污泥干燥機(jī)在污泥干化焚燒工藝中的應(yīng)用
行業(yè)動(dòng)態(tài)
污泥干化焚燒工藝，就是將城市污水處理廠脫水后的濕污泥（一般含水率在80%左右）采用適當(dāng)?shù)母苫に?，將其含水率降低到一定的程度，便于后續(xù)的焚燒處理。經(jīng)前段干化后的污泥采用鼓泡流化床焚燒爐焚燒處理，釋放的余熱一部分對進(jìn)入焚燒爐的空氣進(jìn)行預(yù)熱，以維持半干化污泥的焚燒。另一部分利用余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽對進(jìn)入干燥機(jī)的濕污泥進(jìn)行干燥，降低污泥含水率。污泥焚燒后的煙氣采用適當(dāng)?shù)臒煔馓幚砉に囘M(jìn)行凈化處理，達(dá)標(biāo)排放。
污泥干化焚燒工藝綜合考慮了污泥處置的可靠性、先進(jìn)性、適用性、安全性與經(jīng)濟(jì)性等原則，將是現(xiàn)階段我國一線城市污泥治理的主流工藝路線。
1 污泥干化工藝
濕污泥經(jīng)過污泥干化后，污泥特性會(huì)發(fā)生明顯改善，具體表現(xiàn)在：
（1）污泥顯著減容，體積可減少4～5倍。
（2）污泥會(huì)形成顆?；蚍蹱罘€(wěn)定產(chǎn)品，污泥性狀大大改善。
（3）產(chǎn)品無臭且無病原體，減輕了污泥有關(guān)的負(fù)面效應(yīng)，使處理后的污泥更易被接受。
（4）產(chǎn)品具有多種用途，如作肥料、土壤改良劑、替代能源等。
所以無論填埋、焚燒、農(nóng)業(yè)利用還是熱能利用，污泥干化都是重要的第一步，這使得污泥干化在整個(gè)污泥管理體系中扮演越來越重要的角色。20世紀(jì)90年代以來，運(yùn)用污泥干化技術(shù)處理城市污泥得到迅速發(fā)展。
同時(shí)，污泥干化是世界級難題，也是污泥治理的核心問題。西方國家采用污泥干化工藝已有40多年，干化工藝及干化設(shè)備也在長期的實(shí)踐和發(fā)展中形成了多種多樣的形式。
2 污泥干燥機(jī)的分類
污泥干燥機(jī)按照不同的分類方式，一般可以分為以下幾種形式：
2.1 按熱介質(zhì)與污泥接觸的方式
（1）直接加熱式：將燃燒室產(chǎn)生的熱氣與污泥直接進(jìn)行接觸混合，使污泥得以加熱，水分得以蒸發(fā)并得到干污泥產(chǎn)品，是對流干化技術(shù)的應(yīng)用，代表設(shè)備有轉(zhuǎn)鼓干燥機(jī)、流化床干燥機(jī)等。
（2）間接加熱式：將燃燒爐產(chǎn)生的熱氣通過蒸汽、熱油介質(zhì)傳遞，加熱器壁，從而使器壁另一側(cè)的濕污泥受熱、水分蒸發(fā)而加以去除，是傳導(dǎo)干化技術(shù)的應(yīng)用。代表設(shè)備有轉(zhuǎn)盤、薄層、碟片、槳式干燥機(jī)等。
（3）“直接-間接”聯(lián)合式干燥：即是“對流-傳導(dǎo)技術(shù)”的結(jié)合。代表設(shè)備有帶式、螺旋式干燥機(jī)等。
2.2 按干化設(shè)備進(jìn)料方式和產(chǎn)品形態(tài)
按干化設(shè)備進(jìn)料方式和產(chǎn)品形態(tài)分為兩種，一種是采用干料返混系統(tǒng)，濕污泥在進(jìn)料前先與一定比例的干泥混合，然后才進(jìn)入干燥機(jī)，產(chǎn)品為球狀顆粒，是干化、造粒結(jié)合為一體的工藝；另一種是濕污泥直接進(jìn)料，產(chǎn)品多為粉末狀。
3 不同污泥干燥機(jī)的性能特點(diǎn)
以下主要介紹目前四種應(yīng)用較為廣泛的污泥干燥機(jī)設(shè)備的性能特點(diǎn)。
3.1 流化床干燥機(jī)
