【導(dǎo)讀】污泥脫水及干化工藝調(diào)研

　　

【正文】 。 (2) 間接利用：將高溫?zé)煹罋獾臒崃客ㄟ^(guò)熱交換器，傳給某種介質(zhì)，這些介質(zhì)可能是導(dǎo)熱油、蒸汽或者空氣。介質(zhì)在一個(gè)封閉的回路中循環(huán)，與被干化的物料沒(méi)有接觸。熱量被部分利用后的煙道氣正常排放。間接利用存在一定的熱損失。 對(duì)干化工藝來(lái)說(shuō)，直接或間接加熱具有不同的熱效率損失，也具有不同的環(huán)境影響，是進(jìn)行項(xiàng)目環(huán)評(píng)和經(jīng)濟(jì)性考察的重要內(nèi)容。 直接加熱形式中熱源煙氣直接成為介質(zhì)，其熱效率接近燃燒效率本身。其余加熱形式均是通過(guò)換熱設(shè)備將熱傳給某種介質(zhì)的間接加熱。煙氣可以通過(guò)熱交換器將熱量傳給空氣，空污泥脫水及干化工藝調(diào)研 17 氣作為換熱介質(zhì)與濕物料進(jìn)行接觸。煙氣可以提高熱交換器將熱傳遞給導(dǎo)熱油或蒸汽，然后利用導(dǎo)熱油或蒸汽來(lái)加熱金屬或工藝氣體，由金屬熱表面或工藝氣體與濕物料進(jìn)行接觸。這兩類(lèi)換通過(guò)熱交換器的換熱均形成一定的熱損失，一般來(lái)說(shuō)在 815％之間。 以導(dǎo)熱 介質(zhì)為熱油對(duì) 間接干化工藝 加以說(shuō)明： 熱源與污泥無(wú)接觸，換熱是通過(guò) 導(dǎo)熱油 進(jìn)行的， 相應(yīng)設(shè)備為 導(dǎo)熱油鍋爐。 導(dǎo)熱油鍋爐在我國(guó)是一種成熟的化工設(shè)備，其標(biāo)準(zhǔn)工作溫度為 280 度，這是一種有機(jī)質(zhì)為主要成份的流體，在一個(gè)密閉的回路中循環(huán)，將熱量從燃燒所產(chǎn)生的煙氣轉(zhuǎn)移到導(dǎo)熱油中，再?gòu)膶?dǎo)熱油傳給介質(zhì)（氣體）或污泥本身。導(dǎo)熱油獲得熱量和將熱量給出的過(guò)程形成一定的熱量損失。一般來(lái)說(shuō)，導(dǎo)熱油鍋爐的熱效率介于 80％ 90％之間，含廢熱利用。 根據(jù)干燥器的最大蒸發(fā)量，以及該干燥工藝的實(shí)際熱能消耗，可以得到一個(gè)每小時(shí)最大熱能凈消耗的需求量， 將導(dǎo)熱油鍋爐的熱效率考慮進(jìn)來(lái)，即可得到導(dǎo)熱油鍋爐的選型參照標(biāo)準(zhǔn)。 2）污泥干化的熱源 干化的主要成本在于熱能，降低成本的關(guān)鍵在于是否能夠選擇和利用恰當(dāng)?shù)臒嵩础? 干化工藝根據(jù)加熱方式的不同，其可利用的能源來(lái)源有一定區(qū)別，一般來(lái)說(shuō)間接加熱方式可以使用所有的能源，其利用的差別僅在溫度、壓力和效率。直接加熱方式則因能源種類(lèi)不同，受到一定限制，其中燃煤爐、焚燒爐的煙氣因量大和腐蝕性污染物存在而難以使用，蒸汽因其特性無(wú)法利用。 按照能源的成本，從低到高，分列如下： 煙氣：來(lái)自大型工業(yè)、環(huán)?；A(chǔ)設(shè)施（垃圾焚燒爐、電站、 窯爐、化工設(shè)施）的廢熱煙氣是零成本能源，如果能夠加以利用，是熱干化的最佳能源。溫度必須高，地點(diǎn)必須近，否則難以利用。 燃煤：非常廉價(jià)的能源，以煙氣加熱導(dǎo)熱油或蒸汽，可以獲得較高的經(jīng)濟(jì)可行性。尾氣處理方案是可行的。 熱干氣：來(lái)自化工企業(yè)的廢能。 沼氣：可以直接燃燒供熱，價(jià)格低廉，也較清潔，但供應(yīng)不穩(wěn)定。 蒸汽：清潔，較經(jīng)濟(jì)，可以直接全部利用，但是將降低系統(tǒng)效率，提高折舊比例?？梢钥紤]部分利用的方案。 燃油：較為經(jīng)濟(jì)，以煙氣加熱導(dǎo)熱油或蒸汽，或直接加熱利用。 天然氣：清潔能源，但是價(jià)格最高，以煙氣加熱導(dǎo)熱油或蒸 汽，或直接加熱利用。 所有的干化系統(tǒng)都可以利用廢熱煙氣來(lái)進(jìn)行。