污泥薄層干化工藝的工程實踐

　　伴隨著我經濟的快速發(fā)展和工業(yè)化企業(yè)生產產值的陸續(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，同時也帶來污泥產量的急劇增加，污泥處理處置問題已經成為制約污水處理行業(yè)發(fā)展的瓶頸問題。

　　根據國家住建部和國家發(fā)改委聯合發(fā)布的《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術指南(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得到普遍應用和廣泛推廣，無疑污泥干化焚燒將成為現階段最主要、最理想的技術處置方案之一。

　　根據某公司產生的污泥具有危廢、干化后產品最終需焚燒處置、需要有蒸汽熱源等技術特點，所以需綜合考慮其安全性、技術適應性、經濟適應性、應用推廣情況，結合國內已經投運的污泥干化所應用的干化工藝設備類型，對流化床式、兩段式、薄層式、槳葉式、圓盤式、噴霧式等6種污泥干化工藝設備類型進行比選，結合上述6種干化設備的技術成熟性、系統穩(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備類型。

　　1 薄層干化器的工作原理

　　1.1 薄層干化器的設備構件

　　大體上講，薄層干化器是有帶加熱層的圓筒形殼體、殼體內有轉動的轉子、以及轉子的驅動裝置組成。轉子上安裝有諸多不同形狀和規(guī)格的槳葉，槳葉與轉子之間采用螺栓固定，其裝配方式可以靈活調整,以便于適應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，根據不同的處置需求，可以劃分為多個加熱區(qū)域，并可以實現單獨控制、溫度調整、靈活開關等操作要素。

　　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轉動的轉子均是水平的，轉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子當中的，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，當濕污泥從水平干化器的一端進入后，立刻被不停轉動的轉子連續(xù)分布于熱壁的表面形成物料薄層，轉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，轉子上安裝的帶有導角功能的輸送葉片伴隨著轉子的圓周轉動，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出與轉子的軸向方向水平轉移，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的停留時間為10~15 min，可實現快速的啟停和排空，對設備工藝操作、調整控制非常迅速。

　　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)，自薄層干化器產出的污泥含水率在35%左右，呈現為顆粒狀的半干污泥通過下一級輸送設備輸送至下一單元。薄層干化器工作過程中產生的水蒸汽、逃逸粉塵、惡臭氣體等混合載氣，與筒內污泥逆向運動，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，不凝氣體經過液滴分離，通過廢氣引風機排出干化系統，薄層干化器的工藝廢氣量相對較少，通常僅為系統蒸發(fā)量的5%~10%，廢氣引風機使整個干化系統處于微負壓狀態(tài)，以避免惡臭氣體和粉塵的溢出。

　　2 薄層干化系統的設備選型

　　2.1 薄層干化系統工藝流程

　　污泥介質流程：濕污泥接收倉+污泥輸送泵+薄層干化器+半干污泥輸出設備+線性干化器+產品冷卻器。

　　廢氣介質流程：蒸發(fā)汽(混合汽)+廢汽箱+冷凝器+除霧器+引風機+除臭裝置。

　　污泥接收倉內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備及檢測儀表的邏輯控制參數互為連鎖。

　　薄層干化器本體型號(NDS—5000S)，單機凈重為33 000 kg，設備凈尺寸為Φ1 800×15 180，水平布置安裝，進入薄層干化器的污泥被轉子在旋轉過程中均勻的分布于干化器熱壁表面，轉子上的槳葉對熱壁表面的污泥反復返混的同時，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(根據污泥產品含水率的需求啟用)，隨后進入污泥冷卻器，污泥產品被冷卻器內流動的空氣和殼體、轉軸內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備的工藝控制上限)。

　　自薄層干化器內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，該尾氣在轉筒內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)經過除霧器，最后通過尾氣引風機排出干化系統至除臭裝置。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，蒸汽供應條件為蒸汽壓力為1.0 MPa、蒸汽溫度為180 ℃、蒸汽供應量為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備技術參數

　　本工程按照需求，確定了單套污泥干化系統的污泥處理量為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，蒸汽供應品質進口參數：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，薄層干化器配置數量2臺，一備一用。

