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转盘式干燥机在污泥干化上的应用

论文类型 基础研究 发表日期 2003-03-01
来源 污泥处理处置技术与装备国际研讨会
作者 于尔根·黑斯先生
关键词 转盘式 干燥机 污泥干化上 应用
摘要 于尔根·黑斯先生 1 序言   阿特拉斯-斯多德(AS)公司的转盘式干燥机应用于污泥干化领域已经有20多年了。   早在40年代,由挪威的巴茨先生(Mr.Bartz)发明了这种转盘式干燥机,并获得了专利。这种转盘式干燥机当时最先用于干燥鱼粉。今天这种转盘式干燥机应用很广,除了城市和工 ...

于尔根·黑斯先生

1 序言

  阿特拉斯-斯多德(AS)公司的转盘式干燥机应用于污泥干化领域已经有20多年了。
  早在40年代,由挪威的巴茨先生(Mr.Bartz)发明了这种转盘式干燥机,并获得了专利。这种转盘式干燥机当时最先用于干燥鱼粉。今天这种转盘式干燥机应用很广,除了城市和工业污水厂产生的污泥的干化之外,还用于鱼类加工,肉制品加工,酿酒,以及不同类型的工业产品的干化。

2 转盘式干燥机的构造

  图1.1剖解了一个用于污泥半干化工艺的转盘式干燥机。
  转盘式干燥机主要是由定子(外壳),转子(转盘)和驱动装置组成。

1.1 转盘式干燥机

2.1 转子
  
转子中心轴是干化转盘的承载部件,它是一个中空轴,所有的转盘焊接在这个中空轴上。每个转盘由两个圆板焊接而成。中心轴内腔与所有转盘内腔相连通。为了提高转盘的坚固性,空心转盘内腔用支撑连杆焊在左右两个圆盘上。
  根据所干化物料性质的不同,转盘可以采用低碳钢,不锈钢,或特殊合金钢制造。在转盘边缘装有推进器与搅拌器,推进搅拌器有两个功能,一是推进输送物料,二是搅拌混合物料。推进器的倾角是可以调整的。转盘的内腔可以通过输送高压蒸汽(至12个大气压),导热油或热水传递干化产品所需热量。
2.2 定子
  
定子是一个圆柱体外壳,上部设有出蒸汽圆顶出口。定子端板采用法兰安装,便于检修,同时端板也用于固定转子的轴承。为便于检修,蒸汽圆顶出口也装有检修盖板。
2.3 驱动马达
  
整个驱动装置由一个嵌入式减速箱,一个皮带传动,一个离合器和一个电机组成,用于驱动转子(转盘与中空轴)缓慢旋转。

3 转盘式干燥机的功能

  通过转盘边缘的推进搅拌器的作用,污泥被均匀缓慢地输送通过整个干燥机,并通过与转盘的热接触被干化。在干化过程中,热蒸汽冷凝在转盘腔的内壁上,形成冷凝水。冷凝水通过一个管子被导入中心管,最终通过导出槽导出干燥机。污泥在干燥机内部的输送由推进搅拌器实现,为了防止污泥粘附在转盘上,在转盘之间装有刮刀,刮刀固定在外壳(定子)上。干燥机负压运行(-2~4 mbar),因此就避免了干化过程中废蒸汽泄漏。以蒸汽作为导热介质的干燥机一般是用4~11bar的饱和蒸汽,也有一些干燥机用导热油或水作为导热介质。
  采用导热油的干燥机,进油温度介于180℃到220℃,出油温度要降低40℃左右。热水导热的干燥机主要用于热量过剩的系统。
  转盘式干燥机的特点:
  ●接触式干燥(间接干燥,导热介质与污泥无直接接触);
  ●既适用于污泥半干化,又适用于污泥全干化工艺,使用灵活;
  ●适用于所有污泥处置方案(焚烧,填埋或用作肥料);
  ●用于全干化工艺时,不需要附加步骤(如后继烘干);
  ●设备系统中氧气含量低,杜绝了粉尘爆炸的可能性;
  ●半干化和全干化的转盘式干燥机可以随时改装;
  ●机内污泥载荷大,即使进料不均匀,也能保证平稳运行;
  ●惰性气体含量少(不需要空气循环);
  ●大载荷,便于控制;
  ●构造牢固,持久耐用;
  ●转子转速很低,磨损小;
  ●设计非常紧凑,传热面积却很大,设备占地与厂房空间与其他干燥机相比为最小;
  ●维修少,持续运行性好,可昼夜运转,保证每年8000小时运行。