其中，間接干化系統(tǒng)通過(guò)導(dǎo)熱油進(jìn)行換熱，對(duì)煙氣無(wú)限制性要求；而直接干化系統(tǒng)由于煙氣與污泥直接接觸，雖然換熱效率高，但對(duì)煙氣的質(zhì)量具有一定要求，這些要求包括：含硫量、含塵量、流速和氣量等。 只有間接加熱工藝才能利用蒸汽進(jìn)行干化，但并非所有的間接工藝都能獲得較好的干化效率。一般來(lái)說(shuō)，蒸汽由于溫度相對(duì)較低，必然在一定程度上影響干燥器的處理能力。 蒸汽的利用一般是首先對(duì)過(guò)熱蒸汽進(jìn)行飽和，只有飽和蒸汽才能有效地加以利用。飽和蒸汽通過(guò)換熱表面加熱工藝氣體（空氣 、氮?dú)猓┗蛭锪蠒r(shí)，蒸汽冷凝為水，釋放出全部汽化熱，這部分能量就是蒸汽利用的主要能量。 3） 污泥干化廠的系統(tǒng)組成： 一般來(lái)說(shuō)，干化工藝需要配備以下基礎(chǔ)配套設(shè)施，但根據(jù)工藝可能有較大變化： （ 1） 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)：用于干泥產(chǎn)品的冷卻等 污泥脫水及干化工藝調(diào)研 18 （ 2） 冷凝水處理系統(tǒng)：工藝氣體及其所含雜質(zhì)的洗滌等； （ 3） 工藝水系統(tǒng)：用于安全系統(tǒng)的自來(lái)水 （ 4） 電力系統(tǒng)：整個(gè)系統(tǒng)的供電 （ 5） 壓縮空氣系統(tǒng)：氣動(dòng)閥門(mén)的控制 （ 6） 氮?dú)鈨?chǔ)備系統(tǒng)：干泥料倉(cāng)以及工藝回路的惰性化； （ 7） 除臭系統(tǒng)：濕泥料斗、儲(chǔ)倉(cāng)、工藝回路的不可凝氣體的處理 （ 8） 制冷系統(tǒng)：導(dǎo)熱油熱量撤除 （ 9） 消防系統(tǒng)：為整廠配置的滅火系統(tǒng)和安全區(qū) 4）干泥返混： 進(jìn)料含水率的變化對(duì)于干化系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是非常重要的經(jīng)濟(jì)參數(shù)。這個(gè)數(shù)值越低，意味著投資更大。此外，它還是一個(gè)有關(guān)安全性的重要參數(shù)。 含水率因不同來(lái)源的濕泥（可能來(lái)自幾個(gè)不同的污水處理廠）、脫水機(jī)的運(yùn)行不正常（機(jī)械故障、機(jī)械效率降低、更換蓄凝劑或改變添加量）等原因，可能出現(xiàn)波動(dòng)。當(dāng)波動(dòng)幅度超過(guò)一定范圍時(shí)，就可能對(duì)干化的安全性形成威脅。 產(chǎn)生危險(xiǎn)的原因在于干燥系統(tǒng)本身的特點(diǎn)。一般干燥系統(tǒng)在調(diào)試的過(guò)程中，給熱量及其相關(guān)的工藝氣體量已 經(jīng)確定，僅通過(guò)監(jiān)測(cè)干燥器出口的氣體溫度和濕度來(lái)控制進(jìn)料裝置的給料量。 給熱量的確定，意味著單位時(shí)間里蒸發(fā)量的確定。當(dāng)進(jìn)料含水率變化，而進(jìn)料量不變時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部的濕度平衡將被打破，如果濕度增加，可能導(dǎo)致干化不均；如果濕度減少，則意味著粉塵量的增加和顆粒溫度的上升。 全干化系統(tǒng)的含水率變化較為敏感，在直接進(jìn)料時(shí)，理論上最多只允許 2 個(gè)百分點(diǎn)的波動(dòng)（如設(shè)定 20％，而實(shí)際 22％），此時(shí)由于污泥水分的急遽減少，干燥器內(nèi)產(chǎn)品的溫度會(huì)飛升，形成危險(xiǎn)環(huán)境。由于這一區(qū)間非常狹小，對(duì)調(diào)整濕泥進(jìn)料量的監(jiān)測(cè)反饋系統(tǒng)要求較高。 解決濕泥 含水率變化敏感性的最好方法是在可能的范圍內(nèi)降低最終產(chǎn)品的含固率。