節(jié)能型污泥干燥工藝與設(shè)備的開發(fā)和應(yīng)用
行業(yè)動(dòng)態(tài)
污泥是污水處理后的副產(chǎn)物，是一種由有機(jī)殘片、細(xì)菌菌體、無機(jī)顆粒、膠體、有害重金屬及病原微生物等組成的固體廢棄物。通常占污水總量的0.5%～1.0%。
焚燒技術(shù)是實(shí)現(xiàn)污泥減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化處置的常用技術(shù)。但是將濕污泥直接焚燒易產(chǎn)生大量尾氣，污染嚴(yán)重，且能耗大。因此，污泥干燥成為污泥焚燒處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。現(xiàn)有的污泥干燥工藝大都采用空氣開路干燥流程，雖然此流程可以充分利用干燥后污泥的熱值，但存在廢氣廢液排放量大、二次污染嚴(yán)重及能源利用率低等缺點(diǎn)。為此，開發(fā)了一種節(jié)能型尾氣自惰式循環(huán)污泥干燥工藝和專用型污泥干燥設(shè)備，以達(dá)到提高污泥干燥技術(shù)水平、實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的。
1 工藝簡介
1.1 開路干燥工藝
利用螺桿泵將料倉中的濕污泥輸送至干燥機(jī)中。飽和蒸汽均勻分配到干燥機(jī)熱軸和夾套中，以間接加熱濕污泥，干燥后的污泥由卸料閥排出。蒸汽凝液進(jìn)入凝液罐后經(jīng)熱水泵排出。干燥機(jī)蒸發(fā)污泥產(chǎn)生的尾氣（水蒸氣和不凝氣）經(jīng)冷凝器除濕后，不凝氣由引風(fēng)機(jī)排出，冷凝液由污水泵排入廢水處理單元。
1.2 自惰式閉路循環(huán)干燥工藝
濕污泥通過螺桿泵送至干燥機(jī)，利用干燥機(jī)熱軸和夾套中的飽和蒸汽間接加熱污泥，污泥干燥后經(jīng)泄料閥排出。尾氣經(jīng)旋風(fēng)除塵器除去固體顆粒后進(jìn)入文丘里進(jìn)行急冷，急冷后的氣水混合物流入冷卻罐分離。冷卻罐中的廢水經(jīng)洗滌泵增壓和冷卻器降溫后，大部分被循環(huán)利用，少量廢水由側(cè)線流至污水處理廠。凝液罐中的蒸汽凝液經(jīng)泵進(jìn)入換熱器進(jìn)行加熱，升溫后的不凝氣經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)分成兩路，一路（大部分）作為干燥過程的循環(huán)載氣，另一路（少量）通過除臭罐放空。
1.3 自惰式閉路循環(huán)干燥工藝特點(diǎn)
干燥機(jī)內(nèi)蒸發(fā)出的高溫尾氣主要是水蒸氣和不凝氣。高溫尾氣通過除濕后，不凝氣被循環(huán)使用，形成密閉循環(huán)體系，因此不需要從外界補(bǔ)充空氣。干燥機(jī)排放的廢氣僅是料液釋放的不凝氣。
干燥污泥產(chǎn)生的尾氣經(jīng)循環(huán)洗滌水噴淋除濕后，尾氣中大部分水蒸氣冷凝成水，冷凝液經(jīng)冷卻器間接換熱后又作為洗滌水循環(huán)使用。利用高濕尾氣自身冷凝產(chǎn)生的洗滌水即可循環(huán)噴淋尾氣，無需添加任何冷卻水和清洗水。排放的廢水主要是污泥干燥后的水分。
自惰式閉路循環(huán)干燥工藝中，由于料液不斷釋放不凝氣，系統(tǒng)內(nèi)氧氣含量被逐漸稀釋，因此消除了干燥系統(tǒng)自燃或爆炸的危險(xiǎn)，使操作更加安全。
干燥后的蒸汽凝液溫度較高，電廠無法直接回收利用，導(dǎo)致能源浪費(fèi)。為了利用這部分低溫?zé)崃?，將蒸汽凝液用于加熱循環(huán)載氣，使蒸汽凝液中的部分顯熱轉(zhuǎn)移到載氣中，實(shí)現(xiàn)熱能的有效利用。
自惰式閉路循環(huán)干燥工藝中，干燥機(jī)載體出口負(fù)壓可調(diào)，操作彈性大，同時(shí)，從外界補(bǔ)充氮?dú)饪梢钥刂蒲h(huán)載氣中的含氧量，因此該工藝及其適用于高磷等易燃性污泥的干燥。
2專用型污泥干燥設(shè)備
針對(duì)污泥處理量大、二次污染嚴(yán)重的特點(diǎn)，基于自惰式閉路循環(huán)干燥工藝，開發(fā)了一個(gè)大型專用污泥干燥設(shè)備——圓盤干燥機(jī)。圓盤干燥機(jī)主要由機(jī)身、熱軸、傳動(dòng)系統(tǒng)及旋轉(zhuǎn)接頭等組成。
2.1 創(chuàng)新點(diǎn)
熱軸結(jié)構(gòu)。熱軸由圓盤葉片和轉(zhuǎn)動(dòng)軸組成，數(shù)十片圓盤焊接在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，與轉(zhuǎn)動(dòng)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)?？招膱A盤葉片的頂部為鈍刀刃形狀，采用整體沖壓加工的兩個(gè)半葉片直接對(duì)接、焊接成型后，再焊接組裝到中空軸上，葉片的加工、焊接均采用圓滑過渡（如葉片頂緣、根部等），在增加傳熱面積的同時(shí)可以減小應(yīng)力集中。