流化床污泥干燥為直接加熱式干燥機(jī)。流化床污泥干燥機(jī)主要分為風(fēng)箱、中間段和抽吸罩三部分。在干燥機(jī)的下面是風(fēng)箱，用于將循環(huán)氣體分送到流化床裝置的不同區(qū)域，其底部裝有一塊特殊的氣體分布板，用來分送惰性流化氣體。該板具有設(shè)計(jì)堅(jiān)固的優(yōu)點(diǎn)，其壓降可以調(diào)節(jié)，保證了循環(huán)氣體能適量均勻地導(dǎo)向整個(gè)干燥機(jī)。在風(fēng)箱的上面是中間段，在該段，熱交換器內(nèi)置于此，使脫水污泥水分蒸發(fā)的所有能量均通過此熱交換器送入。通常蒸汽或者熱油可作為熱交換的熱介質(zhì)。抽吸罩作為分離第一步，用來使流化的干顆粒脫離循環(huán)氣體，而循環(huán)氣體帶著污泥細(xì)粒和蒸發(fā)的水分離開干燥機(jī)并通過流化床下部風(fēng)箱，將循環(huán)氣體送入流化床內(nèi)。顆粒在床內(nèi)流態(tài)化并同時(shí)混合。通過循環(huán)氣體不斷地流過物料層，達(dá)到干燥的目的。
其特點(diǎn)是：直接將脫水污泥送入流化床，無需返料系統(tǒng)。產(chǎn)品是無塵的，含固率大于90%的干固體。干化溫度為85℃，通過熱交換器非直接供熱。低排放不污染環(huán)境。干化系統(tǒng)氣體惰性化，氧含量＜3vol%，具有高安全性。因?yàn)橄到y(tǒng)密閉制造，干化過程中剩余氣體量低、臭氣含量低。可24h連續(xù)運(yùn)行，為自動(dòng)控制系統(tǒng)無需全天值班。但是由于污泥的成分決定其流化特性，該處理系統(tǒng)對污泥的成分變化非常敏感，常導(dǎo)致流化床內(nèi)的熱交換不能順利進(jìn)行，流化床及管道的磨損很嚴(yán)重，系統(tǒng)的能耗也較高。
3.2 帶式干燥機(jī)
帶式干燥機(jī)是對流-傳導(dǎo)干燥機(jī)，工作原理為：污泥與加熱空氣接觸時(shí)，即開始蒸發(fā)。污泥均勻地分散在整個(gè)接觸帶上，使之均勻蒸發(fā)。蒸發(fā)水所需要的熱量大約是800kcal/kg。帶式干燥機(jī)可采用單層或雙層干化系統(tǒng)，傳送帶速可調(diào)，以滿足不同停留時(shí)間的需要。
該干化系統(tǒng)特點(diǎn)是：干化污泥呈顆粒狀，供熱、散氣情況不佳，能耗相對加大。
3.3 立式多盤干燥機(jī)
立式多盤干燥機(jī)是間接干燥機(jī)。其工作原理是機(jī)械脫水后的污泥（含固率25%～30%）送入污泥緩沖料倉，然后通過污泥泵輸送至涂層機(jī)，在涂層機(jī)中再循環(huán)的干污泥顆粒核與輸入的脫水污泥混合。干顆粒核的外層涂上一層濕污泥后形成顆粒，這個(gè)涂敷過程非常重要，內(nèi)核是干的（含固率＞90%），外層是一層濕污泥，涂覆了濕污泥的顆粒被送入硬顆粒造粒機(jī)（多盤干燥機(jī)），然后倒入造粒機(jī)上部，均勻地散在頂層圓盤上。通過與中央旋轉(zhuǎn)主軸相連的耙臂上的耙子的作用，污泥顆粒在上層圓盤上做圓周運(yùn)動(dòng)。污泥顆粒從造粒機(jī)的上部圓盤由重力作用直至造粒機(jī)底部圓盤，顆粒在圓盤上運(yùn)動(dòng)時(shí)直接和加熱表面接觸干化。污泥顆粒逐盤增大，形成堅(jiān)實(shí)的顆粒。干燥后的污泥顆粒溫度90℃，粒徑1～4mm，離開干燥機(jī)后由斗式提升機(jī)向上送至分離料斗，一部分被分離出再循環(huán)回涂層機(jī)，同時(shí)剩余的顆粒進(jìn)入冷卻器冷卻至40℃送入顆粒儲(chǔ)料倉。污泥干化過程所需的能量由熱油傳遞，溫度介于230℃～260℃的熱油在干燥機(jī)內(nèi)中空的圓盤內(nèi)循環(huán)，從干燥機(jī)排出的接近115℃的蒸汽冷凝，經(jīng)熱交換器冷凝后的熱水溫度50℃～60℃。間接式多盤干燥機(jī)也叫造粒機(jī)，立式布置多級分布，間接加熱。
其特點(diǎn)是：干燥和造粒過程氧氣濃度＜2%，避免了著火和爆炸的危險(xiǎn)性。顆粒呈圓形，堅(jiān)實(shí)、無灰塵且顆粒均勻，具有較高的熱值，可作為燃料，尾氣經(jīng)冷凝、水洗后送回燃料爐，將產(chǎn)生臭味的化合物徹底分解，所以其尾氣能滿足很嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。