當(dāng)最終含固率從 90％降為 80％時(shí)，理論上可允許 5 個(gè)百分點(diǎn)的波動(dòng)（如設(shè)定 20％，而實(shí)際 25％）。 大多數(shù)全干化工藝都采用了干泥返混。這樣做的目的一般都是為了避免污泥的膠粘相特性使之在干燥器內(nèi)易于黏著、板結(jié)，另外一個(gè)好處正是由此擴(kuò)大了可允許的濕泥波動(dòng)范圍。 干泥返混一般要求將原含固率 20－ 25％的濕泥，經(jīng)過(guò)添加相當(dāng)于濕泥重量 1－ 2 倍的已經(jīng)干化到 90％以上的干泥細(xì)粉，將其混合到平均含固率 60－ 70％。從絕干物質(zhì)量上增加了7－ 10 倍以上。如果將干燥器的 濕泥進(jìn)料含固率設(shè)定為 60％，其最高理論波動(dòng)范圍可以達(dá)到66％，這對(duì)返混工藝來(lái)說(shuō)應(yīng)該是可以輕松實(shí)現(xiàn)的了。 3. 污泥干化設(shè)備 目前，全世界大約有 50 余家污泥干燥公司，包括： Andritz Group， Bakerrullman，Berlie Technologies Inc, FloDry，大川原公司，奈良，西格斯， USFilter， AtlasStord 等 。市場(chǎng)上的 污泥干燥設(shè)備 主要有 ： 三通式回轉(zhuǎn)圓通干燥機(jī) （即轉(zhuǎn)鼓干燥機(jī)）、 間接加熱式回轉(zhuǎn)圓通干燥機(jī) 、 帶粉碎裝置的回轉(zhuǎn)圓通干燥機(jī) 、 流化床干燥機(jī) 、 蝶式 干燥機(jī) 、 漿葉式干燥機(jī) 、 盤(pán)式干燥機(jī) 、 帶式干燥機(jī) 、太陽(yáng)能污泥干燥房等。 1）三通式回轉(zhuǎn)圓通干燥機(jī) 三通式回轉(zhuǎn)圓通干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)如下： 污泥脫水及干化工藝調(diào)研 19 其干燥工藝流程： 污泥脫水及干化工藝調(diào)研 20 干燥過(guò)程介紹： 由于普通的回轉(zhuǎn)圓通干燥機(jī)，包括三通式回轉(zhuǎn)圓通干燥機(jī)，只能干燥顆粒狀的物料。所以，濕污泥首先要與干污泥進(jìn)行混合，產(chǎn)生含水為 40%左右的半干污泥，然后再進(jìn)入三通式回轉(zhuǎn)圓通干燥機(jī)進(jìn)行干燥。干濕污泥的比例大約為 到 2。因此，此系統(tǒng)需要混合機(jī)，粉碎機(jī)和篩分機(jī)。整個(gè)系統(tǒng)的投資很大。對(duì)于每小 時(shí)脫水 4 噸的污泥干燥設(shè)備，整個(gè)項(xiàng)目的投資大約在 690 萬(wàn)美圓（ 1999 年價(jià)格， 2020 年佛羅里達(dá)的坦帕采用 Andritz 的污泥干燥設(shè)備 , 整個(gè)項(xiàng)目的投資已達(dá)到 1000 萬(wàn)美圓。）。 其運(yùn)行參數(shù)為： 熱空氣進(jìn)口溫度為： 650 度； 熱空氣出口溫度為： 100 度； 蒸發(fā)每磅水需消耗 1600BTU 的熱量，折合每公斤水需消耗 8170KJ 的熱量。 2）普通回轉(zhuǎn)圓通干燥機(jī) 普通回轉(zhuǎn)圓通干燥機(jī)的工藝流程與三通式回轉(zhuǎn)圓通干燥機(jī)相似，只是能耗稍高。 轉(zhuǎn)筒干燥器的主體是略帶傾斜并能回轉(zhuǎn)的圓筒體。濕物料從左端上部加入，經(jīng)過(guò)圓筒內(nèi)部時(shí)， 與通過(guò)筒內(nèi)的熱風(fēng)或加熱壁面進(jìn)行有效地接觸而被干燥，干燥后的產(chǎn)品從右端下部收集。在干燥過(guò)程中，物料借助于圓筒的緩慢的轉(zhuǎn)動(dòng)，在重力的作用下從較高一端向較低一端移動(dòng)。干燥過(guò)程中的所用的熱載體一般為熱空氣、煙道氣或水蒸氣等。