污泥薄層干化工藝的工程實(shí)踐

　　伴隨著我經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(shí)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(guó)家住建部和國(guó)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(guó)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(diǎn)，所以需綜合考慮其安全性、技術(shù)適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)適應(yīng)性、應(yīng)用推廣情況，結(jié)合國(guó)內(nèi)已經(jīng)投運(yùn)的污泥干化所應(yīng)用的干化工藝設(shè)備類型，對(duì)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(jìn)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(yùn)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(dòng)的轉(zhuǎn)子、以及轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)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(gè)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(gè)加熱區(qū)域，并可以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)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(duì)污泥處理的過程及物料運(yùn)動(dòng)描述

　　污泥薄層干化器整機(jī)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(dòng)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(gè)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(jìn)泥端和出泥端，筒體進(jìn)泥端的每列上安裝4個(gè)攤開刮刀葉片，與列線呈45°角安裝，這樣安裝的目的是實(shí)現(xiàn)污泥進(jìn)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(jì)共72片;出泥端的每列上安裝2個(gè)端蓋攤開刮刀葉片，與進(jìn)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(shí)的慣性力達(dá)到重力自由出料的功能，合計(jì)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(jì)720片。

　　其不同類型的葉片從功能上綜合實(shí)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(jìn)入后，立刻被不停轉(zhuǎn)動(dòng)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(duì)熱壁表面分布的濕污泥薄層進(jìn)行不斷翻滾的同時(shí)，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(dòng)，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(yùn)動(dòng)到薄層干化器另一端的污泥出口處，薄層干化器的軸向長(zhǎng)度尺寸既為進(jìn)料端到出料端的水平沿程線，完成了污泥在整個(gè)臥式圓筒薄層干化器內(nèi)的進(jìn)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(shí)間為10~15 min，可實(shí)現(xiàn)快速的啟停和排空，對(duì)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(jìn)料的污泥含水率為75%~85%(按80%計(jì))，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(jí)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(yùn)動(dòng)，由污泥進(jìn)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(jī)排出干化系統(tǒng)，薄層干化器的工藝廢氣量相對(duì)較少，通常僅為系統(tǒng)蒸發(fā)量的5%~10%，廢氣引風(fēng)機(jī)使整個(gè)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(cāng)+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(jī)+除臭裝置。

　　污泥接收倉(cāng)內(nèi)的污泥由污泥螺桿泵直接送入薄層干化器進(jìn)行干燥處理，薄層干化器的污泥進(jìn)口設(shè)置氣動(dòng)刀閘閥，該刀閘閥與進(jìn)料泵、給料螺旋、薄層干化器的安全保護(hù)等設(shè)備及檢測(cè)儀表的邏輯控制參數(shù)互為連鎖。

　　薄層干化器本體型號(hào)(NDS—5000S)，單機(jī)凈重為33 000 kg，設(shè)備凈尺寸為Φ1 800×15 180，水平布置安裝，進(jìn)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(duì)熱壁表面的污泥反復(fù)返混的同時(shí)，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(jī)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(jìn)入污泥冷卻器，污泥產(chǎn)品被冷卻器內(nèi)流動(dòng)的空氣和殼體、轉(zhuǎn)軸內(nèi)流動(dòng)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(jī)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(huì)對(duì)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(yùn)動(dòng)方向相反，由污泥上方的廢氣管口排出口進(jìn)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(duì)噴淋水進(jìn)行撤熱，達(dá)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(jī)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(shí)施地點(diǎn)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(jì))，出泥含水率為35%。單臺(tái)薄層干化器日處理污泥量為60 t/d(按含水率80%計(jì))，單臺(tái)薄層干化器的額定蒸發(fā)量為1.731 t/h，單臺(tái)薄層干化器的換熱面積為50 m2,，污泥進(jìn)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(jìn)口參數(shù)：蒸汽溫度為180 ℃、蒸汽壓力為1.0 MPa，單臺(tái)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(tái)，一備一用。

