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          污泥烘干機污泥熱干化技術

          發布時間:2017-03-15 18:06:31  點擊量:

          污泥熱干化技術
          污泥干化就是污泥中水分蒸發的過程,主要包括熱干化、太陽能干化、微波加熱干化、超聲波干化及生物干化等,其中應用最廣泛最成熟的是污泥熱干化技術污泥熱干化根據熱介質與污泥接觸方式可分為直接熱干化、間接熱干化和直接— 間接聯合熱干化技術。



           

          污泥熱干化技術適應性分析

          污泥熱干化作為污泥處理的主要手段之一,在國外已有近百年發展歷史。 污泥熱干化技術工藝類型眾多,安全性、穩定性以及成本問題突出,因此選擇合理的工藝路線,安全、穩定、低成本和大規模地處理污泥,是污泥干化亟需解決的問題。 下文主要從能耗、安全性、環境友好性以及靈活性 4 個方面分析污泥熱干化技術的適應性。

          1、能耗分析
          干化能源的消耗是干化工藝最重要的技術指標,一般占干化系統運行成本 80% 以上, 包括熱能和電能兩部分,通常是以每 kg 水蒸發量的熱能消耗和電能消耗來衡量。

          ( 1 )熱能消耗

          熱能消耗主要包括污泥升溫和水分汽化所需理論熱量(約 2 595 kJ/L )及干化系統的熱能損失,占干化總成本的 60% 。 影響熱能損失因素: ① 熱源類型、傳輸、儲存以及利用條件。 ② 污泥粒度、粘度、初始含水率、最終含水率以及熱介質的加熱和冷凝。 如采用干泥返混工藝,污泥反復加熱和冷卻,造成熱能大量損失。 ③ 工藝類型及干化效率。間接加熱方式在污泥含水率高時干化效率較高,而將最后20%~30% 水分去除,則比較困難;直接加熱方式對含水率小于 50% 的污泥干化效率較高。
          ( 2 )電能消耗
          電能消耗指干化系統支出的所有電能, 包括干化系統、濕泥和干泥轉運倉儲系統、工藝水系統、熱源制熱及工質循環系統, 安全控制及照明系統等, 占干化總成本的20% 左右。

          2、安全性分析

          污泥干化過程中污泥自燃和設備爆 炸等安全事故時有發生,安全性成為干化最重要的問題之一。 早在 1994 年歐盟就頒布了《潛在爆 炸危險安全標準》 [ATEX95(94/9/EC)和 ATEX137(1999/92/EC)] [15 , [16] ,并于 2003 年起在歐盟強制實施。 污泥干化安全性問題存在于整個干化過程,其安全要素主要有粉塵濃度、含氧量、點燃能量及含濕量。
          ( 1 )粉塵濃度
          在污泥干化過程中,污泥輸送、混合、篩分、粉碎、儲存等操作都會產生大量粉塵,粉塵粒徑越小,比表面積越大,越易點燃, 爆 炸越強烈。 粉塵濃度通常是以粒徑小于150μm 的粉塵為判斷標準,一般認為污泥的粉塵爆 炸濃度下限在 60 g/m 3 以內,并受氧氣含量、含濕量及粉塵性質等因素影響。 不同干化工藝粉塵濃度差別很大,同一工藝不同位置的粉塵濃度也不同,此外干泥返混工藝會大大增加粉塵量。
          ( 2 )含氧量

          在一定粉塵濃度、 點燃能量和不同類型保護性氣體( 氮氣、二氧化碳、蒸汽等 ) 下,能夠引起燃燒的最 低氧含量(LOC) 分別為 5% , 6% , 10% 左右 [17] 。 LOC 還與粉塵的濃度和溫度、含濕量、粉塵性質等因素的影響有關,一般要求氧含量低于 12% 。 由于粉塵最 低點燃能量小,且絕大多數工藝無法對粉塵濃度做進一步降低,因此降低干化系統中氧含量成為避開風險的主要手段。 通常采用氣體惰性化來降低干化系統內氧含量,惰性化氣體按惰性化效率由高到低為蒸汽、二氧化碳、氮氣、煙氣 4 種。