如果熱載體（如熱空氣、煙道氣）直接與物料接觸，則經(jīng)過(guò)干燥器后，通常用旋風(fēng)除塵器將氣體中挾帶的細(xì)粒物料捕集下來(lái)，廢空氣則經(jīng)旋風(fēng)除塵器后放空。 回轉(zhuǎn)圓筒干燥器是一種處理大量物料干燥的干燥器。由于運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，操作彈性大、適應(yīng)性強(qiáng)、處理能力大，廣泛使用于冶金、建材、輕工等部門(mén)?；剞D(zhuǎn)圓筒干燥器一般適用于顆粒狀物料，也可用部分摻入干物料的辦法干燥粘性膏狀物料或含水量較高的物料，并已成功地用于溶液物料的造粒干燥中。 回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)的主體是略帶傾斜并能回轉(zhuǎn)的圓筒體。濕物料從高端上部加入，與通過(guò) 筒體內(nèi)的熱風(fēng)或加熱壁面進(jìn)行有效接觸被干燥，干燥后的產(chǎn)品從低端下部收集。在干燥過(guò)程中，物料借助于圓筒的緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，在重力的作用下從較高一端向較低一端移動(dòng)。 筒體內(nèi)壁上裝有抄板，它不斷地把物料抄起又灑下，使物料的熱接觸表面增大，以提高干燥速率并促使物料向前移動(dòng)?；剞D(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)是傳統(tǒng)干燥設(shè)備之一，由于有其他干燥設(shè)備不可替代的一些特點(diǎn) ，所以人們?cè)诓粩嗟剡M(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)后，目前仍被廣泛使用于冶金、建材、化工等領(lǐng)域。 回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)（轉(zhuǎn)鼓干燥機(jī)） 污泥脫水及干化工藝調(diào)研 21 3) 間接加熱式回轉(zhuǎn)圓通干燥機(jī) 間接加熱式回轉(zhuǎn)圓通干燥機(jī)的工藝流程也與三通式回轉(zhuǎn)圓通干燥機(jī)相似。佛羅里達(dá)的奧卡拉采用間接加熱式回轉(zhuǎn)圓通干燥機(jī)。該設(shè)備在調(diào)試兩年后，也無(wú)法正常運(yùn)行，并與今年 4月發(fā)生爆炸。根據(jù)我們的分析，主要 原因是由于間接加熱式回轉(zhuǎn)圓通干燥機(jī)采用普通的抄板，而造粒后的污泥的表面仍然較粘，粘著在抄板上，沒(méi)有及時(shí)脫落，導(dǎo)致過(guò)干超溫（干污泥的著火點(diǎn)為 240 度）。當(dāng)通入空氣時(shí)（間接加熱式回轉(zhuǎn)圓通干燥機(jī)需要通入空氣，以帶出蒸發(fā)的水分），其中的氧含量較高，從而引起爆炸。 4) 帶粉碎裝置的回轉(zhuǎn)圓通干燥機(jī) 帶粉碎裝置的回轉(zhuǎn)圓通干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)： 由于帶粉碎裝置的回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)可直接干燥濕污泥，因此不需要混合過(guò)程，也就不需要混合機(jī)，粉碎機(jī)和篩分機(jī)。并且回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)很短，整個(gè)系統(tǒng)的投資小。 但是，對(duì)于濕污泥的干燥，其終水分只能到 30%到 40%。如果干燥到 10%以下水分，需要兩級(jí)干燥。 如果干燥后的污泥用于焚燒， 30%到 40%已經(jīng)足夠。關(guān)于這點(diǎn)，在后面再詳細(xì)論述。 由于直接干燥濕污泥，并且回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)很短，因此可采用較高的進(jìn)口溫度。對(duì)于污泥干燥，其進(jìn)口溫度可達(dá) 850 度以上。