　　180 ℃的飽和蒸汽經(jīng)承壓管道輸送至線性干化機(jī)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(jìn)一步蒸發(fā)，根據(jù)污泥產(chǎn)品的實(shí)際需求(啟停)，最終污泥可達(dá)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(jìn)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(jìn)口參數(shù)：蒸汽溫度為180 ℃、蒸汽壓力為1.0 MPa，單臺(tái)線性干化器的蒸汽耗量為0.253 t/h，數(shù)量配置1臺(tái)。

　　載氣冷凝器設(shè)備型式為直噴混合式冷凝器，進(jìn)氣量為3 500 Nm3/h，冷凝器進(jìn)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(jī)設(shè)備型式為高壓離心風(fēng)機(jī)，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(tái)。

　　產(chǎn)品冷卻器處理量為1.8 t/h，污泥進(jìn)口溫度為110 ℃，污泥出口溫度≤45 ℃，換熱面積為20 m2，數(shù)量1臺(tái)。

　　2.3 薄層干化器調(diào)試過程中的經(jīng)濟(jì)能耗分析

　　該薄層干化工藝系統(tǒng)經(jīng)過近半個(gè)月的單機(jī)調(diào)試和通泥負(fù)荷調(diào)試結(jié)果如下。

　　本工程單臺(tái)薄層干化器設(shè)計(jì)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(jì))，已達(dá)到污泥濕基設(shè)計(jì)處理規(guī)模的83%，亦達(dá)到污泥干基設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(duì)顆粒度的特性要求等因素，需要在今后長(zhǎng)期的試運(yùn)行中優(yōu)化各種變量值，以總結(jié)本系統(tǒng)最佳的運(yùn)行工況和經(jīng)濟(jì)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(dòng)的轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)裝置：電機(jī)+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(duì)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(qiáng)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(jìn)用的葉片，葉片與內(nèi)殼間距為5~10 mm，可對(duì)加熱表面進(jìn)行自清潔，葉片可以進(jìn)行單獨(dú)的調(diào)節(jié)和拆卸。

　　驅(qū)動(dòng)裝置：(電機(jī)+減速箱)可選擇變頻或定速電機(jī)、可選擇皮帶減速機(jī)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(shí)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(jī)型式，傳輸槳葉特殊設(shè)計(jì)加工，避免了對(duì)污泥顆粒的擠壓和切割，線性干化機(jī)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(diǎn)

　　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(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，污泥薄層干化工藝的技術(shù)特點(diǎn)如下。

　　4.1 集成簡(jiǎn)約

　　輔助設(shè)備數(shù)量配置少，操作控制簡(jiǎn)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(duì)偏少，尾氣處理工藝簡(jiǎn)單。

　　4.2 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)

　　能耗相對(duì)偏低，恒定的高蒸發(fā)效率;可實(shí)現(xiàn)熱媒的回收循環(huán)利用;持久耐用;維護(hù)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(shí)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(jì);負(fù)壓封閉系統(tǒng)，低氧運(yùn)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(duì)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(guó)內(nèi)已經(jīng)成功投運(yùn)的中石油新疆獨(dú)山子石化乙烯污泥處置項(xiàng)目、成都第一城市污水處理廠污泥處置項(xiàng)目、重慶唐家沱污水處理廠污泥處置項(xiàng)目、重慶雞冠石污泥處置項(xiàng)目、蘇州工業(yè)園污泥處置項(xiàng)目、天津津南污泥處置項(xiàng)目、神華新疆煤基新材料污泥處置項(xiàng)目、哈爾濱石化污泥處置項(xiàng)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(yùn)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(yùn)行中穩(wěn)定可靠、安全環(huán)保等特點(diǎn);不僅適用于石油、化工領(lǐng)域的危廢污泥處理處置，同時(shí)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(duì)國(guó)內(nèi)市政污泥處置嚴(yán)峻的形勢(shì)下，為有效解決出路問題、擬實(shí)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(shí)踐、和實(shí)現(xiàn)泥水共治的主題，亦有較高的參考意義。