利用內(nèi)抄板實(shí)現(xiàn)攪拌和推料功能。圓盤外緣安裝有特殊的抄板，每個(gè)圓盤上設(shè)置4個(gè)呈90°角分布的抄板，其中3個(gè)斜抄板垂直于安裝面，并與軸中心線呈一定夾角，另一個(gè)抄板垂直于安裝面，并與軸中心線平行。每個(gè)軸相鄰圓盤上的抄板的位置不同，這是因?yàn)檩S圓盤上的斜抄板從進(jìn)料端到出料端近似呈間斷螺旋分布，而螺旋方向由軸的轉(zhuǎn)向決定。利用安裝在圓盤葉片外緣的抄板，一方面可以不斷將物料刮起和攪拌，使之與金屬換熱表面接觸；另一方面由于抄板具有一定的軸向傾角，可以將物料從入口側(cè)推向出口側(cè)。
利用內(nèi)刮刀提高換熱效率，實(shí)現(xiàn)自清理功能。每兩個(gè)圓盤之間裝有刮刀，刮刀固定在外殼上。刮刀可以疏松盤片間的污泥，使干燥后的蒸汽及時(shí)排出，實(shí)現(xiàn)蒸汽與污泥的快速分離。由于含水率在50%～60%的污泥具有較大的粘性，在兩個(gè)盤面之間易發(fā)生粘壁現(xiàn)象，而利用刮刀可以及時(shí)清理粘在盤面上的污泥，提高傳熱效率。
料位的可調(diào)性。通過外置溢流板高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)料位、改變污泥在干燥機(jī)內(nèi)的停留時(shí)間，可以獲得不同干燥程度的污泥。
2.2 特點(diǎn)
圓盤干燥機(jī)的優(yōu)勢(shì)有以下3點(diǎn)：
（1）粉塵夾帶少，物料損耗少。干燥過程中物料損失的多少主要由排風(fēng)量和排出氣體的濕含量決定。干燥過程的排風(fēng)主要是水蒸氣和少量載氣，其排風(fēng)量僅為熱風(fēng)型干燥排風(fēng)量的八分之一，而且排出氣體主要為水蒸氣，所夾帶的物料極易回收。
（2）能耗低，操作費(fèi)用低。圓盤干燥機(jī)的熱效率高達(dá)85%，操作費(fèi)用僅為氣流干燥、旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥等熱風(fēng)型干燥器的30%。
（3）傳熱面積大，傳熱系數(shù)高。熱軸上的圓盤和轉(zhuǎn)動(dòng)軸是主要加熱面，其換熱面積占總換熱面積的80%以上。操作料位高于轉(zhuǎn)動(dòng)軸，物料始終與圓盤的下半盤面接觸，干燥停留時(shí)間長，傳熱系數(shù)高，污泥處理量大。
3 應(yīng)用效果分析
3.1 經(jīng)濟(jì)性分析
將330㎡圓盤干燥機(jī)分別應(yīng)用于開路污泥干燥和自惰式閉路循環(huán)污泥干燥工藝系統(tǒng)中，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析?？梢钥闯?，自惰式閉路循環(huán)工藝熱量利用率高，尾氣排放量僅為開路工藝的十分之一。
操作參數(shù) | 自惰式閉路循環(huán)工藝 | 開路工藝 |
污泥處理量（t/d） | 100 | 100 |
設(shè)備面積（㎡） | 330 | 330 |
干燥方式 | 間接加熱 | 間接加熱 |
加熱介質(zhì) | 飽和蒸汽 | 飽和蒸汽 |
蒸汽壓力（MPa） | 0.5 | 0.5 |
進(jìn)口物料濕含量（%） | 80 | 80 |
出口物料濕含量（%） | ≤40 | ≤40 |
熱量利用率（%） | 85 | 75 |
蒸汽用量（kg/h） | 3958 | 4435 |
載氣量（Nm3/h） | 3028 | 3028 |
尾氣排放量（Nm3/h） | 302.8 | 3028.0 |
3.2 效益分析
根據(jù)上表進(jìn)行公用工程消耗計(jì)算，得到的效益分析結(jié)果如下。
經(jīng)濟(jì)指標(biāo)名稱 | 自惰式閉路循環(huán)工藝 | 開路工藝 |
蒸汽用量（t/d） | 3.958 | 4.435 |
干燥機(jī)電耗（kW） | 110 | 110 |
蒸汽單價(jià)（元/t） | 150 | 150 |
電單價(jià)（元/kW/h） | 0.7 | 0.7 |
蒸汽總價(jià)（元/h） | 593.70 | 665.25 |
電總價(jià)（元/h） | 77 | 77 |
節(jié)約資金（萬元/a） | 57.24 | 基準(zhǔn) |
可以看出，采用自惰式閉路循環(huán)工藝能夠節(jié)約成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
4 結(jié)束語
污泥干燥是污泥循環(huán)經(jīng)濟(jì)性利用的關(guān)鍵，為此提出了一種污泥干燥新技術(shù)——自惰式閉路循環(huán)干燥工藝，該工藝具有廢水廢氣排量少、熱量利用率高及經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。基于該工藝，設(shè)計(jì)并開發(fā)了一個(gè)大型圓盤干燥機(jī)，實(shí)現(xiàn)了污泥處理的大型化，提高了我國污泥干燥技術(shù)水平，同時(shí)滿足了節(jié)能環(huán)保的要求。
