深南电于2007年12月发布公告，拟投资1.6亿建设一个400吨的污泥干化项目。该项目被列为国家循环经济示范工程，2008年4月完成招标。2010年8月，根据深圳南山热电股份有限公司二○一○年半年度报告，“该项目自2008年来已连续三年被认定为深圳市重大建设项目，其四条污泥干化处理线自去年11月份开始，陆续进行了静态、动态调试。截止6月30日，已累计处理湿污泥约2,900吨，干泥综合利用约900吨”。
深圳南山电厂为使用天然气燃气发电的调峰电厂，采用其130度的废热烟气进行干化，热能零成本，从题材看有非常先进的节能理念。
2010年4月在秦皇岛召开的2010年中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会上，该项目的设计人员发表了一篇题为“国家循环经济示范项目——深南电污泥干化项目介绍”的文章，首次对该项目进行了全面推介。该文作者2010年11月在海口召开的全国排水委员会2010年年会论文集中发表了同一标题的文章，但内容有较大变化，取消了两个至关重要的图表：发电机组供热系统图及污泥干化系统图。
根据这两篇文章的数据，我得以对此项目的热工条件进行了校核，由此对这种带式低温干化工艺有了初步了解。有关其真实能耗和成本的分析亦由此展开。
一、干化系统的热平衡与湿平衡
带式干化属于典型的对流型干燥，它依靠大量工艺气体的流动，将污泥中的水分带走。采用热空气可提高对流气体的水蒸气压差，从而有利于污泥中水分向气体中转移。基于这一点，无论系统是多么复杂，有多少次换热（冷凝、预热、加热），只要给出各点的温度和流量，基本上就可以了解其精确的物流和热量分配。
该文章给出的两个系统图，将流程、换热器位置、温度点、介质流量均做了较为详细的标示，但流量单位究竟是否为标准立方米未做明确说明（疑为标立米），核算下来，热和湿平衡有较大出入，也与文章所提的污泥干化主要性能指标对不上。
比如，发电机组供热系统图给出的数据是单台100度热水流量360 t/h，回水温度85度，这意味着单条干化线的需热量为2700000 kcal/h；但在污泥干化系统图中，冷凝器的冷却水流量为125 t/d，温度从53度降为29度，冷凝焓为3000000 kcal/h。给热量小于冷凝量，有些说不过去。
从循环气量、冷凝风量、补充风量的大整数标注看，最有可能的是，作者为了保密，还是有意修改了这些数据，这一点无可厚非。要了解此工艺的真实状况，必须精确地建立热平衡和湿平衡，以便了解其中一些关键的过程量。温度值应该是真实的，那么此题的关键是找到这三个风量值。分析思路如下：
将干燥系统(包括所有气体回路)的入出口视为一个封闭系，建立热平衡和湿平衡；
入口端的总焓由冷凝气体再热后的焓、循环气体再热后的焓、环境空气焓构成；
出口端则为总循环风量在出口温度下的焓，它是风量和该点含湿量的函数。
入口端的湿度应等于出口端湿度，即由循环风含湿量、冷凝风的含湿量、环境补风的含湿量以及干化蒸发量构成；
干化系统图给出了4个加热器和1个冷凝器的入出口温度；5个换热系统中有循环风出口、冷凝风出口、环境空气三个含湿量值，其中只有循环风湿度未知；加上三个未知的风量，则可建立几个二元一次方程组联立求解。以下为结果（单条干化线）：
冷凝风量(干) | kg/h | 66500 |
冷凝再加热风量(干) | kg/h | 58520 |
冷凝风流量 | Nm3/h | 51431 |
环境补充风量（干） | kg/h | 7980 |
环境风流量 | Nm3/h | 6172 |
反复循环风量（干） | kg/h | 827000 |
反复循环风流量 | Nm3/h | 639598 |
总循环风量（干） | kg/h | 901480 |
循环风干燥器出口相对湿度 | % | 27.0% |
循环风干燥器出口含湿量 | kg/kg | 0.071 |
干燥器入口的平均含湿量 | kg/kg | 0.068 |
干燥器入口风的相对湿度 | % | 17.3% |
干燥器入口风的平均温度 | °C | 83.1 |
冷凝器的冷凝水量（75°C→35°C） | kg/h | 2304 |
不可凝气体排湿量 | kg/h | 473 |
理论蒸发量 | kg/h | 2778 |
升水蒸发量净热耗 | kcal/kg | 972 |
