这个项目很早就进入了我的视线：迟迟没有动笔的原因，是因为我没有找到足够的资料。这个项目除了业主金隅集团所做的一些宣传外，作为干化工艺设备的承包商意大利VOMM公司一直处于神秘的沉默之中。金隅集团的宣传则仅限于一些新闻通稿，没有任何技术细节。北京市政院虽然曾在2010年5月的秦皇岛会议以及7月的上海的水业热点论坛上，对这个项目做了一些介绍，但都没有关于热工系统的完整数据。
有趣的是，这个项目被中国水网评为2010年十大推荐技术之一后，网上开始有了一些不同的声音。“黄鸥评点污泥干化焚烧处理案例”条下，有网友称“黄总知道为什北京水泥厂的污泥处理已经运行不下去了吗？原因：1、比您设计时计算的运行成本高出一倍以上。2水泥质量出了严重问题，导致中建公司拒绝该厂的水泥制品。3、设备运行车间的恶臭气味导致操作工人罢工，并有多人辞职。请黄总忽悠时，睁开眼睛”。
“罢工”在我国可算是严重的政治问题了，这则评论如此有爆炸性，使我产生了了解的冲动。我从设计院的一个朋友那里拿到了一份在别的项目上该干化工艺的计算书。此外，还找到了北京水泥厂和天津水泥院就此项目申报的专利。再就是借一个偶然的机会，一个朋友的单位准备上项目，联系去参观学习，我也跟着去了，因此亲眼看到了这个项目的运行情况，得到了一些实际运行参数。
我感兴趣的是技术，我相信，在技术层面的分析，对了解一个项目的真实成本有所帮助。企业要赚钱的对与错，赚多赚少，本不是我应关心的问题，但目睹业界现状，运行成本的真实性成了造成污泥无法处理的根本性原因之一，政府被处置成本高低悬殊的各种技术所包围，难以决策，于是污泥只能随意弃置，这种现状让略有点公民意识的人都会深感痛心。
北水项目每吨污泥从政府接受275元的处置费，这一收费水平在国内可能是第一个公开数字。其它比此项目早建成和投运的项目均未公开过处置费（上海石洞口被逼无奈的透露是例外）。除被王凯军教授认为是“暴利”外，也引起国内同行的一片惊叹。有的是嫉妒，有的则是看到了希望。现在，终于到了可以揭开这个项目神秘面纱的时候了。
一、系统的构成及其反映的问题
根据网上的介绍，这个项目“采用了独创的先进技术，第一次将污水厂污泥干化及最终处置与水泥新型干法生产工艺全面结合，走到了世界前列” 。这句话颇为抽象，让人难以捉摸。读过专利，方知这种结合是指对水泥窑生产线进行某种改造，从而使其成为干化的供热系统。
当看到那两座60米多米高的取热锅炉塔架时，我才知道北水在这个项目上确实“独创”！为了实施污泥处理，对水泥厂进行这种规模的改造，这在国外的水泥厂是不可想象的。既然是世界上的头一个，说它“走到了世界前列”倒不过分。
另一个令我颇为吃惊的是一座工艺复杂程度超过大部分工业污水处理项目的污水厂，从给出的技术流程上看，它几乎将污水处理领域所有的技术全用上了：酸化—厌氧—缺氧—好氧—生物膜法—微滤—超滤—反渗透……加上后来增加的气浮，仅仅为了设计水量500立方米/日，就这等大动干戈，也是我头一次见到。
从技术构成上看，这个项目分为取热供热、干化、水处理三大块，其集成复杂程度远超过一般干化焚烧项目。我觉得，在一个水泥厂内建设复杂的污水厂本身，一定对从事水泥行业的人来说是个令人头痛的事情，就像让污水厂的人管理干化焚烧一样，有赶鸭子上架的嫌疑。
对此项目的分析，需从三个方面分别进行。按照参观的顺序，是污水处理、干化、取热供热系统，但从分析上，应该是反向的。
1、 取热供热系统
北京水泥厂有两条熟料生产线，分别为2000吨和3200吨。在狭窄的空地上，建起了两座高约60米的塔架，上各置一组除尘和换热系统。从窑尾烟室取出少量烟气，温度约850~900度，经简单除尘后进入换热器，离开换热器温度约320~360度，进入煤磨用于烘干燃料。
