節能型污泥干燥工藝與設備的開發和應用*

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計院有限公司)

節能型污泥干燥工藝與設備的開發和應用*

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計院有限公司)

介紹了一種新型自惰式閉路循環污泥干燥工藝，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點。基于此工藝設計開發了專用型污泥干燥設備——圓盤干燥機，實現了污泥處理的大型化，經濟效益顯著。

圓盤干燥機 自惰式閉路循環污泥干燥工藝 經濟效益分析

污泥是污水處理后的副產物，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%。

焚燒技術是實現污泥減量化、穩定化、無害化和資源化處置的最常用技術[2]。但是將濕污泥直接焚燒易產生大量尾氣，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鍵環節[5,6]。現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，筆者開發了一種節能型尾氣自惰式循環污泥干燥工藝和專用型污泥干燥設備，以達到提高污泥干燥技術水平、實現節能環保的目的。

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熱水泵排出。干燥機蒸發污泥產生的尾氣(水蒸氣和不凝氣)經冷凝器除濕后，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 自惰式閉路循環干燥工藝

自惰式閉路循環干燥工藝流程如圖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，污泥干燥后經卸料閥排出。尾氣經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。冷卻罐中的廢水經洗滌泵增壓和冷卻器降溫后，大部分被循環利用，少量廢水由側線流至污水處理廠。凝液罐中的蒸汽凝液經泵進入換熱器進行加熱，升溫后的不凝氣經循環風機分成兩路，一路(大部分)作為干燥過程的循環載氣，另一路(少量)通過除臭罐放空。

圖2 自惰式閉路循環干燥工藝流程

1.3 自惰式閉路循環干燥工藝特點

干燥機內蒸發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，不凝氣被循環使用，形成密閉循環體系，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。

干燥污泥產生的尾氣經循環洗滌水噴淋除濕后，尾氣中大部分水蒸氣冷凝成水，冷凝液經冷卻器間接換熱后又作為洗滌水循環使用。利用高濕尾氣自身冷凝產生的洗滌水即可循環噴淋尾氣，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。

自惰式閉路循環干燥工藝中，由于料液不斷釋放不凝氣，系統內氧氣含量被逐漸稀釋，因此消除了干燥系統自燃或爆炸的危險，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載氣，使蒸汽凝液中的部分顯熱轉移到載氣中，實現熱能的高效利用。

自惰式閉路循環干燥工藝中，干燥機載體出口負壓可調，操作彈性大，同時，從外界補充氮氣可以控制循環載氣中的含氧量，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干燥工藝，開發了一個大型專用污泥干燥設備——圓盤干燥機[8]。圓盤干燥機(圖3)主要由機身、熱軸、傳動系統及旋轉接頭等組成[9]。

圖3 圓盤干燥機結構示意圖

2.1 創新點

熱軸結構。熱軸(圖4)由圓盤葉片(圖5)和轉動軸組成，數十片圓盤焊接在轉動軸上，與轉動軸一起轉動。空心圓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力集中。

圖4 熱軸結構示意圖

圖5 圓盤葉片結構示意圖

利用內抄板實現攪拌和推料功能。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推向出口側。

利用內刮刀提高換熱效率，實現自清理功能。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生粘壁現象，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 刮刀結構示意圖

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

圖7 溢流板高度調節機構結構示意圖

2.2 特點

圓盤干燥機的優勢有以下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、旋轉閃蒸干燥等熱風型干燥器的30%。

c.傳熱面積大，傳熱系數高。熱軸上的圓盤和轉動軸是主要加熱面，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，傳熱系數高，污泥處理量大。

3 應用效果分析

3.1 經濟性分析

將330m2圓盤干燥機分別應用于開路污泥干燥和自惰式閉路循環污泥干燥工藝系統中，進行經濟性分析，結果見表1。可以看出，自惰式閉路循環工藝熱量利用率高，尾氣排放量僅為開路工藝的十分之一。

表1 經濟性分析

3.2 效益分析

根據表1進行公用工程消耗計算，得到的效益分析結果見表2。可以看出，采用自惰式閉路循環工藝能夠節約成本，經濟效益顯著。

表2 效益分析

注：效益分析表中未考慮廢氣處理費用等。

4 結束語

污泥干燥是污泥循環經濟性利用的關鍵，為此筆者提出了一種污泥干燥新技術——自惰式閉路循環干燥工藝，該工藝具有廢水廢氣排量少、熱量利用率高及經濟效益好等優點，因此具有廣闊的應用前景。基于該工藝，筆者設計并開發了一個大型圓盤干燥機，實現了污泥處理的大型化，提高了我國污泥干燥技術水平，同時滿足了節能環保的要求。

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[6] 裘伯鋼,趙美紅.淺談污泥干化焚燒處理[J].中國環保產業,2006,(1):38～39.

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

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0254-6094(2017)04-0456-05

2016-11-23，

2017-03-02)