总循环风量 | Nm3/h | 697200 |
升水蒸发量用干空气量 | kg/h | 325 |
热平衡未考虑系统的散热。
就干化系统内单线总循环风量而言，697200标立米的流量比干化系统图中给出的600000方多了16.2%。
对干化而言，中温带式机（干燥器入口温度140度）的升水蒸发量干空气用量约在60公斤左右，采用85度热风，此值为中温带式干化的5.4倍！
设计人员所公布的升水蒸发量热能性能指标为0.8~0.85 kW/kg，但此热平衡反映的则是972 kcal/kg，相当于1.13 kW/kg，比公布值高了41%！
本项目干燥器的气体出口温度75度，相对湿度达27%，绝对湿度0.071 kg/kg；对比典型中温带式干化出口气体温度80度、相对湿度24.4%、绝对湿度0.080 kg/kg，已属极端乐观的设计了。
本项目干化气体的入出口含湿量差仅为0.003 kg/kg，与中温带式入口含湿量0.063、出口含湿量差0.017相比，干燥推动力差很多。这种条件的介质能否完成高干度干化，成为一点疑问。
二、燃气发电机的给热与热能利用效率
由于低温带式干化采用的是废热，其用量多寡似可忽略。但由于涉及电耗支出，这里略加讨论。
根据干化给热的需要，燃气发电机组内的余热锅炉内需增加一组换热片。改造两台锅炉，单机烟气量1480t/h（或1200000 Nm3/h）；热水回水温度85度，出口100度，取热损失系数5%。对天然气烟气，这里采用效率较高、体积较小的翅片管式换热器进行模拟计算。对换热器做热平衡，满足所需换热量的排烟温度为115.9度。
换热器的设计参数如下：
烟气流速 | u01 | m/s | 9.8 |
翅片管直径 | d0 | m | 0.038 |
管壁厚 | m | 0.0025 | |
翅片长度 | Lf | m | 0.019 |
翅片厚度 | δ1 | m | 0.0012 |
肋片外径 | m | 0.076 | |
肋片间距 | δf | m | 0.010 |
水侧流速 | u2 | m/s | 1.0 |
有肋片翅片烟气侧系数 | ηf | 0.83 | |
无肋片水侧系数 | η2 | 1.0 | |
传热系数 | K | W/m2.K | 27.5 |
传热系数实际取值 | K | W/m2.K | 20 |
翅片管换热器台数 | set | 1 | |
管长 | m | 1.4 | |
肋片间距系数 | 1.5 | ||
设计系数 | 1.2 |
换热器选型结果如下：
翅片管根数 | 根 | 1134 | |
换热面积 | m2 | 1077 | |
排数 | 排 | 32 | |
列数 | 列 | 36 | |
中心矩 | m | 0.114 | |
宽度 | m | 3.8 | |
长度 | m | 4.2 | |
高度 | m | 1.68 | |
体积 | m3 | 26.7 |
烟气—热水换热器所需面积1134平方米，体积约26.7立方米，尺寸较大。大量烟气穿过此换热器，必然造成压损，由此会带来风机电耗的增加。由于没有原风机选型的参数，只能假设单独搬运此风量，形成压损500Pa，设该压力下2000立方米/小时流量为1千瓦装机，则需设装机量为600 kW的风机两台，以需用系数0.7计算，合干化升水蒸发量电耗增加0.076 kW/kg。至于该项目换热器的实际压降是否如此，则有待能者查实。
就排烟温度而言，烟气温降仅14.1度。考虑环境温度20度、相对湿度80%，过剩空气系数1.15，则典型天然气烟气的含湿量为0.023kg/kg，此时回收用于干化的焓只占原烟气出口焓的8%不到。
三、电耗及其他成本
以我对带式干化的了解，该项目所需配套装置的马达表最低如下：
设备名称 | 套数 | 量/套 | 总风量 | 单机 | 单机 | 需用 | 电耗 |
m3/h | m3/h | kW | 系数 | kW | |||
柱塞泵 | 2 | 1 | 200 | 0.7 | 280.0 | ||
分配阀 | 2 | 1 | 2.2 | 0.5 | 2.2 | ||
30立米料仓破拱螺旋 | 2 | 2 | 5.5 | 0.75 | 16.5 | ||
喂料单螺杆泵 | 4 | 1 | 11 | 0.75 | 33.0 | ||