从抽取位置看，该烟室处于水泥窑五级悬浮预热器和分解窑的下方，正是粉尘最多的位置，想来会给换热器带来一些问题。据陪同参观的人讲，北水是北京市危废处理中心之一，危废中有大量氯离子等，会对水泥品质造成影响，因此从该处排出部分窑气，有着保护产品品质的意义，而余热也可以用来干化污泥，低品质余热再去烘干燃料，算是一举两得，能源并无浪费。
2、干化系统
干化系统又分为三段，首先是湿泥输送储存段，外来卡车将湿泥倒入接收仓，然后提升至料仓，再从料仓转送到干化车间内的湿泥缓冲仓。由于空间有限，湿泥段与干化车间有较远距离。这一段机械繁复，三条提升链板输送机下有明显的污水渗出。陪同的人说，这是因为污泥太湿，平均含水率85%的缘故，造成链板机提升不上去，在拐弯处反复挤压，污水析出，从密封处腐蚀渗漏。
干化车间为两层建筑，首先进入的是操作室，室内两排电柜，一名操作员对着5台电脑，空间狭小，但还算整洁。屏幕上一为取热给热系统，可见主要温度参数；三台为干燥系统，画面为淡黄底色的实时工艺流程图；另一台为摄像监控系统。
从操作室进入一层干化车间，一股典型的略带酸臭味道的热风扑面而来。五台水平布置的圆柱状涡轮薄层干燥器，直径约2米，长约15米。车间的5座卷帘门全部紧闭，厂房内灯光昏暗。干燥器尾端有一个出泥设备，下接一个短螺旋，然后接入一个倾角约40度的链板输送机，爬升到二楼。打开衔接处的取样侧门，陪同者伸手从短螺旋出口处接了一把干泥。这也是我头一次看到含固率在65~75%之间的污泥，敢从该处伸手接泥，说明不烫手，这一点也颇耐人寻味。
二楼车间高度约10米，布有大量设备，现场不易看得明白，比较有意义的是现场测氧仪的读数，它与我在屏幕上窥到的数值基本相符，都在2%~2.5%之间，这一点至少我相信屏幕显示是真实的。此外，比较有代表性的设备是旋风筒与袋除尘的一体化设备，定时发出的压缩空气吹袋噪声，只在垃圾焚烧项目上常见。二楼也是门窗紧闭，气味明显。
偌大车间，只有一根300mm的废气收集管，把回路和料仓中的不可凝气体收集起来，送往水泥窑的蓖冷机高温除臭。地面还算干净，但有明显的粉尘和污迹。比较难以理解的是，这个项目既无通风，也无排水，在国外的污泥处置项目中没见过这么做的。陪同的人解释说，这个项目从开工到建成，只用了一年时间，比国内其他类似项目平均2.5~3.5年的建设期缩短了不止一半，建成后就在运行，因此还没有时间完善。
我去参观的时候，正好刚开始入冬供暖，该干化系统据称可回收相当于干化热量70%的高温热水，用于全厂供暖。因供暖效果实在太好，短短的半小时中，陪同我们的厂方代表三次接到呼叫，要求减少暖气供热量，两名操作人员上上下下，在调整阀门开度。
干泥输送段较为简单，通过一系列的链板机，大约一百多米，将干泥直接输送到窑尾。窑的位置不让参观，因此没走近看，但中间没有干泥料仓。
3、污水处理系统
向干化车间去的路上，就可闻到典型的污水处理厂曝气池的味道。只有我一个人感兴趣污水部分，得到准许，就上去简单看了一下，但因污水处理部分的控制不对外开放，无从了解入水和出水水质的运行参数。
据陪同人员介绍，污水为干化冷凝水，COD很高，处理难度大。污水处理系统将成后就进行过改造。问起水处理成本，一名操作人员无意中冒了一句：“很贵！厂里多花了好几百万。”我问为什么，陪同人员解释说：“有一段时间COD太高，水温也太高，把菌都杀死了，所以有段时间污水得用罐车运到清河污水厂去处理，每吨100多块钱！”
参观结束时，我们与陪同人员进行了简单交流，了解了一下运行情况，厂方反映的主要问题是：目前项目还未完工，比如排水、通风除臭系统；设备方面主要是前端设备方面存在一些问题，问题也正在解决；干化线的操作比较简单，因为干化项目是寄生在水泥窑上的，在不影响水泥品质和产量的情况下，会根据窑况，决定开机数量，干化线反复启停，都没什么问题；处理能力上，有时候处理多些，有时候少些，实际也就300多吨吧，设备如果有毛病就达不到了；处理量不高主要是因为污泥含水率太高了，85~88%的含水跟设计值80%差远了；处理量上不去，水分高，企业损失也比较大，但暂时也没更好的办法，正跟水务局协调……
