低温废热干化的“节能”与废气稀释排放问题

低温废热干化的“节能”与废气稀释排放问题——与翁焕新教授商榷浙江大学的翁焕新教授在国内污泥处理界久享盛名。

一系列的发明，使其成为业内知识产权拥有量最高的人物。

根据我的统计，翁教授与污泥处理相关的专利数量已达45个。

杭州新源环境工程公司获得浙大的独家授权进行技术推广，据称目前已实施和正在实施的项目多达十几个。

这样一种有着广泛认知度和影响的技术，特别是其繁复的专利体系很早就引起了我的好奇，但我一直没有做过深入研究。

最近一个朋友跟我说起，他曾听过翁教授的演讲，留下了“技术最适合国情、最先进、理论素养最深”的印象。

翁教授的PPT中充满了各种实验数据、统计图表和图片，有很多采用最先进分析仪器的检测结果。

但在照片上有个小小的细节，引起了他的怀疑：为项目配套的除臭管线何以如此之细？当时他曾把这个疑惑非常婉转地提了出来，翁教授回答“全部废气均经过处理后达标排放”。

他再次提问“气量具体是多少”，“如此之大的烟气量是否除臭”，经过几次问答，翁教授承认“干燥器排出的烟气只经过除尘处理，不进行除臭，但烟气量大，正可以起到稀释作用”。

我这位朋友追问：“稀释不等于不排放，这样做是否合适”，翁教授最后的回答是：“稀释是最好的环保方式”……这一插曲足以让我对翁教授的技术产生某种怀疑。

这是一个目前在环保界比较普遍的问题，有人已在我之前指出过这类问题。

早在2005年就在网上流传的《污泥在电厂锅炉中混烧处置的环境影响》一文，以及今年李波先生的《污泥处理处置单纯追求经济效益将导致环境灾难》，都对环保项目不环保、随意进行稀释排放的概念提出了批评。

我在上一篇博文中也对王凯军教授的倒置污泥焚烧干化存在污染物稀释排放问题提出了质疑，现在让我们一起来看看浙大翁焕新教授“以废治废”、“不使用新能源”的先进的环保理念究竟是怎样一回事。

一、庞大的专利体系初看这些专利，我产生了一个十分古怪的印象：这些专利是如此复杂、全面、丰富，似乎要把所有有关污泥烟气干化的可能性都包揽囊括一空。

做个不甚恰当的比喻：好比吃饭，如何把饭送到肚子里，使之成为维持生命的营养，这个过程无论怎样复杂，都叫吃饭；拿筷子、刀叉还是勺，是进食手段上的区别；以流体直接灌入食道，还是固体或半流体经过口腔咀嚼，那是进食路径上的区别；拿筷子同时还拿刀叉，用碗还是用碟，拿一付筷子不够要拿三副，使用一个餐碟不够非得用三个，都不过是进食手段上的一些变化。

但无论拿刀叉还是筷子，都不能把汤送入口中，如果有人把进食手段上的这些变化都用专利包装起来，其目标是把用勺喝汤、把嘴凑到碗边喝汤、用吸管喝汤、用两个盘子喝汤、三个盘子喝汤……的技巧都作为专利予以保护，是否别人从此就不能再喝汤了，喝汤就要付专利费？当然，这只是我一时的胡思乱想。

通过按年代编排，我开始对翁教授的技术体系有了了解，其实它相当简单：从专利申请时间上看，翁教授最早于1998年申报了《利用污泥热能烧制轻质砖的方法》专利，采用自然风干的方式进行干化，最后在砖窑中处置。

污泥必须干化才能用于烧砖，但自然风干占地大，耗时长，难以满足实际需要。

6年后，2004年7月申报的《回流式可控温污泥干化装置与方法》是翁教授的第一个核心技术，采用干泥返混对湿泥造粒后，进入内置链锤搅拌装置的回转窑进行干化。

干泥返混因粉尘安全性问题，在项目中似乎未见应用。

同年8月的《制砖污泥的三段式干化和成粒一体化方法》首次提出采用面条机，对经过晾晒自然干化的污泥进行造粒，然后进入三段式回转窑热干化。

这一专利提出的两个概念：1）摊铺晾晒降低水分然后造粒；2）采用多级转鼓干燥，成为此后工程中最基本的做法。

2005年1月申请的《利用锅炉烟气余热干化污泥的方法》首次提出了另一个核心概念“废热利用”，提出将电厂锅炉的废热烟气引入两级或三级回转窑进行干化（首次在江阴康顺项目应用）。

