圓盤式蒸汽半干化污泥系統(tǒng)技術(shù)探討
行業(yè)動態(tài)
污泥干化技術(shù)在歐洲應(yīng)用已有幾十年。該技術(shù)是多學(xué)科與技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的交叉融合，主要利用熱力學(xué)與流體力學(xué)的原理，結(jié)合機(jī)械與材料技術(shù)，進(jìn)行污泥處置，可以很好地達(dá)到減量化、無害化、資源化的污泥處理處置目標(biāo)。污泥干化技術(shù)按加熱方式可分為直接加熱、間接加熱、熱輻射加熱；按污泥干化程度可分為全干化（進(jìn)爐污泥含固率90%）和半干化（進(jìn)爐污泥含固率40%）。
在國內(nèi)，各種形式工藝的污泥干化技術(shù)也得到了數(shù)個工程的實際應(yīng)用，包括國外的全干化污泥技術(shù)，如安德里茲流化床技術(shù)、得利滿兩段式污泥干化技術(shù)、琥珀的低溫帶式污泥干化技術(shù)等。上述技術(shù)多以污泥全干化為主，能量消耗大的同時干化過程都存在粉塵爆炸的危險。而半干化污泥耗能較少，安全性要比全干化可靠。本文結(jié)合工程項目，以間接加熱形式、半干化污泥的圓盤蒸汽熱干化污泥工藝，闡述該系統(tǒng)的工藝過程。
1 圓盤式蒸汽半干化污泥系統(tǒng)
利用圓盤式干燥器半干化污泥的主要工藝過程為：首先來料濕污泥（含水率80%）通過螺桿泵輸送至圓盤式干燥器入口。圓盤式干燥器的主體由1個圓筒形的外殼和1組中心貫穿的圓盤組組成。圓盤組是中空的，低壓蒸汽從中流過，把熱量通過圓盤組間接傳輸給污泥，通常為了降低圓盤組承壓內(nèi)部承壓等級，熱介質(zhì)一般要求壓力為0.5MPa的飽和蒸汽。污泥在圓盤組與外殼之間通過，接受圓盤組傳遞的熱能，主要吸收蒸汽的潛熱及部分冷凝水的顯熱，從而蒸發(fā)出濕污泥中的水分。污泥水分形成的水蒸氣聚集在圓盤組上方的穹頂里，污泥干化過程產(chǎn)生的蒸汽通過引風(fēng)機(jī)排出干燥機(jī)，維持干燥器微負(fù)壓，尾氣經(jīng)預(yù)除塵器降低粉塵量后，進(jìn)入1個間接式水冷換熱器進(jìn)行冷凝，冷凝下的污水排入污水管網(wǎng)。
1.1 圓盤式干燥器
圓盤式干燥器的傳熱是完全傳導(dǎo)式的間接加熱形式。圓盤式干燥器的主體由1個圓筒形的外殼和1組中心貫穿的圓盤組組成。圓盤組是中空的，低壓蒸汽從中流過，把熱量通過圓盤組間接傳輸給污泥，通常為了降低圓盤組承壓內(nèi)部承壓等級，熱介質(zhì)一般要求壓力為0.5MPa的飽和蒸汽。在干燥器里，熱介質(zhì)（低壓飽和蒸汽）與污泥不混合，而且，這種可控的間接傳熱方式使污泥的溫度不會過分受到熱介質(zhì)影響，從而使離開干燥器的干泥溫度降低至100～105℃，干燥器所排放的尾氣溫度為90～100℃。對于在常壓環(huán)境高效率蒸發(fā)水分，這樣的排料溫度接近低溫極限，大大減少了由于物料排出給系統(tǒng)帶來的熱損失。
轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動很慢，5～8r/min，因此在圓盤式干燥器內(nèi)，機(jī)械磨損非常緩慢，馬達(dá)功率也很小。干燥器轉(zhuǎn)盤邊緣裝有起攪拌/推動作用的特殊形狀鋼片，這些攪拌器有精心設(shè)計的寬度與高度，配合轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，可以使整個干燥器內(nèi)部范圍的污泥得到充分、均勻的攪拌。在定子上固定安裝有鋼制刮刀，伸入到每2片轉(zhuǎn)盤之間，有效促進(jìn)污泥與轉(zhuǎn)盤之間的相對運(yùn)動，并幫助廢蒸汽從污泥中散發(fā)出來。
1.2 旋風(fēng)除塵器
干燥器尾氣中會夾帶少量污泥顆粒，因此需要進(jìn)行除塵處理，同時保證進(jìn)入下級冷凝器時廢氣的清潔度，提高冷凝器的換熱效果。
干化系統(tǒng)選用旋風(fēng)除塵器，旋風(fēng)除塵器采用與干燥器一一對應(yīng)的型式，即1臺干燥器配套1臺旋風(fēng)除塵器。除塵器采用高效蝸殼漸變式分離器技術(shù)，除塵效率達(dá)到90%以上，壓損控制在2kPa以內(nèi)。
配套的旋風(fēng)除塵器針對污泥干化系統(tǒng)尾氣中存在大量蒸汽的特殊工況，采用蒸汽盤管保溫型式，外部再用保溫材料包裹，確保進(jìn)出口尾氣不出現(xiàn)結(jié)露和冷凝的情況。
1.3 廢氣冷凝器
干化系統(tǒng)采用1臺冷凝器配套1臺干燥器，布置在旋風(fēng)除塵器之后。冷凝器采用管殼換熱型式。冷凝器的作用是有效保證了尾氣中水蒸氣冷凝至液態(tài)，減少了干化系統(tǒng)尾部管道出現(xiàn)低溫腐蝕的現(xiàn)象。冷凝器的管板與換熱管選用不銹鋼，有效防止了尾氣中腐蝕性氣體的侵蝕。