二、干化实际处理能力问题
研究这个问题比较复杂，我只能对热工部分进行分析，对全系统的电能、水处理成本只能进行粗估。热工系统也应分为三个部分：干化系统、导热油输送、取热供热锅炉。
我所拿到的热工计算书是一个采用导热油作为热源的全干化项目，将污泥从20%干化到90%。按照计算书的思路和方法验算，结论并无异常。该工艺计算的特点在于，由于它是同时兼备传导、对流两种换热形式的一种特殊工艺，因此工艺气体量、热壁传热系数的取值均为经验值。
基于我对该工艺回路类型的了解，根据有限数据还原热平衡的解题思路如下：
由于回路是所谓的“蒸汽回路”，即回路中的介质大部分由水蒸气构成，只有少量环境空气（未补充氮气）。因此从控制显示界面上的含氧量值，可推出干空气比例。
根据冷凝液入出口温度和现场仪表流量显示，可推出冷凝器的冷凝焓；应用计算书给出的冷凝水量，可推导出冷凝液产生量（此值接近蒸发量）。
有了上述两个参量，根据计算书给出的微负压抽取比例，对干燥器的入出口可建立湿热平衡，试算得到排放干空气量及循环干空气量。
排放不可凝气体的水汽量与冷凝液量之和即为蒸发量。
根据当日检测湿泥含固率、干泥含固率数据，可推算出当时大致的实际处理量。
根据控制界面上的数据，应用此热平衡模型，得计算结果如下：
实际进料处理量 | 3390 | kg/h |
入口含固率 | 15.9% | % |
出口含固率 | 70.3% | % |
废气排放量（温度45度） | 440 | m3/h |
循环气体体积流量（干燥器出口，温度110.3度） | 13650 | m3/h |
蒸发量 | 2623 | kg/h |
升水蒸发量净热耗 | 665.3 | kcal/kg |
折合日处理能力 | 81.4 | t/d |
当时开机数量为4条线，以此数字计算，实际处理能力约320吨/日，与陪同人员所言基本相符，但较500吨的设计日处理能力少了近40%！
干燥系统一般是根据蒸发量来定的，该项目的单线蒸发量设计值是2885kg/h，说明该线处理能力已发挥91%。比较其它各线喂料量（显示的是赫兹数），均低于本计算所选择的一条线（幅度约2~6Hz），可判断实际蒸发能力应在80~90%。
影响处理量的可能有多个因素：
1）该项目单线处理量100t/d，单线停机的影响幅度为产能的20%；
2）由于该项目采用的是导热油，介质温度对干化蒸发能力的影响较大，尤其是该工艺，与空心桨叶、转碟机（亦称卧式圆盘机）、圆盘机换热面相比，受介质温度影响的幅度更大。不能以简单的对数平均温差来衡量，因为传热速率也会随之改变。此下降幅度很难以理论推算，应根据实际经验取值。根据我的调查，传导型干燥的热介质温度每下降10度，换热能力下降3~8%，温度越低，级差越大。比如270度可能较280度时下降3%，但230度降至220度时下降就可能达到8%。
3）干泥含固率原设计值65%，现按照70%的设置运行，蒸发“难度”似有提高，但影响幅度应不大；
4）湿泥含固率原设计值20%，现为12~19%，平均15%；则15%→70%的干化在保持同等蒸发量前提下，最大处理量仅88t/d，减产12%，即相当于4条线可实现最大350t/d的产能；
5）湿泥性状也会影响换热效率；众所周知，因高分子聚合物的作用，污泥在一定含固率区段产生胶粘性，此现象可能对涡轮薄层工艺也有影响；
综合以上几项因素，由于湿泥含固率、导热油入口温度的负偏离，造成一定幅度的产能损失是不可避免的，因停机造成的产能损失则更为明显，该项目未能实现满负荷运行，恐怕早就不是什么秘密了，只不过这种说法会令厂方和供货商十分尴尬罢了。
三、导热油输送与窑系统的热收支平衡问题
该项目的导热油输送距离较远。简单目测至少有200~300米的输送管线，两去两回。我无法得知这些管线的保温做法，从屏幕上显示观察，导热油输送存在一定的热损失，取热锅炉出口侧和干化车间入口侧的温度显示有0.8度的温差，此时白天室外气温仍在10度以上。回油温度也应考虑。
