伴隨著我經(jīng)濟的快速發(fā)展和工業(yè)化企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)值的陸續(xù)提高，以及城鎮(zhèn)化步伐的飛速進展，工業(yè)廢水和城市污水的排放量和處理量也日益增多，伴隨著污廢水處理設(shè)施的全方位普及、污廢水處理效率的提高和污廢水處理程度的深化，同時也帶來污泥產(chǎn)量的急劇增加，污泥處理處置問題已經(jīng)成為制約污水處理行業(yè)發(fā)展的瓶頸問題。
根據(jù)國家住建部和國家發(fā)改委聯(lián)合發(fā)布的《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術(shù)指南(試行)》中，提出了污泥4中處置方式，即土地利用、衛(wèi)生填埋、建材利用、干化焚燒。由于污泥在農(nóng)用、填埋、投海等方面的各種限制條件和不利因素日益突出，鑒于污泥干化焚燒處理處置方式在西方國家已經(jīng)得到普遍應(yīng)用和廣泛推廣，無疑污泥干化焚燒將成為現(xiàn)階段最主要、最理想的技術(shù)處置方案之一。
根據(jù)某公司產(chǎn)生的污泥具有危廢、干化后產(chǎn)品最終需焚燒處置、需要有蒸汽熱源等技術(shù)特點，所以需綜合考慮其安全性、技術(shù)適應(yīng)性、經(jīng)濟適應(yīng)性、應(yīng)用推廣情況，結(jié)合國內(nèi)已經(jīng)投運的污泥干化所應(yīng)用的干化工藝設(shè)備類型，對流化床式、兩段式、薄層式、槳葉式、圓盤式、噴霧式等6種污泥干化工藝設(shè)備類型進行比選，結(jié)合上述6種干化設(shè)備的技術(shù)成熟性、系統(tǒng)穩(wěn)定性、運行安全性、處置環(huán)保性綜合考慮，最終確定采用薄層干化工藝設(shè)備類型。
1 薄層干化器的工作原理
1.1 薄層干化器的設(shè)備構(gòu)件
大體上講，薄層干化器是有帶加熱層的圓筒形殼體、殼體內(nèi)有轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子、以及轉(zhuǎn)子的驅(qū)動裝置組成。轉(zhuǎn)子上安裝有諸多不同形狀和規(guī)格的槳葉，槳葉與轉(zhuǎn)子之間采用螺栓固定，其裝配方式可以靈活調(diào)整,以便于適應(yīng)污泥性狀與處理量的變化;薄層干化器整個殼體采取分段組合，根據(jù)不同的處置需求，可以劃分為多個加熱區(qū)域，并可以實現(xiàn)單獨控制、溫度調(diào)整、靈活開關(guān)等操作要素。
1.2 薄層干化器對污泥處理的過程及物料運動描述
污泥薄層干化器整機按照水平布置安裝，既帶有加熱層的圓筒殼體與殼體內(nèi)轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子均是水平的，轉(zhuǎn)子上安裝有不同類型的葉片，葉片與熱壁間距為5~10 mm，總體來講,轉(zhuǎn)子配備有兩種類型的葉片，也就是傳輸和攤開葉片，這些葉片的布置形式是嵌入到轉(zhuǎn)子當(dāng)中的，在整個干化器筒體圓周徑向方向共平均布置了18列葉片。
攤開葉片分布在轉(zhuǎn)子的進泥端和出泥端，筒體進泥端的每列上安裝4個攤開刮刀葉片，與列線呈45°角安裝，這樣安裝的目的是實現(xiàn)污泥進入筒體后立即被攤附在熱壁的表面并具備向出料端輸送的功能，合計共72片;出泥端的每列上安裝2個端蓋攤開刮刀葉片，與進料端的攤開刮刀葉片呈斜反45°角安裝，這樣安裝的目的是緩沖產(chǎn)品出料時的慣性力達到重力自由出料的功能，合計36片。