3.4 轉(zhuǎn)盤式干燥機(jī)
污泥轉(zhuǎn)盤干燥機(jī)為間接式干燥機(jī)。主要是由定子（外殼），轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)盤）和驅(qū)動(dòng)裝置組成。通過轉(zhuǎn)盤邊緣的推進(jìn)/攪拌器的作用，污泥被均勻緩慢地輸送通過整個(gè)干燥機(jī)，并通過與轉(zhuǎn)盤的熱接觸被干化。在干化過程中，熱蒸汽冷凝在轉(zhuǎn)盤腔的內(nèi)壁上，形成冷凝水。冷凝水通過一個(gè)管子被導(dǎo)入中心管，通過導(dǎo)出槽導(dǎo)出干燥機(jī)。在每兩片轉(zhuǎn)盤之間裝有刮刀，刮刀固定在外殼（定子）上。刮刀可以疏松盤片間的污泥，使廢蒸汽快速離開污泥。
其性能特點(diǎn)是：
（1）非接觸式干燥（間接干燥，導(dǎo)熱介質(zhì)與污泥無直接接觸）。
（2）既適用于污泥半干化，又適用于污泥全干化工藝，使用靈活。
（3）適用于所有污泥的處置方案（焚燒，填埋或用作肥料）。
（4）設(shè)備系統(tǒng)中氧氣含量低，杜絕了粉塵爆炸的可能性。
（5）干燥機(jī)負(fù)壓運(yùn)行（-4～-2mbar），因此干化過程中廢蒸汽與臭味不會(huì)泄露。
（6）通過改裝，轉(zhuǎn)盤式干燥機(jī)可以實(shí)現(xiàn)半干化和全干化兩種工藝間的轉(zhuǎn)換。
（7）機(jī)內(nèi)污泥載荷大，即使進(jìn)料不均勻，也能保證平穩(wěn)運(yùn)行。
（8）惰性氣體用量少（不需要空氣循環(huán)）。
（9）大載荷，便于控制。
（10）構(gòu)造牢固，持久耐用。
（11）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速很低，磨損小。
（12）設(shè)計(jì)非常緊湊，傳熱面積卻很大，設(shè)備占地及廠房空間與其它干燥機(jī)相比為小。
（13）維修少，持續(xù)運(yùn)行性好，可晝夜運(yùn)轉(zhuǎn)，年運(yùn)行時(shí)間不低于8000h。
4 各種污泥干燥機(jī)器的性能比較
| 設(shè)備形式 | 流化床干燥機(jī) | 帶式干燥機(jī) | 立式多盤干燥機(jī) | 轉(zhuǎn)盤干燥機(jī) | |
反料混合情況 | 要 | 否 | 要 | 否 | |
適用于全干化 | 可以 | 可以 | 可以 | 可以 | |
適用于半干化 | 不可以 | 可以 | 可以 | 可以 | |
供熱介質(zhì) | 高濕煙氣置換成高溫高濕蒸汽流 | 蒸汽、導(dǎo)熱油 | |||
物料受熱方式 | 直接 | 對流 | 傳導(dǎo)、輻射 | ||
水份表面化比率 | 大 | 小 | 小 | 較小 | |
相對濕度（干燥動(dòng)力） | 高，廢棄作為熱介質(zhì)供熱 | 較高 | |||
熱能消耗的構(gòu)成 | 由于噴入細(xì)粉粒、水份表面化極強(qiáng)，極易干燥，又由于混入干粉或噴槍噴入蒸汽，使得熱能消耗高 | 物料分散度很差，水份表面化極小，多數(shù)都是原始塊狀下進(jìn)行干燥，供熱情況和散氣情況不佳，因此能耗相對也大 | 由于物料沉積于容腔內(nèi)，蒸汽排出表面極小，形成蒸汽的水份不能很快脫離載體，干燥動(dòng)力較小 | 在干化過程中，熱蒸汽冷凝在轉(zhuǎn)盤腔的內(nèi)壁上，形成冷凝水。刮刀可以疏松盤片間的污泥，使廢蒸汽快速離開污泥 | |
氧含量控制方式2% | 完全應(yīng)用廢氣循環(huán)加熱、控制氧含量 | 控制補(bǔ)充空氣流量 | |||
氣流中粉塵含量 | 高 | 較高 | 低 | 低 | |
安全性 | 循環(huán)氣體中有大量粉塵，初始含氧量很高，濕度很高，污泥中脂類揮發(fā)物在加熱管中結(jié)焦碳化粘結(jié)，易出現(xiàn)自然現(xiàn)象，因此安全性欠佳 | 粉塵含量低，氧含量低（貫穿全過程），尾氣排放溫度低，很安全 | |||