根据干化系统的热量需求，可大致推算出导热油的流量（总量约960立方米/小时），此值与我采用的导热油参数相关，实际情况可能有偏差。按此流量计算，如果考虑导热油输送系统的入口温降1度、回油温降0.6度，则输送环节所产生的热损失可达有效换热量的9.5%~13.6%，而且由于它并不因处理量减少而减少，此热量损失是不容忽视的。
水泥窑的热工系统较为复杂，我只能从原理上简单判断处理污泥前后可能对水泥窑热工状况产生的影响，忽略因干泥处置时部分水汽进入窑系统，可能造成的综合热效率降低。要了解实际状况，只能做热工标定。
我的简单分析思路是：1）抽取部分高温烟气，用于导热油换热，则以导热油吸热量（干化净热耗+双向沿途损失）为参考，需要增加燃煤；污泥含水率越高，则所需燃煤量越大； 2）干泥入窑处置，带来热值收入，但污泥含固率越低，污泥热值收入越少；3）水泥窑因抽取热风给干化，引起风压变化，导致窑系统漏风量加大，产生额外损失，一般国内水泥窑漏风系数设计值为5%，实际10%，由于污泥处置引风量可能相当于烟气量的5-7%，这里考虑处理污泥时增加漏风2%，每漏风1%相当于增加1 kg/t.cl标准煤耗折算。
其它基本取值为：窑炉热效率70%，标准煤7000 kcal/kg，普煤5000 kcal/kg，价格850元/吨；
计算结果如下：
日处理量 | t/d | 500 | 440 | 320 |
污泥热值 | kcal/kg | 2900 | 2400 | 2400 |
湿泥含固率 | % | 20% | 15% | 15% |
污泥干固体量 | t/d | 100 | 66 | 48 |
污泥热值输入 | kcal/h | 12083333 | 6600000 | 4800000 |
有效热值 | kcal/h | 8458333 | 4620000 | 3360000 |
干泥含固率 | % | 65% | 70% | 70% |
蒸发量 | kg/h | 14423 | 14405 | 10476 |
净热耗总量 | kcal/h | 9591346 | 9579167 | 6966667 |
去油输送热损失 | kcal/h | 638191 | 638191 | 638191 |
回油输送热损失 | kcal/h | 369037 | 369037 | 369037 |
总理论热耗 | kcal/h | 10598575 | 10586395 | 7973895 |
管损比例 | % | 9.5% | 9.5% | 12.6% |
漏风标准煤耗增加 | kcal/h | 4550000 | 4550000 | 4550000 |
实际补偿热量 | kcal/h | 6690241 | 10516395 | 9163895 |
标煤添加量 | kg/h | 1365.4 | 2146.2 | 1870.2 |
吨污泥标煤添加量 | kg/t | 65.5 | 117.1 | 140.3 |
普通煤煤耗 | kg/t | 91.8 | 163.9 | 196.4 |
普煤添加成本 | yuan/t | 78.0 | 139.3 | 166.9 |
计算模型分别研究了三种状况：①额定处理量500吨，含固率20%，污泥干基低位热值2900 kcal/kg，这是项目的设计值；②处理量440吨，含固率15%，污泥干基低位热值2400 kcal/kg，这是保持理论蒸发量、考虑了实际湿泥含固率的最大处理量；③实际处理量320吨，含固率15%，这是我参观当日的实际状况。
设计值下，应产生燃料成本78元/吨湿泥；因湿泥水分原因，即使满负荷运行，燃煤成本增为139.3元/吨湿泥；如果停一条线，实际产能在320吨/日时，煤耗升至166.9元/吨湿泥，煤耗提高一倍。如果实际产能低于320吨，则燃煤成本会更高。