傳輸葉片分布在轉(zhuǎn)子的中間區(qū)域，每列上安裝40片，合計720片。
其不同類型的葉片從功能上綜合實現(xiàn)了污泥在熱壁表面的布料、攤附、刮漿、攪拌、返混、自清潔、輸送等重要功能。概括而言，當(dāng)濕污泥從水平干化器的一端進入后，立刻被不停轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子連續(xù)分布于熱壁的表面形成物料薄層，轉(zhuǎn)子上的葉片在對熱壁表面分布的濕污泥薄層進行不斷翻滾的同時，轉(zhuǎn)子上安裝的帶有導(dǎo)角功能的輸送葉片伴隨著轉(zhuǎn)子的圓周轉(zhuǎn)動，使污泥薄層和干化過程中生成的半干污泥顆粒以一定的線速度呈現(xiàn)出與轉(zhuǎn)子的軸向方向水平轉(zhuǎn)移，向前運動到薄層干化器另一端的污泥出口處，薄層干化器的軸向長度尺寸既為進料端到出料端的水平沿程線，完成了污泥在整個臥式圓筒薄層干化器內(nèi)的進料和出料，在此過程中，濕污泥被蒸汽熱壁均勻加熱，水份被蒸發(fā)。濕污泥在薄層干化器內(nèi)的停留時間為10~15 min，可實現(xiàn)快速的啟停和排空，對設(shè)備工藝操作、調(diào)整控制非常迅速。
1.3 薄層干化器的廢氣收集工藝
薄層干化器進料的污泥含水率為75%~85%(按80%計)，自薄層干化器產(chǎn)出的污泥含水率在35%左右，呈現(xiàn)為顆粒狀的半干污泥通過下一級輸送設(shè)備輸送至下一單元。薄層干化器工作過程中產(chǎn)生的水蒸汽、逃逸粉塵、惡臭氣體等混合載氣，與筒內(nèi)污泥逆向運動，由污泥進料口上方的乏汽箱通過管道排入冷凝器，在冷凝器中，載氣的水份從蒸汽中冷凝下來，不凝氣體經(jīng)過液滴分離，通過廢氣引風(fēng)機排出干化系統(tǒng)，薄層干化器的工藝廢氣量相對較少，通常僅為系統(tǒng)蒸發(fā)量的5%~10%，廢氣引風(fēng)機使整個干化系統(tǒng)處于微負(fù)壓狀態(tài)，以避免惡臭氣體和粉塵的溢出。
2 薄層干化系統(tǒng)的設(shè)備選型
2.1 薄層干化系統(tǒng)工藝流程
污泥介質(zhì)流程：濕污泥接收倉+污泥輸送泵+薄層干化器+半干污泥輸出設(shè)備+線性干化器+產(chǎn)品冷卻器。
廢氣介質(zhì)流程：蒸發(fā)汽(混合汽)+廢汽箱+冷凝器+除霧器+引風(fēng)機+除臭裝置。
污泥接收倉內(nèi)的污泥由污泥螺桿泵直接送入薄層干化器進行干燥處理，薄層干化器的污泥進口設(shè)置氣動刀閘閥，該刀閘閥與進料泵、給料螺旋、薄層干化器的安全保護等設(shè)備及檢測儀表的邏輯控制參數(shù)互為連鎖。
薄層干化器本體型號(NDS—5000S)，單機凈重為33 000 kg，設(shè)備凈尺寸為Φ1 800×15 180，水平布置安裝，進入薄層干化器的污泥被轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中均勻的分布于干化器熱壁表面，轉(zhuǎn)子上的槳葉對熱壁表面的污泥反復(fù)返混的同時，并向前輸送到污泥的出口，過程中污泥中的水分被蒸發(fā)。自薄層干化后的半干污泥顆粒通過污泥輸送機輸送至線性干化器(根據(jù)污泥產(chǎn)品含水率的需求啟用)，隨后進入污泥冷卻器，污泥產(chǎn)品被冷卻器內(nèi)流動的空氣和殼體、轉(zhuǎn)軸內(nèi)流動的冷卻水所冷卻，含水率由80%減至35%(該35%的污泥含水率為薄層干化器單機設(shè)備的工藝控制上限)。