溫度調(diào)節(jié) | 由煙氣流量和溫度的調(diào)節(jié)，可控性不強(qiáng)，調(diào)節(jié)不靈敏 | 導(dǎo)熱油（或蒸汽）輸送流量調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)靈敏度高 | |||
投資成本 | 高 | 高 | 一般 | 一般 | |
運(yùn)行費(fèi)用 | 高 | 高 | 一般 | 一般 | |
尾氣處理裝置規(guī)模 | 大 | 大 | 較小 | 小 | |
5 推薦在污泥干化焚燒技術(shù)采用干燥機(jī)的類型
根據(jù)對上述不同干燥機(jī)類型、特點(diǎn)進(jìn)行比較，綜合考慮設(shè)備安全性、可靠性、適應(yīng)性及投資與運(yùn)行成本，推薦采用轉(zhuǎn)盤式干燥機(jī)工藝作為污泥干化的主導(dǎo)工藝，具有以下特點(diǎn)：
（1）能耗低。由于轉(zhuǎn)盤干燥機(jī)的熱效率高達(dá)90%，操作能耗費(fèi)用僅為氣流干燥及旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥等熱風(fēng)型干燥機(jī)的30%。
（2）安全可靠。污泥在干化過程中會(huì)產(chǎn)生有毒、有害的氣體，甚至還會(huì)產(chǎn)生易燃易爆的氣體，轉(zhuǎn)盤干燥機(jī)的工藝設(shè)計(jì)使其比其他形式的干燥機(jī)有不可比擬的安全可靠性。
（3）靈活兼容度高。面對物化特性變化比較頻繁的污泥，尤其是我國的市政污泥，實(shí)踐證明轉(zhuǎn)盤干燥機(jī)具有高適應(yīng)性。另外對于運(yùn)行過程中頻繁變化的復(fù)雜工況（粘度、含固率等），以及運(yùn)行過程中出現(xiàn)的一些故障，轉(zhuǎn)盤干燥工藝體現(xiàn)出較好的兼容度。
（4）設(shè)備占地與投資省。相比其他各種污泥干燥工藝，轉(zhuǎn)盤干燥工藝省卻了很多附屬設(shè)施設(shè)備，系統(tǒng)布置高度集約化，占地面積大大節(jié)省，隨之系統(tǒng)總投資也比其他干燥工藝系統(tǒng)節(jié)省。
（5）運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低。由于轉(zhuǎn)盤干燥工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)的集約化，因此其運(yùn)行中除了能耗較低外，其尾氣處理也極其簡單和節(jié)省，洗滌耗水量只有其他干燥工藝系統(tǒng)的十分之一以下，因此轉(zhuǎn)盤干燥工藝總的運(yùn)行費(fèi)用很低，非常適合我國國情。
6 結(jié)論
污泥干燥機(jī)是污泥干化焚燒工藝的核心設(shè)備。在歐洲未來的10年里，采用熱處理的污泥量將增加一倍，污泥干化設(shè)備也在向大型化發(fā)展。同時(shí)污泥干化設(shè)備的安全性能也在不斷完善，隨著干燥機(jī)能耗的不斷降低，使得污泥干化的經(jīng)濟(jì)可行性得到顯著改善。
同時(shí)，雖然國內(nèi)的污泥干化行業(yè)起步較晚，但一方面在其他物料的干燥行業(yè)已有良好的發(fā)展和較成熟的技術(shù)儲(chǔ)備。另外國內(nèi)較多的機(jī)構(gòu)單位已對污泥干化做了很多研究試驗(yàn)，也積累了一定的經(jīng)驗(yàn)和成果，有些已經(jīng)取得了世界性的突破，已經(jīng)成功實(shí)施了一些數(shù)百噸級污泥干化工程項(xiàng)目，大有后來居上之勢。由于國內(nèi)干燥機(jī)工藝價(jià)格低廉，運(yùn)行維護(hù)成本適中，今后國產(chǎn)污泥干燥機(jī)將在污泥干化設(shè)備領(lǐng)域中占據(jù)一席之地。