          ( 3 )點燃能量
          干化系統內粉塵達到足夠濃度, 并滿足含氧量條件時,粉塵還需一定的點燃能量才能點燃。 污泥粉塵點燃能量很低,從幾毫焦到幾百毫焦不等,任何小的摩擦火花、靜電火花、 機械碰撞以及電火花等都有可能提供點火能量。點燃能量還與粉塵濃度和含氧量有關。 通常干化系統溫度大于 85 ℃ ,此時點燃能量低至 100 mJ 左右,因此認為只要滿足粉塵濃度和氧含量條件,該點燃能量始終存在且難以消除。
          ( 4 )含濕量
          指干化系統中的水分含量,以重量百分比表示。 干化系統含濕量越高,氣體惰性化程度升高,污泥所需點燃能量越高,粉塵爆 炸濃度下限和 LOC 也相應提高。 當含濕量達到一定程度時,即使粉塵濃度和氧含量再高,污泥也無法被點燃。 故含濕量成為降低粉塵濃度、 提高點燃能量、降低氧含量,從而提高干化系統安全性的一個重要手段。
           

           
           

          3、環境友好性分析
          污泥中含有大量有機成分和有害物質,性質極其不穩定,易腐爛,在其熱干化過程中,會釋放惡臭氣體,造成二次污染,根據污泥處理無害化原則,必須妥善處理。 污泥干化尾氣成分見表 1 。苯、甲苯、乙苯、二甲苯( BTEX )是污泥干化過程中釋放的一類重要污染物,其中苯具有強致癌性,對人體健康
          危害極大。 根據污泥干化過程中 BTEX 的釋放特征實驗研究,大部分 BTEX 在干化溫度高于 150 ℃ 時開始釋放,并隨干化溫度升高,釋放量逐漸增加。 因此,適宜的干化工藝,合理的干化溫度,可減少污泥有害物質的釋放。 如直接加熱干化技術采用氣體循環回用設計,間接加熱干化技術。
          表 1 污泥干化尾氣成分

          表 2 熱干化技術適應性比較

           

           4、靈活性分析
          污泥干化技術的靈活性是指干化技術在高效、穩定地滿足干化產品含水率的前提下,適應污泥的泥質、初始含水率波動的性能。
          ( 1 )污泥泥質及初始含水率
          污泥按其來源分為市政污泥、工業污泥、給水污泥、河湖淤泥等。 污泥來源不同,污泥初始含水率及污泥粒度、粘度和污泥特殊性質(腐蝕性、磨蝕性、毒害性、油脂含量等)等差別較大,對干化工藝和設備的長期、穩定和安全運行有較大影響。 如部分干化技術無法直接干化機械脫水的污泥,需采用干泥返混將含水率降到 50% 左右后,再進入干化機進一步干化。
          ( 2 )干化產品含水率
          污泥干化僅是污泥資源化利用的第 一步,而干化污泥含水率應根據干化產品后續處置和利用的需求而定。 如污泥堆肥、焚燒、土地利用、建材利用等對污泥含水率都有一定要求且不盡相同,應根據“以處置定干化”的原則,合理選擇污泥干化工藝。

           