4 污泥干化工艺

  根据污泥最终处置目的的不同,对污泥可以进行半干化或全干化处理。这两个工艺都可以通过AS转盘式干燥机来实现,所不同的只是干燥机以外的辅助设备以及电控制系统。
  在污泥半干化工艺中(干化后干物质含量<50%),干燥物不经回流而被一次性干燥后排出(图4.1)。所排放的废蒸汽不需除尘而可以直接导入尾汽冷凝液化站。用于半干化的干燥器一般都与一个焚烧炉相连,因为这种半干化的污泥都可以进行自给自足的焚烧,不需辅助热源。污泥焚烧产生的热能,又足以满足干燥机供热――达到热能平衡与最佳利用。因为不需外加能量,大大降低了运行费用。

  在污泥全干化工艺中,一部分已烘干的污泥(干物质90%)被回流,与湿污泥(例如干物质含量25%)相混合,再送入干燥机(图4.2)。混合后污泥的干物质含量一般高于70%。干燥后产生的尾汽需经除尘处理,再被冷凝液化。因为这种干燥工艺需要的空气量少,相应的总含氧量也很少(约2%),这就是说,几乎不必什么花费,就能够很好的预防粉尘爆炸。

5 污泥干燥机

  阿特拉斯-斯多德(AS)公司至今已有130多台转盘式干燥机应用于污水厂污泥烘干,下面列举了几个厂的技术数据:

技术数据

单位

德国
斯代恩

挪威
斯塔万格尔

德国
德雷斯顿

荷兰
努特布拉板

德国
汉堡

德国
鲁尔区

干燥机进料参数

脱水过污泥流量

Kg/h

2035

3310

5000

9500

8000

8000

干物质含量

%

29

23

28

24

20

25

干物质流量

Kg/TS/h

600

760

1400

2280

1600

2000

干燥机出料参数

干物质含量

%

90

约85

90

42

40

45

干燥后污泥流量

Kg/h

670

910

1556

5429

4000

4444

水蒸发量

KgH2O/h

1370

2400

3444

4071

4000

3556

干燥机的主要参数

干燥机型号

 

Rotadisc

TST-30RH

Rotadisc

TST-60RH

Rotadisc

TST-90RH

Rotadisc

TST-70RH

Rotadisc

TST-70RH

Rotadisc

TST-40RH

数量

1

1

2

8

6

1

热介质

 

导热油
180°C

蒸汽
6 bar

蒸汽
10 bar

蒸汽
4 bar

蒸汽
5 bar

蒸汽
7 bar

传热面积

m2

123

202

330

250

250

163

单位蒸发功率

Kg/ m2h

11.2

12

 

16.3

16

21.8

配电功率

KW

55

90

132

132

132

90

每吨蒸发水
电能消耗

KW/tH2O

44

40

40

30

29

23

热能

MJ

3770

6570

9400

12190

11670

10540

每吨蒸发水
热能消耗

KJ/tH2O

2730

2720

2730

3000

2920

2965

5.1转盘式干燥机用于污泥半干化工艺的实例

  在荷兰,60多个污泥厂脱水后的污泥都被送到荷兰的SNB污泥干燥焚烧站(www.snb.nl)进行处理。这是目前世界上最大的污泥处理站(右图),机械脱水后的污泥先被送进8个转盘式干燥机烘干至干物质含量42%,然后再送入4个流化床焚烧炉内焚烧掉。从下面的工艺流程图(图5.1.1)可以看到整个流程:卡车从各污水厂运来污泥,送入转盘式干燥机干化,然后进入流化床焚烧炉内焚烧,烟气通过废热锅炉产生蒸汽,最后是烟气处理。整个污泥干化焚烧能量自给自足。污泥自行焚烧,不需另加燃料。在尾气处理过程中产生的蒸汽,满足了干燥机机所需热能。下面的能量损益表(表5.1.2)显示出,需要额外追加的能量只占整个装置总消耗能量的3%(用于启动点火,烟气处理)。