同年2月的《三段式低温污泥干化和成粒系统》提出采用燃料燃烧产生的高温烟气，经过调温，分别引入三个回转窑对污泥进行热干化，调温是为了避免尾段污泥中的粉尘遇高温可能产生安全性问题（无锡项目）。

这是首次提出使用一次能源的干化。

2005年4月申请的《利用热电厂烟气余热的串联式污泥干化系统》专利将分段干燥的概念首次解释为烟气的流向，所谓串联式工艺是指将第一级干化出口的烟气混入部分原生“高温”废烟气升温后，再进入下一级。

6月申请的《循环式节能型污泥干化方法》较前一个多出的内容是，将这种梯级化的烟气流动解释为一种循环使用的能量，因此具有节能的特点（其实并非如此）。

2005年7月的《利用垃圾发电厂烟气余热干化污泥与污泥发电一体化装置》的内容与1月的没有什么区别，所不同者在于这种废烟气来自垃圾焚烧炉。

2006年4月的《烟气余热与双外供热源复合的污泥干化系统》与《烟气余热与外供热源相结合的污泥干化系统》类似，区别仅在三级或两级。

两者与2005年的烟气多级干化有区别的是，烟气供给增加了单独热源，为后级干燥补充高温能量。

这一变化透露的是，将原生低温烟气混合到第一级出口再进入下一级的真正温升太有限了，实际效果不明显。

2006年7月的《并联式低能耗污泥干化和成粒系统》与《串联式节能型污泥干化和成粒系统》两篇也类似，区别在于串联时第一级出口废气仍需经过第二级干燥器，并联则不然。

两者与以往专利的区别在于，干燥器出来的废气进入封闭式湿泥储存系统，用于对湿泥进行预热，并称能改善废气最终的除尘效果。

同月的《利用垃圾发电排放烟气余热的污泥干化和成粒系统》与1年前的垃圾废烟气干化无实质区别。

同为7月的《污泥干化过程中释放气体的控制方法》首次提出了对污泥储存部分的废气进行氧化燃烧和土壤生物滤床处理，而污泥干化所使用过的烟气经水膜除尘后达标排放。

2007年11月申请的《一种污泥干化工程的臭气控制系统》在7月的除臭方法之外增加了高能离子除臭，号称集成了化学、物理和生物三种方法。

2008年5月的《尾气余热回收再利用的污泥干化系统》增加了热管换热器，对干化废气中的废热进行回收，用于产生高温热风，重新用于干化。

2009年8月的《利用水泥厂回转窑辐射热干化污泥与污泥烧制水泥的方法》提出了一种别开生面的做法，让水泥窑外壁成为辐射源，用于干燥从旁经过的位于传送带上的污泥。

2009年8月的《利用砖窑烟气余热干化污泥与污泥制砖一体化的方法》内容与气体低温烟气的专利唯一区别在来自砖窑。

……浏览这些专利内容，可大致总结如下：浙大干化技术的实质在于一种以回转窑（转鼓机）为核心机械的干燥系统，可以为单级或多级。

污泥需要造粒后进入干燥器，造粒条件若非干泥返混，则需以摊铺晾晒方式降低含水率，才能进行面条挤出。

所采用的热源以低温废热烟气为主，可来自电厂锅炉、垃圾焚烧炉、砖窑和水泥窑等。

干化所产生的废气经过处理可达标排放。

专利之间有明显的脉络可循，它反映了这种技术开发成熟过程中的种种变化，也间接反映了一些潜在问题。

这些问题包括：这种技术以废热利用、以废治废为标榜，其废热的利用效率究竟怎样？采用废热一般需要使用较大的烟气量，这种做法的经济意义是否如其所宣传的那样，能做到每吨处理费50~100元？基于庞大的气量，其所谓的除臭方案究竟是怎样的？二、实际工程数据的解读翁教授等在2008年2月在《中国给水排水》上发表了论文《利用烟气余热干化城市污泥工艺的应用》。

