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污泥烘干机污泥热干化技术

发布时间:2017-03-15 18:06:31  点击量:

污泥热干化技术
污泥干化就是污泥中水分蒸发的过程,主要包括热干化、太阳能干化、微波加热干化、超声波干化及生物干化等,其中应用最广泛最成熟的是污泥热干化技术污泥热干化根据热介质与污泥接触方式可分为直接热干化、间接热干化和直接— 间接联合热干化技术。



 

污泥热干化技术适应性分析

污泥热干化作为污泥处理的主要手段之一,在国外已有近百年发展历史。 污泥热干化技术工艺类型众多,安全性、稳定性以及成本问题突出,因此选择合理的工艺路线,安全、稳定、低成本和大规模地处理污泥,是污泥干化亟需解决的问题。 下文主要从能耗、安全性、环境友好性以及灵活性 4 个方面分析污泥热干化技术的适应性。

1、能耗分析
干化能源的消耗是干化工艺最重要的技术指标,一般占干化系统运行成本 80% 以上, 包括热能和电能两部分,通常是以每 kg 水蒸发量的热能消耗和电能消耗来衡量。

( 1 )热能消耗

热能消耗主要包括污泥升温和水分汽化所需理论热量(约 2 595 kJ/L )及干化系统的热能损失,占干化总成本的 60% 。 影响热能损失因素: ① 热源类型、传输、储存以及利用条件。 ② 污泥粒度、粘度、初始含水率、最终含水率以及热介质的加热和冷凝。 如采用干泥返混工艺,污泥反复加热和冷却,造成热能大量损失。 ③ 工艺类型及干化效率。间接加热方式在污泥含水率高时干化效率较高,而将最后20%~30% 水分去除,则比较困难;直接加热方式对含水率小于 50% 的污泥干化效率较高。
( 2 )电能消耗
电能消耗指干化系统支出的所有电能, 包括干化系统、湿泥和干泥转运仓储系统、工艺水系统、热源制热及工质循环系统, 安全控制及照明系统等, 占干化总成本的20% 左右。

2、安全性分析

污泥干化过程中污泥自燃和设备爆 炸等安全事故时有发生,安全性成为干化最重要的问题之一。 早在 1994 年欧盟就颁布了《潜在爆 炸危险安全标准》 [ATEX95(94/9/EC)和 ATEX137(1999/92/EC)] [15 , [16] ,并于 2003 年起在欧盟强制实施。 污泥干化安全性问题存在于整个干化过程,其安全要素主要有粉尘浓度、含氧量、点燃能量及含湿量。
( 1 )粉尘浓度
在污泥干化过程中,污泥输送、混合、筛分、粉碎、储存等操作都会产生大量粉尘,粉尘粒径越小,比表面积越大,越易点燃, 爆 炸越强烈。 粉尘浓度通常是以粒径小于150μm 的粉尘为判断标准,一般认为污泥的粉尘爆 炸浓度下限在 60 g/m 3 以内,并受氧气含量、含湿量及粉尘性质等因素影响。 不同干化工艺粉尘浓度差别很大,同一工艺不同位置的粉尘浓度也不同,此外干泥返混工艺会大大增加粉尘量。
( 2 )含氧量

在一定粉尘浓度、 点燃能量和不同类型保护性气体( 氮气、二氧化碳、蒸汽等 ) 下,能够引起燃烧的最 低氧含量(LOC) 分别为 5% , 6% , 10% 左右 [17] 。 LOC 还与粉尘的浓度和温度、含湿量、粉尘性质等因素的影响有关,一般要求氧含量低于 12% 。 由于粉尘最 低点燃能量小,且绝大多数工艺无法对粉尘浓度做进一步降低,因此降低干化系统中氧含量成为避开风险的主要手段。 通常采用气体惰性化来降低干化系统内氧含量,惰性化气体按惰性化效率由高到低为蒸汽、二氧化碳、氮气、烟气 4 种。

( 3 )点燃能量
干化系统内粉尘达到足够浓度, 并满足含氧量条件时,粉尘还需一定的点燃能量才能点燃。 污泥粉尘点燃能量很低,从几毫焦到几百毫焦不等,任何小的摩擦火花、静电火花、 机械碰撞以及电火花等都有可能提供点火能量。点燃能量还与粉尘浓度和含氧量有关。 通常干化系统温度大于 85 ℃ ,此时点燃能量低至 100 mJ 左右,因此认为只要满足粉尘浓度和氧含量条件,该点燃能量始终存在且难以消除。
( 4 )含湿量
指干化系统中的水分含量,以重量百分比表示。 干化系统含湿量越高,气体惰性化程度升高,污泥所需点燃能量越高,粉尘爆 炸浓度下限和 LOC 也相应提高。 当含湿量达到一定程度时,即使粉尘浓度和氧含量再高,污泥也无法被点燃。 故含湿量成为降低粉尘浓度、 提高点燃能量、降低氧含量,从而提高干化系统安全性的一个重要手段。
 

 
 