四、其它成本估算
关于电能，我没有此项目的数据，一般可按热干化的典型值0.08 kW/kg升水蒸发量来考虑。但本项目由于有两台大型取热供热锅炉和长达200米的管线，约1000m3/h的导热油输送，可考虑90kW导热油泵两台；烟气引风应考虑110kW大型引风机两台，其它阀门、粉尘振打、输送设备均不计，最低400kW的装机量无论如何是需要的，则折合升水蒸发量0.02 kW/kg。电价考虑0.65元/千瓦。
水处理从难度看，高COD负荷的吨冷凝液完全回用考虑20元的处理成本应不为过。
由于本项目号称投资1.75亿元。作为企业，不考虑财务成本，但折旧期限不应超过15年。水泥窑有每年停产大修之例，因此考虑污泥处置项目的年有效运行日数为320天。人员考虑15人，人均年薪4万元。维护大修提存等考虑为项目投资的3.0%。
根据以上参数，项目的运行和经营成本为：
t/d | 500 | 440 | 320 | |
电耗比例 | % | 100% | 100% | 80% |
额定电耗 | kW/h | 1442 | 1442 | 1154 |
电力成本 | yuan/t | 45 | 52 | 57 |
吨湿泥的污水处理费 | yuan/t | 13.8 | 15.7 | 15.7 |
吨平均折旧费 | yuan/t | 73 | 83 | 114 |
工资成本 | yuan/t | 3.8 | 4.3 | 5.9 |
维护费 | yuan/t | 32.8 | 37.3 | 51.3 |
不含折旧的成本费用 | yuan/t | 156.1 | 228.0 | 268.8 |
总计处置成本 | yuan/t | 229.0 | 310.9 | 382.8 |
也就是说，如果在本项目的设计值下运行，该项目可能有每吨46元的毛利。但是如果湿泥含固率降到15%，则该项目将赔本每吨36元，如果停一条线，则每吨赔本108元。停机率越高，成本则越高。
五、结语
北水项目业内很少有人了解，今日终于一见，有几个问题提出讨论：
1北水项目运行成本是否过高？
参观中感觉到，业主人员对此项目的运行结果不甚满意，主要是运行成本太高。看来网上所说成本过高的传言并非空穴来风。但是成本为什么高，陪同的人似乎并不特别清楚。量化分析后，我认为污泥含水率应该是主要原因。脱水不到位，对处置成本影响之巨，我也是第一次发现。在此谨提醒所有准备采用热法处置污泥的同行们，对湿泥提供者一定要小心了！
2水泥窑处置在能耗上是否真有优势？节能减排是真是假？
水泥窑取热这种形式因漏风量、输送散热等额外热损所占比例较高，我也是第一次明白了国外污泥大型项目上为什么都搞“多用一备”。其实，对于污泥的专用焚烧炉何尝不是如此。从这个角度看，多线总比少线好，5条停1条损失20%，如果是2条线，停1条成了损失50%，经济损失会惨不忍睹。从热量平衡角度看，吨湿泥（20%含固率）的标煤添加量65.5公斤，不可谓不高，今后类似项目应对这些额外损耗予以足够的重视。不过，北水项目因有7000000 kcal/h废热回收的可能性，如果要忽悠所谓的节能减排，确有题材。
3、处置费275元还可能不够，污泥处置的费用到底应该给多少？水泥厂热法处置是否还有推广的意义？
一个有可比性的项目是上海石洞口，它最近公布的处理成本（不含折旧）为238.8元/吨（含固率20%），北水若不含折旧是156元/吨（20%含固率），这一成本显然就低于单独的干化焚烧。如果能进一步减少窑况的损耗，也许还能做得低一些，但我以为，空间不大。
4、水泥卖不出去，环境很差，以至于员工罢工，是否确有其事？
该项目既无排水，也无通风，臭水滴渗，车间内“臭气熏人”（比脱水车间好多了），均是事实。至于罢工和产品卖不出去一说，当时忘了求证，留待好事者自己去证明吧。
泥客庄主
2010年12月4日