自薄層干化器內(nèi)排出的載氣含有較多的水蒸汽、粉塵和一定量的揮發(fā)性氣體(主要是H2S和NH3),如果直接排放，會對環(huán)境造成一定程度的污染，因此本工程考慮了載氣收集系統(tǒng)和冷凝器和除霧器，除去尾氣中的粉塵及水蒸汽，該尾氣在轉(zhuǎn)筒內(nèi)與污泥運動方向相反，由污泥上方的廢氣管口排出口進入冷凝器，在冷凝器中洗滌降溫，水份從蒸發(fā)尾氣中冷凝下來，利用間接換熱的方式，通過板式換熱器和冷卻塔對噴淋水進行撤熱，達到節(jié)約用水、減少污水排放的目的，不凝氣體(少量的蒸汽、N2、空氣、污泥揮發(fā)物)經(jīng)過除霧器，最后通過尾氣引風(fēng)機排出干化系統(tǒng)至除臭裝置。工藝流程示意圖見圖1。
熱源需求確定為蒸汽，取自工程實施地點就近已建成的熱力覆蓋管網(wǎng)，蒸汽供應(yīng)條件為蒸汽壓力為1.0 MPa、蒸汽溫度為180 ℃、蒸汽供應(yīng)量為2.5 t/h。
圖1干化工藝流程示意圖
2.2薄層干化工藝主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)
本工程按照需求，確定了單套污泥干化系統(tǒng)的污泥處理量為2.5 t/h(按含水率80%計)，出泥含水率為35%。單臺薄層干化器日處理污泥量為60 t/d(按含水率80%計)，單臺薄層干化器的額定蒸發(fā)量為1.731 t/h，單臺薄層干化器的換熱面積為50 m2,，污泥進口含水率為80%，污泥出口含水率為35%。薄層干化器熱源為飽和蒸汽，蒸汽供應(yīng)品質(zhì)進口參數(shù)：蒸汽溫度為180 ℃、蒸汽壓力為1.0 MPa，單臺薄層干化器蒸汽耗量為2.33 t/h，薄層干化器配置數(shù)量2臺，一備一用。
180 ℃的飽和蒸汽經(jīng)承壓管道輸送至線性干化機內(nèi)，作為熱源間接加熱半干污泥，半干污泥中的水份在線性干化器內(nèi)被進一步蒸發(fā)，根據(jù)污泥產(chǎn)品的實際需求(啟停)，最終污泥可達到10%的含水率后去往產(chǎn)品冷卻器。
線性干化器處理量為0.769 t/h(含水率35%)，額定蒸發(fā)量為0.214 t/h，換熱面積為50 m2,，線性干化器污泥進口含水率為35%，污泥出口含水率為10%，線性干化器蒸汽品質(zhì)進口參數(shù)：蒸汽溫度為180 ℃、蒸汽壓力為1.0 MPa，單臺線性干化器的蒸汽耗量為0.253 t/h，數(shù)量配置1臺。
載氣冷凝器設(shè)備型式為直噴混合式冷凝器，進氣量為3 500 Nm3/h，冷凝器進口氣體溫度為95~110 ℃，冷凝器出口氣量為90~180 Nm3/h，出口氣體溫度為55 ℃。
載氣引風(fēng)機設(shè)備型式為高壓離心風(fēng)機，最大引風(fēng)量為400 Nm3/h，風(fēng)壓為4.8 kPa，載氣介質(zhì)的物理參數(shù)：溫度為45 ℃，濕度為80%~100%的濕空氣惡臭氣體混合物，單套干化系統(tǒng)配置1臺。
產(chǎn)品冷卻器處理量為1.8 t/h，污泥進口溫度為110 ℃，污泥出口溫度≤45 ℃，換熱面積為20 m2，數(shù)量1臺。
2.3 薄層干化器調(diào)試過程中的經(jīng)濟能耗分析
