污泥消化池的加热方式及热源

1）加热方式

表1列出了美国污泥厌氧消化所使用的加热方法及工厂操作者的实际经验。由表可见，最普遍的加热方法是外部热交换法，外部加热要优于其他加热方法，因为它操作和保养相对容易。尽管直接蒸汽喷射排除了污泥和水之间的热交换，但它存在一些潜在的问题，如水蒸气凝结后会稀释污泥，消化池中产生局部过热。直接燃烧加热（污泥管子与火焰接触）可能导致局部过热和管内结焦。

为了保持恒定的操作温度，会在系统外部或内部安装加热设备。老式的消化池通常采用内部有热水循环的固定在边壁上的内部加热盘管。这些盘管容易受损并导致换热效率的下降。这些盘管的维修需要操作人员关闭消化池以清空内容物。带有加热夹套的排气筒式搅拌器也可以在内部对污泥进行加热，然而由于维护困难而很少使用内部加热系统。

水浴式、套管式和螺旋板式三种外部热交换器可用于厌氧消化。

在水浴换热器中，一个热水浴安装于锅炉旁边，污泥加热管置于水浴中。污泥采用泵循环送至水浴加热换热器，利用循环泵使水在锅炉和水浴之间循环，并控制加热速率。使用水浴热交换器与使用其他形式热交换器相比，精确控制向污泥的传热速率可能更困难。

套管式换热器由两根同心管组成（一根装热水，另一根装生物污泥）逆向流动的双层流体。螺旋板式换热器和套管式换热器在设计上是具有相似性的。

（图3）是由两根长条形板相互包裹形成的两个同轴通道组成，污泥和热水在两个旋转通道内逆向流动。在设计其内层板时，需考虑让其尽可能地便于清洗和辅助维护。水温须保持在68℃以下以防止结块。螺旋板换热器的主要优点是换热器单位体积内的传热面积大，且不易堵塞。

根据生物污泥中的固体含量，外部换热器的换热效率在0.9～1.6kJ/（m2·℃），内部盘管式换热效率在85～450kJ/（m2·℃）变化。

目前常用的热源是采用锅炉加热循环水的方式。一般将消化池产气作为锅炉的专用能源，不过在设计方案时也应将天然气、燃料、油等辅助燃料考虑在内。

2）热源

厌氧消化池最普遍的热源是燃烧消化气。当以消化气为燃料时，锅炉的热效率取决于锅炉性能、气体质量及锅炉操作的温度等，一般为70%～80%。

用消化气发电和供消化池加热的方式，已经变得越来越普遍，所发的电用于补充工厂外部供电或销售给电网，来自发电机冷却系统及烟道气系统的废热用作系统本身的热源。但在加热所需热量多的期间，必须用辅助锅炉燃烧部分或全部消化气，甚至用外部燃料补充。

由于热效率取决于消化气质量，所以燃烧之前对消化气进行净化是必要的，主要是除去硫化氢。燃烧含有高浓度硫化氢（约大于100cm3/m3）的气体会导致锅炉和发动机的严重腐蚀，特别是当这些设备在低负荷（导致低温）条件下操作时，腐蚀更为严重。因此，任何设计都要考虑在消化气中硫化氢浓度的控制。

在多数情况下需要辅助燃料作为气体产率低或要求高热能供应阶段的补充。至少在消化池启动阶段需要辅助燃料，因为在消化池达到稳定操作之前，消化气的产量是很低的。发电和消化池加热联合系统的经济效益取决于多个因素，这包括可利用的消化气量、消化气的质量及电力的价格。