           常用污泥熱干化技術適應性比較
          根據污泥熱干化技術能耗、安全性、環境友好性和靈活性的特點對常用 5 種干化技術適應性進行比較。
          直接熱干化工藝具有傳質傳熱速率高、 干化效率高、處理效果好等特點,但其能耗較高,尾氣和廢水處理量大,工藝復雜,投資和運行成本過高,適用于經濟發達地區。間接干化與直接干化相比, 其能耗和環保性能優勢明顯,能耗及廢氣、廢水處理成本較低,更適用于經濟欠發達地區。但考慮運行成本,無論哪種干化工藝都應優先選擇附近可利用的余熱、廢熱,如熱電廠和焚燒站的煙氣。
          未來發展趨勢及建議
          2010 年 11 月 26 日,環保部頒發了《關于加強城鎮污水處理廠污泥污染防治工作的通知》, 明確要求污水廠“水”、“泥”同步并行處理,這必將為我國污泥處理發展帶來巨大契機。 根據污泥處理處置減量化、穩定化、無害化、資源化原則,污泥熱干化后進行資源化利用是比較理想的處理方法,具有良好的發展前景。根據污泥熱干化技術的適應性特點合理選擇干化技術類型,優化干化工藝,發展適合中國國情、適應中國市場的干化技術是未來急需解決的首要問題。轉盤式干化技術因其適應性強的特點,建議作為我國未來污泥熱干化的主導工藝,并從擴大處理規模、優化熱源、減少工藝步驟、提高系統安全性,避免二次污染等方面進行改良、優化,使之更好地滿足我國污泥處理的發展需求。
          最近幾年涌現出許多以節能為主的新興干化技術,如生物干化、水熱干化、太陽能干化、微波干化等,或處于試驗階段,或使用條件受限,或無法大規模處理,發展還不成熟,尚無法取代傳統的熱干化技術,仍將作為主流干化技術的補充。未來我國污泥處理應立足傳統熱干化技術不斷優化的基礎上,致力于新技術的開發,推動我國污泥處理事業不斷進步,真正實現污泥的資源化利用,變害為利、變廢為寶。

           

