市政污水污泥水热耦合干化系统能耗模拟

干化+焚烧技术已逐渐成为我国大中城市中心城区污泥的重要处置手段,水热炭化预处理可提高污泥脱水性能,进而降低系统能耗,但对水热+干化污泥预处置过程的能耗分析还鲜有报道。研究了200~260℃下水热炭化预处理污泥的三相产物分布及水热液有机组分构成,在此基础上建立了水热+空气干化系统的能量-质量流模型,并分析了水热条件对系统能耗的影响,最后与空气干化系统、厌氧发酵+空气干化系统能耗进行对比。发现釜内压力为8 MPa,水热反应温度由200℃上升至240℃时,由于水热液中热值较高的有机组分芳香烃、含氮杂环比例明显下降,水热反应釜能耗由184 kJ/kg(以原污泥计)降至161 kJ/kg,温度上升至260℃时,由于水蒸气气相分率明显增加及水热液中芳香烃含量回升,能耗上升至278 kJ/kg。受水蒸气气相分率影响,240℃下水热反应能耗随压力升高而降低,压力升至4 MPa后降低趋势迅速放缓。直接空气干化系统在干化空气温度为110℃时,系统总能耗为1942 kJ/kg;厌氧消化+干化系统由于对沼气进行高效热回收利用,消化时间为10 d时,系统热耗低至212 kJ/kg,总能耗为984 kJ/kg;而水热炭化+干化系统由于有效提升了污泥脱水性能,使系统总能耗进一步降低,240℃水热温度下系统总能耗为597 kJ/kg。研究结果为污泥独立焚烧或与燃煤电站耦合燃烧前预处理方式的选择和优化提供了基础数据和理论依据。