該薄層干化工藝系統(tǒng)經(jīng)過近半個月的單機調(diào)試和通泥負(fù)荷調(diào)試結(jié)果如下。
本工程單臺薄層干化器設(shè)計配置處理能力為60 t/d，目前調(diào)試期平均處理濕污泥為50 t/d(含水率按79%計)，已達到污泥濕基設(shè)計處理規(guī)模的83%，亦達到污泥干基設(shè)計處理規(guī)模的87.5%;
薄層干化器產(chǎn)出的半干污泥平均含水率為36%，最后再經(jīng)過線性干化器后出口的半干污泥含水率為36%，基本符合設(shè)計產(chǎn)品目標(biāo)值(35%);
經(jīng)過污泥干化車間的外來飽和蒸汽儀表計量,消耗飽和蒸汽為25 t/d，理論蒸汽汽化潛熱日總熱耗為25 t×1 000×2 014.8 kJ/kg÷4.184 kJ =1.203 871 9×107 kcal/d，該干化系統(tǒng)日平均蒸發(fā)總水量為(50 t ×0.79)-[50 t ×(1-0.79)]÷(1-0.36)×1 000=23 875 kg/d，那么污泥干化系統(tǒng)的單位熱耗為1.203 871 9×107÷23 875=504 kcal/kg蒸發(fā)水;因污泥干化系統(tǒng)受制于濕污泥含水率高低的變化、外來蒸汽品質(zhì)的高低、以及半干污泥產(chǎn)品輸送設(shè)備對顆粒度的特性要求等因素，需要在今后長期的試運行中優(yōu)化各種變量值，以總結(jié)本系統(tǒng)最佳的運行工況和經(jīng)濟能耗指標(biāo)。
3 薄層干化系統(tǒng)設(shè)備的加工結(jié)構(gòu)特征
3.1 薄層干化器本體
薄層干化器的設(shè)備結(jié)構(gòu)構(gòu)成組件：帶加熱層的圓筒型殼體、殼體內(nèi)轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子的驅(qū)動裝置：電機+減速箱。薄層干化器設(shè)備示意如圖2所示。
圖2 薄層干化器設(shè)備示意圖
污泥干化器殼體是由鍋爐鋼加工制造的容器，熱媒通過殼體對污泥層間接加熱，內(nèi)殼根據(jù)污泥的性質(zhì)和含沙量，干化器的內(nèi)殼采用內(nèi)殼耐磨高強結(jié)構(gòu)鋼(Naxtra–700)的P265GH耐高溫鍋爐結(jié)構(gòu)鋼覆層或特殊高溫處理的耐磨涂層。其他與污泥接觸部分，如轉(zhuǎn)子和葉片選用不銹鋼316 L、外殼為P265GH耐高溫鍋爐結(jié)構(gòu)鋼。
轉(zhuǎn)子裝有作為涂層、混合和推進用的葉片，葉片與內(nèi)殼間距為5~10 mm，可對加熱表面進行自清潔，葉片可以進行單獨的調(diào)節(jié)和拆卸。
驅(qū)動裝置：(電機+減速箱)可選擇變頻或定速電機、可選擇皮帶減速機或齒輪箱、可直聯(lián)或采用聯(lián)軸器連接，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速可控在100 r/min，轉(zhuǎn)子外緣線速度可控制在10 m/S、污泥停留時間為10~15 min。
3.2 線性干化器本體
線性干化器采用U形螺旋輸送機型式，傳輸槳葉特殊設(shè)計加工，避免了對污泥顆粒的擠壓和切割，線性干化機的殼體和轉(zhuǎn)軸為加熱部件，殼體的外殼可拆卸。除加熱部件外，與污泥接觸部分采用不銹鋼316 L或同等材質(zhì)，其他部件采用碳鋼，即線性干化器材質(zhì)為SS304+CS。線性干化器設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖3所示。
