氣的粉塵含

量。例如，流化床干化產(chǎn)生的尾氣，若不進(jìn)行粉塵去除，冷凝后COD濃度可達(dá)到7000mg/L。

因此，此類干化系統(tǒng)必須設(shè)置除塵設(shè)施。

即使是在全干化狀態(tài)下，尾氣產(chǎn)生的冷凝液的量也僅相當(dāng)于污泥濃縮液或?yàn)V液量的10%，

因此，污泥干化冷凝液的水量和污染負(fù)荷對于相對應(yīng)的污水處理廠來說，其影響是比較小的。

然而，需要注意的是，在污泥集中干化處理時(shí)，干化設(shè)施處理的污泥來自多個(gè)污水廠，這種

情況下干化冷凝液的負(fù)荷對于某一個(gè)污水處理廠來說，很可能是不能忽略的，需進(jìn)行核算，

必要時(shí)需設(shè)置單獨(dú)的處理設(shè)施。

4.2.4臭氣的處理

干化尾氣經(jīng)冷凝后殘留的不凝性氣體需單獨(dú)處理。常用的處理技術(shù)包括：生物濾池、生

物洗滌器、吸附或吸收設(shè)施、熱氧化（如燃燒）等。

在760℃以上焚燒是去除揮發(fā)性有機(jī)化合物的有效手段之一，屬于熱氧化范疇。傳導(dǎo)式

熱干化產(chǎn)生的不凝性氣體較少，部分工程將不凝性氣體回流至鍋爐進(jìn)行燃燒。采用間接加熱

的對流式熱干化工程也可采用這種做法。但該方法的弊端是容易引起燃燒器的腐蝕。

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干化尾氣經(jīng)除濕、除塵后可由風(fēng)機(jī)送入焚燒爐方便地進(jìn)行處置。