           熱泵干化帶式干化機
          當前,在全球氣候變暖背景下,發展低碳經濟, 限制溫室氣體排放已逐漸成為全球性共識。中國政府明確表示要大力發展低碳經濟, 在哥本哈根氣候大會前夕,明確公布了碳減排目標,提出了到 2020年實現單位 GDP二氧化碳排放比 2005年下降 40% ~ 45%的目標。污泥干化技術是現階段污泥資源化處理處置技術的主流技術。在我國研究開發基于新能源與節能技術的污泥處理處置技術,既是治理環境污染,實現環保目標的直接需求,也是國內外作為當前大力開發的,發展低碳經濟的一項重要內容,有助于實現我國碳減排的的目標。
          目前,我國年廢水排放總量超過 400億噸,每年排放污泥約為 550 ~ 600萬噸, 且不斷增加。估計到 2020年,我國污泥的產量將會達到 8000t/a,并且隨著大城市化和城市集群區域的發展,我國污泥處理最終將走向干燥或焚燒這樣的三級處理。降低污泥含水率是解決目前在污泥處理過程中所遇到的許多問題的關鍵, 是污泥進行資源化(農用、焚燒等 )處理處置利用的前提。
          利用熱泵除濕回收干燥過程產生的低品位熱源的熱焓能量,升溫后作為熱源進行物料干燥 、和脫水等作業, 是 20世紀 80年代發展起來的新型節能干燥技術。目前,該技術已應用于各個領域,如在木材、化工產品 、食品干燥 、蔬菜脫水和污泥糞便干化等方面, 都取得了良好的效果。在發達國家,熱泵干燥技術在干燥行業的比例已經占到了 50%。在我國,這一技術所占的比例只有不到 10%。大力發展我國的熱泵技術是一個必然趨勢。針對污泥和糞便干化問題, 熱泵干化技術具有運行費用低和對環境無任何污染的兩大優勢 ?,F在歐美 、日本也在開展熱泵干燥污泥的研究并有運行中的熱泵污泥干化系統。干燥溫度是制約熱泵干燥設備效率和應用的重要因素。在熱泵干燥的制約條件下,進行污泥帶式干化機組的設計,是污泥熱泵干化系統設計參數優化,提高系統運行效率的重要措施。
          在熱泵污泥干燥研究中所應用的帶式干燥機由若干個獨立的單元段所組成:每一段包括循環風機系統 ,熱泵干燥加熱系統 , 蒸發除濕系統及旁通循環空氣與除濕干燥空氣混合送風系統 、除濕送風系統 。
          我公司經過多年的研發,開發出了低溫除濕的熱泵污泥烘干機??沙浞謱崿F對污泥進行減量、穩定、無害和資源”處理;最終污泥顆??勺鰮綗剂?、焚燒、建筑材料、生物燃料等;適合生活污泥、印染、造紙、電鍍、化工、皮革、各類型污泥干化系統。
          一種是適用于含水率80%干化到10%(10-50%的含水率,可根據客戶需求調),制成條形污泥;一種適用于板框壓濾機壓后成顆粒狀的含水率在60%干化到30%(可根據客戶需求調整干化的含水率)的污泥。
          兩種設備滿足不同的客戶需求,該設備具有以下特點:
          (1)減量大:含水率80%干化至10%(10%-50%,可根據客戶需求調),;或從60%干化到30%(10-50%,可根據客戶需求調)。
          (2)密閉式干燥,無異味排放;
          (3)耗電0.25-0.4kw.h/1kg.H2O;
          (4)全自動運行,操作維護簡單;
          (5)75℃以下低溫干化,安全;
          (6)無機械靜電摩擦,無粉塵隱患;
          (7)使用壽命15年以上;
          (8)出料10%-50%可調;
          (9)占地面積小,土建費用少。
          永淦熱泵污泥烘干機產品性能
          1、可充分實現對污泥進行“減量化、穩定化、無害化和資源化”處理,最終污泥顆??勺龇柿?、燃料、焚燒、建筑材料、生物燃料、填埋場覆土、土地利用等。
          2、采用連續網帶干燥模式,適合各類型污泥干化系統(包括含砂量大污泥),使用壽命長。
          3、可將含水率80%泥餅干燥成含水10%污泥顆粒;污泥減容量為1/4-1/5,城鎮污泥干化后污泥熱值可達3000kcal/kg。
          4、低溫(40-75℃)全封閉干化工藝,無尾氣排放,無需臭氣處理系統;采用低溫干化可充分避免污泥中不同類型的有機物揮發避免惡臭氣體的揮發(鏈狀烷烴類和芳香烴類揮發的溫度在100-300℃,環烷烴類揮發的溫度主要在250-300℃,含氮化合物類、胺類、肟類揮發的溫度主要在200-300℃,醇類、醚類、脂肪酮類、酰胺類腈類等的揮發溫度均在300℃以上。另外,醛類和苯胺類的揮發溫度主要在150℃,脂類的揮發溫度在150-250℃)。
          5、整個干化過程可都在密閉環境條件下進行,不會有氣體排到外界環境中,不會造成二次環境污染;干燥過程無任何污染物排放,干燥車間衛生條件好;選用集中水冷卻模式,冷卻效果佳,車間工作溫度優良。
          6、系統運行安全,無爆 炸隱患,無需沖氮運行;污泥干化過程氧氣含量<12%,粉塵濃度<60g/m3,顆粒溫度<70℃,整個干化過程中無塵(空氣流速<2 m/s)。
          7、網帶傳送速度采用變頻控制,污泥出料含水率可調(10-30%),滿足各類型工藝要求。
          8、采用領先的熱泵除濕技術,節能40%以上,每1kg.H20消耗電量約0.3~0.4kw.h;傳統污泥干化設備1 kg.H20需要消耗1kw.h能量,另外還要消耗電量、冷卻水、藥劑等;采用低谷錯峰用電模式,可節能60%以上。
          9、設備占地面積小,安裝方便;每蒸發1000kg 水設備占地面積約3.5m2。
          10、單條干化線每日處理量可達45噸(80%含水率泥餅),含水率為55%泥餅每日處理量可達140噸,可適合污泥分散或集中處理模式,通過對泥餅干化處理實現減容減量,節約污泥運輸費用(根據路途不同每噸污泥運輸成本約100元以上)且減少運輸途中對環境的污染。
          11、采用全自動運行,操作管理方便;干濕球溫濕控制、進料量變頻控制、成型控制、出料含固率控制、鋪料控制、手動控制等。

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