1.4 流程風(fēng)機(jī)
圓盤式干燥器用變頻風(fēng)機(jī)保持內(nèi)部20～40Pa的負(fù)壓，因此干化過程中廢蒸汽與臭味不會泄露。少量的空氣被吸入干燥器，這些空氣的吸入是為了降低廢氣中水蒸氣的飽和度，防止水蒸氣在干燥器中冷凝。因此圓盤式干燥器的尾氣量較小，因此也降低了廢氣處理的成本。根據(jù)工程的需要，廢氣可以送至除臭裝置進(jìn)行處理或送至焚燒爐焚燒處理。考慮到廢氣中含酸性氣體，風(fēng)機(jī)材質(zhì)多采用不銹鋼。
1.5 半干污泥輸送設(shè)備
1.5.1 干污泥冷卻螺旋輸送機(jī)
干化器干化后的污泥顆粒從尾部隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動剝離出來，進(jìn)入螺旋輸送機(jī)。由于干化后的污泥溫度為70～90℃，這期間的半干污泥仍散發(fā)出蒸汽，對于皮帶輸送也存在溫度偏高的問題，因此在螺旋輸送機(jī)外部設(shè)置水夾套，采用間接水冷形式冷卻半干污泥。螺旋輸送機(jī)與干化器一一對應(yīng)。
1.5.2 皮帶輸送機(jī)
半干污泥經(jīng)螺旋輸送機(jī)落料至全密封皮帶輸送機(jī)。每臺皮帶輸送機(jī)是根據(jù)有機(jī)固體廢物的物料特性開發(fā)和監(jiān)制的物料輸送設(shè)備。皮帶機(jī)在廠房室內(nèi)地上布置，每臺全密封皮帶機(jī)均設(shè)置抽風(fēng)口，將輸送過程半干污泥隨蒸汽散發(fā)的臭氣引至除臭設(shè)備處理。根據(jù)工程需要，可以將半干污泥輸送至封閉的料倉，通過汽車外運(yùn)至電廠處理；如污泥干化設(shè)備建設(shè)在電廠內(nèi)，可通過全密封鋼結(jié)構(gòu)形式的輸泥通廊將其輸送至電廠干煤棚，再通過煤通廊轉(zhuǎn)運(yùn)至電站焚燒爐與煤混燒。
2 系統(tǒng)熱量平衡及物料平衡分析
以某項目3×100t/d圓盤式半干化污泥工藝為例，對圓盤式半干化系統(tǒng)進(jìn)行能量平衡及熱平衡分析，從中得出主要的技術(shù)指標(biāo)，從而對圓盤式半干化工藝系統(tǒng)的可行性及先進(jìn)性進(jìn)行評價。
工程前提條件：
（1）濕污泥干化處理量300t/d。
（2）設(shè)備配置3×100t/d圓盤式干化系統(tǒng)。
（3）進(jìn)廠污泥為含水率80%，半干化至含水率40%。
（4）熱介質(zhì)為來自電廠的低壓蒸汽0.8MPa，256℃（過熱）。
（5）干燥器蒸汽參數(shù)為0.5MPa，152℃（飽和）。
物料平衡和熱平衡對于污泥干化系統(tǒng)至關(guān)重要，進(jìn)干化器的污泥含水率及污泥干化含水率等參數(shù)都是影響污泥干化系統(tǒng)平衡的重要因素。本項目利用圓盤蒸汽半干化污泥蒸發(fā)水需要的熱量為2700kJ/kg，低于西格斯（Seghers）“珍珠工藝”的蒸發(fā)水需3100kJ/kg和安德里茲（Andritz）“流化床干燥工藝”的蒸發(fā)水需2800kJ/kg的能耗指標(biāo)。因此，利用圓盤半干化污泥能耗相對全干化工藝要少，具有較強(qiáng)的推廣價值。
3 半干化運(yùn)行成本測算
3.1 消耗品單價
蒸汽價格210元/t；電價0.8元/（kW·h）；水價2.6元/t。
3.2 成本測算
濕污泥半干化成本為192元/t，成本遠(yuǎn)低于全干化處置成本。半干化后的城市污泥低位熱值一般為4180～5016kJ，具有一定的燃燒價值，可以作為電站鍋爐或是垃圾電站焚燒爐的輔助燃料。
4 結(jié)束語
（1）利用圓盤式干燥器采用蒸汽作為熱介質(zhì)半干化污泥是現(xiàn)階段我國污泥干化應(yīng)用中較為可行的工藝。
（2）利用圓盤式干燥器半干化污泥工藝相較國外全干化工藝處置污泥，投資省、運(yùn)行費(fèi)用低，適合我國目前污泥處置的現(xiàn)狀。
（3）利用圓盤式干燥器半干化污泥系統(tǒng)配套的輔機(jī)少，干化過程簡單，事故泄露環(huán)節(jié)少，能夠保證干化系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定地運(yùn)行，這是污泥干化處置的重要要求。
（4）利用圓盤式干燥器半干化污泥系統(tǒng)蒸汽耗量只有0.745t/t，折合蒸發(fā)水耗能為2696kJ/kg，經(jīng)濟(jì)性較好。
（5）利用圓盤式干燥器半干化污泥成本相比全干化成本低，根據(jù)本工程項目測算其污泥半干化成本僅為192元/t，具有較強(qiáng)的市場推廣性。