3、环境友好性分析
污泥中含有大量有机成分和有害物质,性质极其不稳定,易腐烂,在其热干化过程中,会释放恶臭气体,造成二次污染,根据污泥处理无害化原则,必须妥善处理。 污泥干化尾气成分见表 1 。苯、甲苯、乙苯、二甲苯( BTEX )是污泥干化过程中释放的一类重要污染物,其中苯具有强致癌性,对人体健康
危害极大。 根据污泥干化过程中 BTEX 的释放特征实验研究,大部分 BTEX 在干化温度高于 150 ℃ 时开始释放,并随干化温度升高,释放量逐渐增加。 因此,适宜的干化工艺,合理的干化温度,可减少污泥有害物质的释放。 如直接加热干化技术采用气体循环回用设计,间接加热干化技术。
表 1 污泥干化尾气成分

表 2 热干化技术适应性比较

 

 4、灵活性分析
污泥干化技术的灵活性是指干化技术在高效、稳定地满足干化产品含水率的前提下,适应污泥的泥质、初始含水率波动的性能。
( 1 )污泥泥质及初始含水率
污泥按其来源分为市政污泥、工业污泥、给水污泥、河湖淤泥等。 污泥来源不同,污泥初始含水率及污泥粒度、粘度和污泥特殊性质(腐蚀性、磨蚀性、毒害性、油脂含量等)等差别较大,对干化工艺和设备的长期、稳定和安全运行有较大影响。 如部分干化技术无法直接干化机械脱水的污泥,需采用干泥返混将含水率降到 50% 左右后,再进入干化机进一步干化。
( 2 )干化产品含水率
污泥干化仅是污泥资源化利用的第 一步,而干化污泥含水率应根据干化产品后续处置和利用的需求而定。 如污泥堆肥、焚烧、土地利用、建材利用等对污泥含水率都有一定要求且不尽相同,应根据“以处置定干化”的原则,合理选择污泥干化工艺。

 

 常用污泥热干化技术适应性比较
根据污泥热干化技术能耗、安全性、环境友好性和灵活性的特点对常用 5 种干化技术适应性进行比较。
直接热干化工艺具有传质传热速率高、 干化效率高、处理效果好等特点,但其能耗较高,尾气和废水处理量大,工艺复杂,投资和运行成本过高,适用于经济发达地区。间接干化与直接干化相比, 其能耗和环保性能优势明显,能耗及废气、废水处理成本较低,更适用于经济欠发达地区。但考虑运行成本,无论哪种干化工艺都应优先选择附近可利用的余热、废热,如热电厂和焚烧站的烟气。
未来发展趋势及建议
2010 年 11 月 26 日,环保部颁发了《关于加强城镇污水处理厂污泥污染防治工作的通知》, 明确要求污水厂“水”、“泥”同步并行处理,这必将为我国污泥处理发展带来巨大契机。 根据污泥处理处置减量化、稳定化、无害化、资源化原则,污泥热干化后进行资源化利用是比较理想的处理方法,具有良好的发展前景。根据污泥热干化技术的适应性特点合理选择干化技术类型,优化干化工艺,发展适合中国国情、适应中国市场的干化技术是未来急需解决的首要问题。转盘式干化技术因其适应性强的特点,建议作为我国未来污泥热干化的主导工艺,并从扩大处理规模、优化热源、减少工艺步骤、提高系统安全性,避免二次污染等方面进行改良、优化,使之更好地满足我国污泥处理的发展需求。
最近几年涌现出许多以节能为主的新兴干化技术,如生物干化、水热干化、太阳能干化、微波干化等,或处于试验阶段,或使用条件受限,或无法大规模处理,发展还不成熟,尚无法取代传统的热干化技术,仍将作为主流干化技术的补充。未来我国污泥处理应立足传统热干化技术不断优化的基础上,致力于新技术的开发,推动我国污泥处理事业不断进步,真正实现污泥的资源化利用,变害为利、变废为宝。

 

