節(jié)能型污泥干燥工藝與設(shè)備的開發(fā)和應(yīng)用*

司歡歡 郭 輝 趙 旭 岳永飛 王仕君

(天華化工機械及自動化研究設(shè)計院有限公司)

節(jié)能型污泥干燥工藝與設(shè)備的開發(fā)和應(yīng)用*

司歡歡 郭 輝 趙 旭 岳永飛 王仕君

(天華化工機械及自動化研究設(shè)計院有限公司)

介紹了一種新型自惰式閉路循環(huán)污泥干燥工藝，與開路污泥干燥工藝相比，具有廢氣廢水排量少、熱量利用率高及操作安全等優(yōu)點?；诖斯に囋O(shè)計開發(fā)了專用型污泥干燥設(shè)備——圓盤干燥機，實現(xiàn)了污泥處理的大型化，經(jīng)濟效益顯著。

圓盤干燥機 自惰式閉路循環(huán)污泥干燥工藝 經(jīng)濟效益分析

污泥是污水處理后的副產(chǎn)物，是一種由有機殘片、細菌菌體、無機顆粒、膠體、有害重金屬及病原微生物等組成的固體廢棄物[1]，通常占污水總量的0.5%～1.0%。

焚燒技術(shù)是實現(xiàn)污泥減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化處置的最常用技術(shù)[2]。但是將濕污泥直接焚燒易產(chǎn)生大量尾氣，污染嚴重，且能耗大[3,4]。因此，污泥干燥成為污泥焚燒處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[5,6]?，F(xiàn)有的污泥干燥工藝大都采用空氣開路干燥流程[7]，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、二次污染嚴重及能源利用率低等缺點。為此，筆者開發(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，以達到提高污泥干燥技術(shù)水平、實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的。

1 工藝簡介

1.1 開路干燥工藝

開路干燥工藝流程如圖1所示。利用螺桿泵將料倉中的濕污泥輸送至干燥機中。飽和蒸汽均勻分配到干燥機熱軸和夾套中，以間接加熱濕污泥，干燥后的污泥由卸料閥排出。蒸汽凝液進入凝液罐后經(jīng)熱水泵排出。干燥機蒸發(fā)污泥產(chǎn)生的尾氣(水蒸氣和不凝氣)經(jīng)冷凝器除濕后，不凝氣由引風機排出，冷凝液由污水泵排入廢水處理單元。

圖1 開路干燥工藝流程

1.2 自惰式閉路循環(huán)干燥工藝

自惰式閉路循環(huán)干燥工藝流程如圖2所示。濕污泥通過螺桿泵送至干燥機，利用干燥機熱軸和夾套中的飽和蒸汽間接加熱污泥，污泥干燥后經(jīng)卸料閥排出。尾氣經(jīng)旋風除塵器除去固體顆粒后進入文丘里進行急冷，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)泵進入換熱器進行加熱，升溫后的不凝氣經(jīng)循環(huán)風機分成兩路，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。

圖2 自惰式閉路循環(huán)干燥工藝流程

1.3 自惰式閉路循環(huán)干燥工藝特點

干燥機內(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充空氣。干燥機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，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，導致能源浪費。為了利用這部分低溫熱量，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，實現(xiàn)熱能的高效利用。

自惰式閉路循環(huán)干燥工藝中，干燥機載體出口負壓可調(diào)，操作彈性大，同時，從外界補充氮氣可以控制循環(huán)載氣中的含氧量，因此該工藝極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

針對污泥處理量大、二次污染嚴重的特點，筆者基于自惰式閉路循環(huán)干燥工藝，開發(fā)了一個大型專用污泥干燥設(shè)備——圓盤干燥機[8]。圓盤干燥機(圖3)主要由機身、熱軸、傳動系統(tǒng)及旋轉(zhuǎn)接頭等組成[9]。

圖3 圓盤干燥機結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 創(chuàng)新點

熱軸結(jié)構(gòu)。熱軸(圖4)由圓盤葉片(圖5)和轉(zhuǎn)動軸組成，數(shù)十片圓盤焊接在轉(zhuǎn)動軸上，與轉(zhuǎn)動軸一起轉(zhuǎn)動?？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半葉片直接對接、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可以減小應(yīng)力集中。

圖4 熱軸結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 圓盤葉片結(jié)構(gòu)示意圖

利用內(nèi)抄板實現(xiàn)攪拌和推料功能。圓盤外緣安裝有特殊的抄板，每個圓盤上設(shè)置4個呈90°角分布的抄板，其中3個斜抄板垂直于安裝面，并與軸中心線呈一定夾角，另一個抄板垂直于安裝面，并與軸中心線平行。每個軸相鄰圓盤上的抄板的位置不同，這是因為軸圓盤上的斜抄板從進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，實現(xiàn)自清理功能。每兩個圓盤之間裝有刮刀(圖6)，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排出，實現(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，在兩個盤面之間易發(fā)生粘壁現(xiàn)象，而利用刮刀可以及時清理粘在盤面上的污泥，提高傳熱效率。

圖6 刮刀結(jié)構(gòu)示意圖

料位的可調(diào)性。通過外置溢流板高度調(diào)節(jié)機構(gòu)(圖7)來調(diào)節(jié)料位、改變污泥在干燥機內(nèi)的停留時間，可以獲得不同干燥程度的污泥。

圖7 溢流板高度調(diào)節(jié)機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 特點

圓盤干燥機的優(yōu)勢有以下3點：

a.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量和排出氣體的濕含量決定。干燥過程的排風主要是水蒸氣和少量載氣，其排風量僅為熱風型干燥排風量的八分之一，而且排出氣體主要為水蒸氣，所夾帶的物料極易回收。

b.能耗低，操作費用低。圓盤干燥機的熱效率高達85%，操作費用僅為氣流干燥、旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥等熱風型干燥器的30%。

c.傳熱面積大，傳熱系數(shù)高。熱軸上的圓盤和轉(zhuǎn)動軸是主要加熱面，其換熱面積占總換熱面積的80%以上。操作料位高于轉(zhuǎn)動軸，物料始終與圓盤的下半盤面接觸，干燥停留時間長，傳熱系數(shù)高，污泥處理量大。

3 應(yīng)用效果分析

3.1 經(jīng)濟性分析

將330m2圓盤干燥機分別應(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，進行經(jīng)濟性分析，結(jié)果見表1?？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。

表1 經(jīng)濟性分析

3.2 效益分析

根據(jù)表1進行公用工程消耗計算，得到的效益分析結(jié)果見表2。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)濟效益顯著。

表2 效益分析

注：效益分析表中未考慮廢氣處理費用等。

4 結(jié)束語

污泥干燥是污泥循環(huán)經(jīng)濟性利用的關(guān)鍵，為此筆者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)濟效益好等優(yōu)點，因此具有廣闊的應(yīng)用前景?；谠摴に嚕P者設(shè)計并開發(fā)了一個大型圓盤干燥機，實現(xiàn)了污泥處理的大型化，提高了我國污泥干燥技術(shù)水平，同時滿足了節(jié)能環(huán)保的要求。

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司歡歡(1985-)，工程師，從事干燥技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用的研究，sihuan510@163.com。

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0254-6094(2017)04-0456-05

2016-11-23，

2017-03-02)