污泥热解工艺能量平衡及效益分析

污泥热解是复杂的化学反应过程，热量传递、质量传递及动量传递同时进行，导热、对流、辐射3种传热方式也同时发生，而且过程是非稳态传热过程。对于污泥固定床热解过程，系统的能量平衡如图所示。若以环境状态为基准，不考虑环境状态下各种物料的显热，热平衡方程式用下式表示：

外界输入能量 污泥的化学能=产物中的能量 热损失

由于热解过程物料发生炭化反应，主反应为吸热过程，因此该工艺要有外界能量的输入。污泥带入的能量为化学能，可用污泥的低位发热值表示。产物中的能量包括固、气、液产物的低位热值。此外，热解过程中还会产生各种热损失，主要包括炉子等设备的散热损失，系统的热容，冷却水带走的热量，热解固、气、液产物带走的显热等。

污泥热解的能耗受到热解温度、物料含水率及热解时间等多种因素的影响，其中热解终温对能耗的影响是最显著的。随着热解终温的增加，能耗也随之增大，如图所示。在低温热解阶段，能耗量较低，而污泥中的有机质大量分解时，热解所需的能耗则迅速增加。在污泥的热解过程中也发现，在400～450℃出现物料温度突然降低后又继续回升的现象，这证明了热解过程为吸热反应。此外，在高温段热解过程中散热损失也要增加，这也是造成能耗上升的一个重要原因。

污泥含水率对能耗的影响也很重要。干污泥热解时，外界输入的能量主要用于有机物的分解反应及热量损失；污泥含水较高时，水分蒸发及参与的反应都需要能量，因此整个热解过程的能耗也要随着污泥含水率的升高而增加。热解终温为500℃，污泥含水率不同时，相应的能耗如图所示。污泥含水率的增加与能耗的变化几乎呈直线关系，但从总体看，水分对能耗的影响远比热解终温对能耗的影响小。虽然热解过程中低含水率污泥可以降低热解能耗，但从污泥处理的整个系统分析，热解之前对脱水污泥的干燥也需要消耗大量能量，因此降低污泥处理能耗应统筹考虑。

污泥热解后的固态产物含有较多的碳氢元素，热值较高，尤其在350℃时热值超过动力煤的热值，即使在高温段产生的半焦热值也能达到劣质燃料的要求。污泥热解液中含有脂肪酸、脂肪腈、沥青烯、硬脂酸甲酯、苯系物、酰胺及烃类等，都是有机质，也具有较高的热值，可作为燃料利用。污泥热解过程中低温段产生的热解气，由于大部分有机质还没有达到裂解温度，气体热值较低，但高温段产生的热解气含有大量甲烷、氢气及一氧化碳等，热值较高。污泥在不同热解终温条件下产物能量如表所列。