 热泵干化带式干化机
当前,在全球气候变暖背景下,发展低碳经济, 限制温室气体排放已逐渐成为全球性共识。中国政府明确表示要大力发展低碳经济, 在哥本哈根气候大会前夕,明确公布了碳减排目标,提出了到 2020年实现单位 GDP二氧化碳排放比 2005年下降 40% ~ 45%的目标。污泥干化技术是现阶段污泥资源化处理处置技术的主流技术。在我国研究开发基于新能源与节能技术的污泥处理处置技术,既是治理环境污染,实现环保目标的直接需求,也是国内外作为当前大力开发的,发展低碳经济的一项重要内容,有助于实现我国碳减排的的目标。
目前,我国年废水排放总量超过 400亿吨,每年排放污泥约为 550 ~ 600万吨, 且不断增加。估计到 2020年,我国污泥的产量将会达到 8000t/a,并且随着大城市化和城市集群区域的发展,我国污泥处理最终将走向干燥或焚烧这样的三级处理。降低污泥含水率是解决目前在污泥处理过程中所遇到的许多问题的关键, 是污泥进行资源化(农用、焚烧等 )处理处置利用的前提。
利用热泵除湿回收干燥过程产生的低品位热源的热焓能量,升温后作为热源进行物料干燥 、和脱水等作业, 是 20世纪 80年代发展起来的新型节能干燥技术。目前,该技术已应用于各个领域,如在木材、化工产品 、食品干燥 、蔬菜脱水和污泥粪便干化等方面, 都取得了良好的效果。在发达国家,热泵干燥技术在干燥行业的比例已经占到了 50%。在我国,这一技术所占的比例只有不到 10%。大力发展我国的热泵技术是一个必然趋势。针对污泥和粪便干化问题, 热泵干化技术具有运行费用低和对环境无任何污染的两大优势 。现在欧美 、日本也在开展热泵干燥污泥的研究并有运行中的热泵污泥干化系统。干燥温度是制约热泵干燥设备效率和应用的重要因素。在热泵干燥的制约条件下,进行污泥带式干化机组的设计,是污泥热泵干化系统设计参数优化,提高系统运行效率的重要措施。
在热泵污泥干燥研究中所应用的带式干燥机由若干个独立的单元段所组成:每一段包括循环风机系统 ,热泵干燥加热系统 , 蒸发除湿系统及旁通循环空气与除湿干燥空气混合送风系统 、除湿送风系统 。
我公司经过多年的研发,开发出了低温除湿的热泵污泥烘干机。可充分实现对污泥进行减量、稳定、无害和资源”处理;最终污泥颗粒可做掺烧燃料、焚烧、建筑材料、生物燃料等;适合生活污泥、印染、造纸、电镀、化工、皮革、各类型污泥干化系统。
一种是适用于含水率80%干化到10%(10-50%的含水率,可根据客户需求调),制成条形污泥;一种适用于板框压滤机压后成颗粒状的含水率在60%干化到30%(可根据客户需求调整干化的含水率)的污泥。
两种设备满足不同的客户需求,该设备具有以下特点:
(1)减量大:含水率80%干化至10%(10%-50%,可根据客户需求调),;或从60%干化到30%(10-50%,可根据客户需求调)。
(2)密闭式干燥,无异味排放;
(3)耗电0.25-0.4kw.h/1kg.H2O;
(4)全自动运行,操作维护简单;
(5)75℃以下低温干化,安全;
(6)无机械静电摩擦,无粉尘隐患;
(7)使用寿命15年以上;
(8)出料10%-50%可调;
(9)占地面积小,土建费用少。
永淦热泵污泥烘干机产品性能
1、可充分实现对污泥进行“减量化、稳定化、无害化和资源化”处理,最终污泥颗粒可做肥料、燃料、焚烧、建筑材料、生物燃料、填埋场覆土、土地利用等。
2、采用连续网带干燥模式,适合各类型污泥干化系统(包括含砂量大污泥),使用寿命长。
3、可将含水率80%泥饼干燥成含水10%污泥颗粒;污泥减容量为1/4-1/5,城镇污泥干化后污泥热值可达3000kcal/kg。
4、低温(40-75℃)全封闭干化工艺,无尾气排放,无需臭气处理系统;采用低温干化可充分避免污泥中不同类型的有机物挥发避免恶臭气体的挥发(链状烷烃类和芳香烃类挥发的温度在100-300℃,环烷烃类挥发的温度主要在250-300℃,含氮化合物类、胺类、肟类挥发的温度主要在200-300℃,醇类、醚类、脂肪酮类、酰胺类腈类等的挥发温度均在300℃以上。另外,醛类和苯胺类的挥发温度主要在150℃,脂类的挥发温度在150-250℃)。
5、整个干化过程可都在密闭环境条件下进行,不会有气体排到外界环境中,不会造成二次环境污染;干燥过程无任何污染物排放,干燥车间卫生条件好;选用集中水冷却模式,冷却效果佳,车间工作温度优良。
6、系统运行安全,无爆 炸隐患,无需冲氮运行;污泥干化过程氧气含量<12%,粉尘浓度<60g/m3,颗粒温度<70℃,整个干化过程中无尘(空气流速<2 m/s)。
7、网带传送速度采用变频控制,污泥出料含水率可调(10-30%),满足各类型工艺要求。
8、采用领先的热泵除湿技术,节能40%以上,每1kg.H20消耗电量约0.3~0.4kw.h;传统污泥干化设备1 kg.H20需要消耗1kw.h能量,另外还要消耗电量、冷却水、药剂等;采用低谷错峰用电模式,可节能60%以上。
9、设备占地面积小,安装方便;每蒸发1000kg 水设备占地面积约3.5m2。
10、单条干化线每日处理量可达45吨(80%含水率泥饼),含水率为55%泥饼每日处理量可达140吨,可适合污泥分散或集中处理模式,通过对泥饼干化处理实现减容减量,节约污泥运输费用(根据路途不同每吨污泥运输成本约100元以上)且减少运输途中对环境的污染。
11、采用全自动运行,操作管理方便;干湿球温湿控制、进料量变频控制、成型控制、出料含固率控制、铺料控制、手动控制等。

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