2010年6月又在《环境科学学报》上发表了《二段式污泥低温干化的原理与水汽热量平衡》，这两篇文章均以第一个采用电厂废烟气进行污泥处理的项目——江阴康顺100吨/日印染污泥干化为例，其中的工艺描述和数据对我们了解其工艺过程和特点提供了基本材料。

论文确认了实际工程的工艺流程与专利描述的基本相同：①22%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2~5天后，才能造粒入回转窑；②采用两级干燥，入口热风温度均为155度，出口温度105度，入口烟气流量150000立方米/小时，比重0.8389 kg/m3；③污泥热干化至含固率60%，需要进行通风的冷却堆置，使干化至含固率70%。

根据以上数据，可以以整个热干化系统（包括两级干燥器）为封闭系，建立物料平衡和热平衡。

计算中做了以下假设：干化污泥入口温度20度，第一级出口60度，第二级出口75度；干化系统辐射热损失4%，入口烟气的含湿量为0.042 kg/kg。

热平衡模型得到的结果与翁教授在论文中所给出的数据能够完全吻合：有了热平衡，就可对论文没有给出的一些关键工艺量有所认识了：1、热效率问题污泥从含固率25%至60%区间的蒸发是采用热干化完成的，蒸发量为2139kg/h；从净热耗（原质量流量的155度烟气降温为105度所失去的焓，假设这部分即为干化蒸发所实际消耗的总热量）本身而言，升水蒸发量的净热耗仅757.5 kcal/kg，似乎并不高。

如论文所标示的，以常压下0度水蒸发需要640 kcal热量考虑，系统似乎有着很高的热效率（640/757.5=84.5%），其实这个值是没有意义的。

热工系统的效率需从总给热量来看，本系统中入口烟气所携入的总热量很高，而烟气中的焓被实际利用的比例非常低（1620101 / 7566618 = 21.4%）。

原因就在于这是一种低温热干化。

2、干化所需搬运的烟气量问题本项目中，每小时150000立方米的155度烟气，折合干烟气量120550 kg/h。

在第二级干燥器出口其体积流量为141400 m3/h。

折合升水蒸发量的干空气用量56.4 kg/kg。

此值与一个中温带式干化相当，但应考虑的是，本项目蒸发区间非常窄，相比于带式机从含固率20%至90%，这里只做到了从25%至60%。

从蒸发强度看，比带式机差得多。

这是因为回转窑的物料停留时间相比带式机会短得多，因此单位蒸发量会有更高的气耗。

3、电耗问题采用废热进行干化，热能是不计算成本的，但是对于这种工艺而言，真正的问题所在其实是电能而不是热能。

本项目将污泥从含固率22%降到70%实际上经过了三个阶段，每个阶段都要去除一些水分，而移除这些水分如果不是靠热能加热的话，就必须进行通风。

这就像晾衣服，衣服被晾干，靠的是周边空气因蒸汽压差的原因而带走衣服中的水分。

同理，湿泥或干泥中的水分如果要离开，也需要大量空气流过。

根据这一原理，试对湿泥自然干化（蒸发量500 kg/h）和干泥冷却通风干化（蒸发量218 kg/h）作为单独的系统建立水汽平衡。

假设环境温度20度，相对湿度80%，出口相对湿度100%（实际不可能），考虑过量系数1.2，则加上热干化所耗用并污染的废烟气量141400 m3/h，需要进行除臭处理的总废气量达391688 m3/h。

根据生物除臭工程的标准参数，取每1000 m3/h气量除臭实际电耗1.2 kW，则仅除臭所需的电耗每小时就高达464 kW，以污泥从含固率22%至70%的总蒸发量2857 kg/h考虑，升水蒸发量的除臭电耗为0.162 kW/kg。