所以熱能消耗比上述的所有回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)都低，每公斤水需消耗 7659KJ 的 熱量（對(duì)于兩級(jí)干燥）。 5) 帶式干燥機(jī) 帶式干燥機(jī)由若干個(gè)獨(dú)立的單元段組成。每個(gè)單元段包括循環(huán)風(fēng)機(jī)、加熱裝置、單獨(dú)或公用的新鮮空氣抽入系統(tǒng)和尾氣排出系統(tǒng)。對(duì)干燥介質(zhì)數(shù)量、溫度、濕度和尾氣循環(huán)量操作參數(shù)，可進(jìn)行獨(dú)立控制，從而保證帶干機(jī)工作的可靠性和操作條件的優(yōu)化。帶干機(jī)操作靈活，濕物進(jìn)料，干燥過(guò)程在完全密封的箱體內(nèi)進(jìn)行，勞動(dòng)條件較好，免了粉塵的外泄。 污泥脫水及干化工藝調(diào)研 22 帶式干燥機(jī)外形 帶式干燥機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 物料由加料器均勻地鋪在網(wǎng)帶上，網(wǎng)帶采用 1260 目不銹鋼絲網(wǎng)， 由傳動(dòng)裝置拖動(dòng)在干燥機(jī)內(nèi)移動(dòng)。干燥機(jī)由若干單元組成，每一單元熱風(fēng)獨(dú)立循環(huán)，部分尾氣由專(zhuān)門(mén)排濕風(fēng)機(jī)排出，廢氣由調(diào)節(jié)閥控制，熱氣由下往上或由上往下穿過(guò)鋪在網(wǎng)帶上的物料，加熱干燥并帶走水分。網(wǎng)帶緩慢移動(dòng)，運(yùn)行速度可根據(jù)物料溫 度自由調(diào)節(jié)，干燥后的成品連續(xù)落入收料器中。上下循環(huán)單元根據(jù)用戶(hù)需要可靈活配備，單元數(shù)量可根據(jù)需要選取。 6）漿葉式干燥機(jī) 空心槳葉干燥機(jī)主要由帶有夾套的 W 形殼體和兩根空心槳葉軸及傳動(dòng)裝置組成。軸上排列著中空葉片，軸端裝有熱介質(zhì)導(dǎo)入的旋轉(zhuǎn)接頭。干燥水分所需的熱量由帶有夾套的 W形槽的內(nèi)壁和中空葉片壁傳導(dǎo)給物料。物料在干燥過(guò)程中，帶有中空葉片的空心軸在給物料加熱的同時(shí)又對(duì)物料進(jìn)行攪拌，從而進(jìn)行加熱面的更新。是一種連續(xù)傳導(dǎo)加熱干燥機(jī)。 加熱介質(zhì)為蒸汽，熱水或?qū)嵊?。加熱介質(zhì)通入殼體夾套內(nèi)和兩根空心槳葉軸中，以傳導(dǎo)加 熱的方式對(duì)物料進(jìn)行加熱干燥，不同的物料空心槳葉軸結(jié)構(gòu)有所不同。 物料由加料口加入，在兩根空心槳葉軸內(nèi)的攪拌作用下，更新介面，同時(shí)推進(jìn)物料至出污泥脫水及干化工藝調(diào)研 23 料口，被干燥的物料由出料口排出。 漿葉干燥機(jī)外形 漿葉式干燥機(jī)需要由蒸汽或?qū)嵊吞峁崃?。所以需要鍋爐及鍋爐房。另外其產(chǎn)品是粉狀，對(duì)存儲(chǔ)和使用不方便。在干燥后，需要進(jìn)行造粒。在小型廢水處 理廠得到廣泛的應(yīng)用。 7）盤(pán)式干燥機(jī) 工藝的能源采用天然氣或沼氣，利用熱油爐加熱導(dǎo)熱油，然后通過(guò)導(dǎo)熱油在干燥器圓盤(pán)和熱油爐之間的循環(huán)，將熱量間接傳遞給污泥顆粒，從而使污泥干化。污泥涂層機(jī)為盤(pán)式工藝的重要設(shè)備，循環(huán)的干燥污泥顆粒在此被涂覆上一層薄的濕污泥，涂覆過(guò)的污泥顆粒被送人污泥顆粒干燥器，均勻的散在頂層圓盤(pán)上。通過(guò)與中央旋轉(zhuǎn)主軸相連的耙臂上的耙子的作用，污泥顆粒在上層圓盤(pán)上作圓周運(yùn)動(dòng)，從內(nèi)逐漸掃到圓周的外延，然后散落到第二層圓盤(pán)上，借助于旋轉(zhuǎn)耙臂的推動(dòng)作用，污泥顆粒從干燥器的上部圓盤(pán)通過(guò)干燥器直至底部圓盤(pán) 。