圖3 線性干化器設(shè)備結(jié)構(gòu)圖
3.3 冷凝器
載氣冷凝器的作用是洗滌來自污泥干化器的尾氣，使氣體中的可凝氣體冷凝。設(shè)備的結(jié)構(gòu)型式為直接噴淋式冷凝器，加工材質(zhì)為SS304，冷凝器的設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖4所示。
圖4 冷凝器的設(shè)備結(jié)構(gòu)圖
3.4產(chǎn)品冷卻器本體
產(chǎn)品冷卻器的作用是將110 ℃的半干污泥降低至45 ℃左右，換熱面積為21 m2，功率為4 kW。其主要加工制造材質(zhì)為SS304+CS。產(chǎn)品冷卻器設(shè)備結(jié)構(gòu)示意如圖5所示。
圖5 冷卻器設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖
4 污泥薄層干化工藝的技術(shù)特點
結(jié)合污泥干化焚燒領(lǐng)域不同技術(shù)流派的工藝系統(tǒng)設(shè)備運行經(jīng)驗，污泥薄層干化工藝的技術(shù)特點如下。
4.1 集成簡約
輔助設(shè)備數(shù)量配置少，操作控制簡單;干化無需返混，污泥直接躍過“塑性階段”(污泥粘滯區(qū));尾氣產(chǎn)生量相對偏少，尾氣處理工藝簡單。
4.2 運行經(jīng)濟
能耗相對偏低，恒定的高蒸發(fā)效率;可實現(xiàn)熱媒的回收循環(huán)利用;持久耐用;維護成本低;低監(jiān)控需求。
4.3 操作靈活
適用于不同類型的糊狀污泥干化;可生產(chǎn)出任一含水率的均一產(chǎn)品污泥顆粒;固體負(fù)荷低、啟停方便、排空時間短。
4.4 安全環(huán)保
具有N2、蒸汽、火檢自撲等多方位惰性化設(shè)計;負(fù)壓封閉系統(tǒng)，低氧運行，無臭氣、粉塵泄露，降低了粉塵爆炸的可能性。
5 污泥薄層干化技術(shù)推廣與展望
污泥干化工藝作為污泥焚燒終極處置的中間環(huán)節(jié)，對于提高焚燒處置的可操作性、以及有效控制焚燒處置設(shè)施建設(shè)投資具有重要的意義。
結(jié)合國內(nèi)已經(jīng)成功投運的中石油新疆獨山子石化乙烯污泥處置項目、成都第一城市污水處理廠污泥處置項目、重慶唐家沱污水處理廠污泥處置項目、重慶雞冠石污泥處置項目、蘇州工業(yè)園污泥處置項目、天津津南污泥處置項目、神華新疆煤基新材料污泥處置項目、哈爾濱石化污泥處置項目、寧波華清環(huán)保技術(shù)有限公司污泥處置工程等以污泥薄層干化工藝技術(shù)的工程案例運行調(diào)研結(jié)果分析表明，以飽和蒸汽為熱媒，以飽和蒸汽惰性化，無過熱、短平快、尾氣少且一次開路排出、徹底避免了干化過程工藝氣體中烴類物質(zhì)的富集，具有運行中穩(wěn)定可靠、安全環(huán)保等特點;不僅適用于石油、化工領(lǐng)域的危廢污泥處理處置，同時薄層干化技術(shù)在市政污泥處理處置方面具亦有較好的借鑒推廣意義;面對國內(nèi)市政污泥處置嚴(yán)峻的形勢下，為有效解決出路問題、擬實現(xiàn)最大程度的減量化、為降低污泥處置成本等工程化的有益實踐、和實現(xiàn)泥水共治的主題，亦有較高的參考意義。
來源:凈水技術(shù) 作者:汪喜生等
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