5.1.1 SNB中心污泥半干化干燥及焚烧工艺流程图

5.2转盘式干燥机用于污泥全干化工艺实例

  在德国德雷斯顿市污水厂,稀污泥(干物质含量约3%)先被用于干燥机尾气的冷凝液化,同时稀污泥也被预热至大约50°C(见右图),这样有利于污泥机械脱水。被离心脱水后的污泥通过一个活塞泵输送到两台TST-90R型的转盘式干燥机里,每台干燥机的传热面积是330m2
  为了避免粉尘爆炸,整个干燥系统惰性驱动。运行过程中的氧气含量小于2%,并安装有一个氧气测量器,用以监控氧气含量。另外,该系统还配有一套氮气应急装置,万一系统中氧气含量偏高,即可报警并输入氮气,以防粉尘爆炸。
  干化后的污泥(干物质含量约90%)经过一个冷却螺旋被冷却至45°C左右,然后运到集装箱装载站。这些干化后的污泥目前主要用于农业,作为可耕种的土壤。在设计该全干化系统时,已计划以后将全干化干燥机改为半干化干燥机使用,以满足德国政府新规定与市场变化,将污泥用于焚烧作燃料。

5.2.1 德国德雷斯顿污水处理厂污泥全干化工艺流程图

6 干化后污泥的应用及其对于干化工艺的要求

  根据国家和地区的法规不同,地理位置的不同,污泥焚烧炉的周边环境的不同,以及污泥所含有害物质(如重金属)的不同,干化后的污泥有不同的可能性加以利用(图6.1):

6.1 各种污泥处理应用途径

  ●用于农业;
  ●在流化床焚烧炉中用作唯一燃料焚烧发热(或发电);
  ●在垃圾焚烧站,火力发电厂,水泥厂的现有焚烧炉中作为混合参入燃料进行焚烧。
  一个污泥干燥机必须要适合污泥最终处理与应用,也就是制肥料,焚烧或填埋的选择。而这种选择完全依赖于市场与政策法规的变化。这就要求污泥干燥系统要很灵活,能随时适应这种变化。
  最佳污泥干燥系统应该投资少,运行费用低,最终产品可以根据需要灵活变化。接下来列举了一些典型的例子,可以看出AS公司转盘式干燥机的灵活性。
  下面的流程框图介绍了污泥经过转盘式干燥机干化后,不同的应用可能性。

  上面的工艺简图介绍的是一个可以提高污泥N、P、K成分作肥料,并同时混合造粒的全干化污泥干燥机。全干化后的污泥也可以不外加N、P、K,而用作土壤。干化所需热能由锅炉提供。

  上面的工艺简图显示的是一个半干化污泥干燥机,半干化后的污泥作为燃料,在流化床焚烧炉焚烧产生的热能自给自足用于干燥机。整个系统不需外加热源,运行成本特别低。

  上面的工艺简图是一个全干化污泥干燥机,在稀污泥进行离心脱水之前利用干燥机废汽进行预热处理。干化后的污泥可以进行焚烧用以发电。但全干化热能消耗很大,运行与投资费用都很高。

7 总结

  目前,污泥的应用已受到各国法规与政策的影响。各国法规与政策将来只会进一步严格高标化。欧洲近期内,污泥将不再允许用于农业。污泥的焚烧,将污泥用作燃料,越来越占主导地位。在世界范围内,或早或晚,也是必然趋势。
  因此污泥干燥机就应该适应这种新形势下的要求,在一个干化处理系统内,要求既可以将污泥全干化处理(干物质含量90%)用于农业,也可以进行污泥半干化处理(至干物质含量45%),然后经济地焚烧。就成为了衡量污泥干燥机性能的最重要的标准。一个好的污泥干燥机即使在新的市场,新的政策下,也应该能继续被使用,比如说,将全干化污泥干燥机改装成半干化污泥干燥机,或者反过来。
  AS转盘式干燥机以它的灵活性不仅可以满足各种工艺要求,还特别适应满足工艺变化的要求。此外,AS转盘式干燥机投资少,运行费用低,运行安全,更显示了它的优越性。它已经用于100多个污泥干化处理系统,共130多台污泥干燥机,应用于18个国家。阿特拉斯-斯多德公司的转盘式干燥机以它的灵活性和高质量,特别是因为它运行成本最低,赢得了用户的欢迎与好评。
  联系人:
  德国新技术环保有限公司
  
高原先生
  地址:newtec Umwelttechnik GmbH Skalitzer Str.104
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