　　180 ℃的飽和蒸汽經承壓管道輸送至線性干化機內，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被進一步蒸發(fā)，根據污泥產品的實際需求(啟停)，最終污泥可達到10%的含水率后去往產品冷卻器。

　　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進口參數：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，數量配置1臺。

　　載氣冷凝器設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 ℃。

　　載氣引風機設備型式為高壓離心風機，最大引風量為400 Nm3/h，風壓為4.8 kPa，載氣介質的物理參數：溫度為45 ℃，濕度為80%~100%的濕空氣惡臭氣體混合物，單套干化系統配置1臺。

　　產品冷卻器處理量為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，數量1臺。

　　2.3 薄層干化器調試過程中的經濟能耗分析

　　該薄層干化工藝系統經過近半個月的單機調試和通泥負荷調試結果如下。

　　本工程單臺薄層干化器設計配置處理能力為60 t/d，目前調試期平均處理濕污泥為50 t/d(含水率按79%計)，已達到污泥濕基設計處理規(guī)模的83%，亦達到污泥干基設計處理規(guī)模的87.5%;

　　薄層干化器產出的半干污泥平均含水率為36%，最后再經過線性干化器后出口的半干污泥含水率為36%，基本符合設計產品目標值(35%);

　　經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;因污泥干化系統受制于濕污泥含水率高低的變化、外來蒸汽品質的高低、以及半干污泥產品輸送設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，以總結本系統最佳的運行工況和經濟能耗指標。

　　3 薄層干化系統設備的加工結構特征

　　3.1 薄層干化器本體

　　薄層干化器的設備結構構成組件：帶加熱層的圓筒型殼體、殼體內轉動的轉子、轉子的驅動裝置：電機+減速箱。薄層干化器設備示意如圖2所示。

　　圖2 薄層干化器設備示意圖

　　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，內殼根據污泥的性質和含沙量，干化器的內殼采用內殼耐磨高強結構鋼(Naxtra–700)的P265GH耐高溫鍋爐結構鋼覆層或特殊高溫處理的耐磨涂層。其他與污泥接觸部分，如轉子和葉片選用不銹鋼316 L、外殼為P265GH耐高溫鍋爐結構鋼。

　　轉子裝有作為涂層、混合和推進用的葉片，葉片與內殼間距為5~10 mm，可對加熱表面進行自清潔，葉片可以進行單獨的調節(jié)和拆卸。

　　驅動裝置：(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、可直聯或采用聯軸器連接，轉子轉速可控在100 r/min，轉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，其他部件采用碳鋼，即線性干化器材質為SS304+CS。線性干化器設備結構如圖3所示。

　　圖3 線性干化器設備結構圖

　　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。設備的結構型式為直接噴淋式冷凝器，加工材質為SS304，冷凝器的設備結構如圖4所示。

　　圖4 冷凝器的設備結構圖

　　3.4產品冷卻器本體

　　產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為SS304+CS。產品冷卻器設備結構示意如圖5所示。

　　圖5 冷卻器設備結構示意圖

　　4 污泥薄層干化工藝的技術特點

　　結合污泥干化焚燒領域不同技術流派的工藝系統設備運行經驗，污泥薄層干化工藝的技術特點如下。

　　4.1 集成簡約

　　輔助設備數量配置少，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));尾氣產生量相對偏少，尾氣處理工藝簡單。

　　4.2 運行經濟

　　能耗相對偏低，恒定的高蒸發(fā)效率;可實現熱媒的回收循環(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;可生產出任一含水率的均一產品污泥顆粒;固體負荷低、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計;負壓封閉系統，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施建設投資具有重要的意義。

　　結合國內已經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)保技術有限公司污泥處置工程等以污泥薄層干化工藝技術的工程案例運行調研結果分析表明，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、化工領域的危廢污泥處理處置，同時薄層干化技術在市政污泥處理處置方面具亦有較好的借鑒推廣意義;面對國內市政污泥處置嚴峻的形勢下，為有效解決出路問題、擬實現最大程度的減量化、為降低污泥處置成本等工程化的有益實踐、和實現泥水共治的主題，亦有較高的參考意義。