面条机切割装置 | 4 | 1 | 8.5 | 0.75 | 25.5 | ||
干燥器网带驱动电机 | 4 | 4 | 0.55 | 0.75 | 6.6 | ||
环风鼓风机【注】 | 4 | 14 | 1008454 | 72032 | 30 | 0.75 | 1260.0 |
排风鼓风机 | 4 | 1 | 73026 | 73026 | 55 | 0.75 | 165.0 |
排风鼓风机 | 4 | 1 | 8260 | 8260 | 5.5 | 0.75 | 16.5 |
干泥输送螺旋 | 4 | 1 | 3 | 0.75 | 9.0 | ||
链板输送机 | 1 | 1 | 4 | 0.75 | 3.0 | ||
水平输送螺旋 | 1 | 1 | 4 | 0.75 | 3.0 | ||
冷却水泵 | 4 | 1 | 125 | 125 | 30 | 0.75 | 90.0 |
循环热水泵 | 4 | 1 | 180 | 180 | 45 | 0.75 | 135.0 |
冷凝水输送泵 | 1 | 1 | 11 | 11 | 7.5 | 0.75 | 5.6 |
生物除臭引风机 | 4 | 1 | 7368 | 7368 | 11 | 0.75 | 33.0 |
生物除臭水泵 | 4 | 1 | 1.1 | 0.75 | 3.3 | ||
化学除臭 | 1 | 1 | 2.95 | 0.75 | 2.2 | ||
发电机组排烟动力增加 | 2 | 1 | 1200000 | 1200000 | 600 | 0.7 | 840.0 |
额定工况下的总电耗 | kW | 2929 |
以该项目的额定蒸发量11111 kg/h计，升水蒸发量电耗为0.264 kW/kg。此值大大超过了设计人员所公布的升水蒸发量电能性能指标0.1 kW/kg。
根据我所掌握的国际上中温带式机的电耗值（均大于0.12 kW/kg），以本项目低温干化，升水蒸发量耗用的风量数倍于中温干化，加上发电机组数百万立方米烟气换热，它没有理由比中温带式机的电耗更低。因此我认为华北院和深南电业主的科技文章也不想讲出实情。
在电耗方面尽管会高于预期，对于250元/吨的处理费来说，应该不算什么。设电价0.76元/千瓦，则额定蒸发量下的吨电耗也就133.6元而已。但问题不在这里。
四、结语
通过以上分析，有几个问题值得讨论：
1、运行率低可能造成处理成本高
半年报称，这个项目从2009年11月开始调试，到2010年6月底只处理了2900吨。这意味着8个月来日均处理12吨，相当于实际运行效率3%，情况远没有论文中所说的“目前单条干化线的处理能力已达90吨”这么轻松乐观。有可能是一些别的工况严重影响了项目的投运，如含固率太低无法挤压成型，污泥中的杂质毛发堵塞了面条机，或已出现过度磨损等。
参考翁焕新教授的专利描述，污泥挤面条需要达到含固率25%，从20%到25%这一段需要摊铺晾晒。深南电9467平方米的项目占地中估计没有考虑这一块。如果有杂质毛发的问题，可能是深南电所无能为力的。
作为企业投资，尽管其中可能有1000万无偿的国家专项基金支持，但投资后不运行，则每天都会产生昂贵的费用，并不断累加到今后处理的成本中，这一费用恐怕比电费高得多。
2、节能减排的意义
以电耗0.264 kW/kg计，如果剔除其它干化典型电耗值0.08 kW/kg，则多支付的电耗应转换为热耗进行评价。以我国煤电效率平均25%考虑，多余电耗折合毛热耗632 kcal/kg，与采用一次能源的热干化已相差不大。如果考虑到该干燥器设计值的“极端乐观主义”，实际蒸发量若达不到，其热耗反会超出。
3、节能环保的期待存在较大落差
深南电作为企业，甘冒风险，投资污泥处理，做有利于环保的事业，值得肯定。但事实上我们都知道，深南电上此项目，实有其不得已而为之的苦衷。2010年半年报显示，发电量大降21.04%，造成营业利润亏损约4.42亿元。原指望南山热电厂污泥干化项目投产后，“能提高电厂机组在节能调度中的排序，还能推动电厂由单一的电网调峰功能的企业向能源梯级综合利用企业转型，使现有电力资产具备长期生存条件”。很不幸的是，如果干化项目存在技术瓶颈，则此希望有可能会落空。
此项目我尚未有幸考察学习，此文草成纯属理论探讨，如有不实之处，欢迎了解实情的人批评指正。
泥客庄主
2010年12月11日
