CN101774743A - 潜热回收式多相变污泥干化方法与设备 - Google Patents

Abstract

潜热回收式多相变污泥干化方法与设备，为了解决现有污泥干化技术中存在的能耗大、污泥蒸汽潜热不回收再利用、干化尾气污染环境以及运行成本高等技术问题而设计的，本发明采用将低温蒸汽转盘干化机与污泥废蒸汽潜热回收热泵及尾气净化装置联合，利用低温水蒸气间接相变换热，不但提高换热速度，而且污泥有机成分流失少，利用潜热回收热泵回收污泥干化尾气潜热，并将回收的热能再利用于污泥干化，提高热效率，降低运行成本，较好地解决了污泥干化过程中存在的热能利用率不高、运行成本高等问题，干化后的产品符合烧制轻质节能砖和生产水泥压制品的要求，又保持了原始污泥90％以上的热值，使污泥资源化利用的价值达到最大化。

Description

潜热回收式多相变污泥干化方法与设备

技术领域

本发明涉及一种污泥干化方法与设备，尤其涉及一种潜热回收式多相变污泥干化方法与设备，特别适用于对城市污水处理厂剩余污泥进行无害化、减量化的处理。

背景技术

目前，城市污水处理厂有超过90％采用活性污泥方法，伴随产生了大量剩余污泥。据统计，我国每年仅生活污水处理产生的污泥量就达上亿吨；此外，化工、造纸和制药等工业过程和江河湖泊疏浚等也会产生大量的污泥。通常剩余污泥具有高含水率(97％)，易腐化发臭，且含有病原菌、寄生虫卵、重金属等有毒有害物质的特点，这些污泥如果不能得到及时、有效和稳定的处理，将带来极大的隐患。污泥的无害化处理已经成为城市科学发展过程中非解决不可的重大环保问题。

目前，机械脱水污泥含水率在75-85％，污泥体积庞大，不利于污泥的后续运输和安全处置。污泥处理处置的方法(填埋、堆肥、成型烧结和焚烧)对污泥含水率都有一定的要求，因此，污泥干化环节是不可或缺的重要过程。污泥干化可以使污泥显著减容，性状大大改善，产品无臭、无病原体且具有多种用途，如作填埋、堆肥、成型烧结、替代能源等。污泥干化成为制约污泥无害化和资源化的关键问题。

污泥热干化过程中经常发生粘壁现象，给污泥干化带来困难。经过对污泥干化过程中污泥含水率对污泥粘度及污泥热导率研究发现，污泥含水率在45％-60％时粘度较大，消耗较大的传输动力，且含水率低于50％热导率较低，不利于传热的进行。因此污泥干化应采取半干化进行，且干化后的污泥后续应用适应性强。

污泥干化的方法有较多，如自然干化、太阳能干化和热力干化等。热力干化不仅速度快、节省占地、还可以根据后续处理需要灵活控制产品含水率。实现污泥热干化的设备目前主要有三种，即转窑式污泥干化机、流化床式污泥干化机、转盘式污泥干化机。转盘式干化机与另两种污泥干燥机相比具有设备结构紧凑，占地面积小，成本低。热量利用率高，传热均匀，传热效果好。污泥含水率适应性广，产品干燥均匀性高等特点而得到广泛的应用，是比较理想的污泥干化单机设备。但干化后的废蒸汽和尾气直接排入大气，造成污染和有价能量的浪费，不能实现污泥干化废蒸汽回收和尾气处理等处理功能。而且现有污泥干化技术中污泥干化过程产生的废蒸汽通常采用直接冷凝器冷凝后外排，能量没有进行回收和再利用，增加干化能耗。

发明内容

本发明为了克服现有污泥干化技术中能耗大、污泥蒸汽潜热不回收再利用、干化尾气未处理的不足，提供一种潜热回收式多相变污泥干化方法及实现该方法所使用的设备，即将低温蒸汽转盘干化机与污泥废蒸汽潜热回收热泵及尾气净化装置联合，通过工艺参数的控制，实现干化装置能量平衡，达到污泥干化成本降低、潜热回收再利用、尾气净化处理的目的，并为污泥的后续处理处置及资源化利用提供有利条件。

具体实现步骤是：

(1)将机械脱水污泥由进料装置送入转盘式污泥干化机7中；

(2)采用由蒸汽发生装置产生的100℃-150℃之间的低温水蒸汽作为干化热源，在干化机内相变换热，对污泥进行干化；

(3)通过干化机内的空心盘片上的导流片的转动使污泥翻转、搅拌，让污泥与筒体内壁和空心盘片相接触，不断更新受热面实现充分加热，使其所含的水分发生相变蒸发，污泥得到干化；

(4)利用潜热回收热泵回收污泥干化尾气中蒸汽潜热，并将回收的热能，再经蒸汽发生装置产生的低温水蒸汽作为干化热源，利用于污泥干化，尾气蒸汽发生相变由蒸汽变成冷凝水；

(5)利用生物过滤器对污泥干化尾气进行处理，实现干化过程无臭味排出。

实现上述方法所使用的潜热回收式多相变污泥干化设备，它主要包括蒸汽发生装置、进料装置、转盘式污泥干化机、潜热回收热泵、冷凝器和尾气净化处理装置；所述转盘式污泥干化机的带夹套筒体上设有进料口与进料装置的出料口位置相应，在筒体底部设有出料口，进蒸汽口与筒体内的空心轴以及其上的空心盘片相通，所述空心盘片上设有污泥导流片；出蒸汽冷凝水管与外部的蒸汽潜热回收热泵的冷凝器换热介质侧的A端连接，污泥尾气出口经过压缩机与蒸汽潜热回收热泵的蒸发器换热介质侧的B端连接，蒸汽潜热回收热泵的C端、D端分别与蒸汽发生装置的进水口及冷凝器的入口相连接，冷凝器的出口与尾气净化处理装置的进口相连接；所述的蒸汽发生装置的蒸汽出口与污泥干化机的进汽管相连接。

本发明的特点及有益效果：利用低温蒸汽转盘干化机与污泥废蒸汽潜热回收热泵及尾气净化装置联合，通过工艺参数的控制，实现干化装置能量平衡，达到污泥干化成本降低、潜热回收再利用、尾气净化处理的目的，并且干化不仅速度快、节省占地、还可以根据后续处理需要灵活控制产品含水率，为污泥的后续处理处置及资源化利用提供有利条件。具体表现为：

(1)结构简单、干化效果好。利用低温蒸汽转盘干化机的进料口与进料装置的出料口相连接，干化机的尾汽出口与潜热回收热泵B端相连接，D端与冷凝器入口相连接，冷凝器出口与尾气处理装置的进气口相连接，蒸汽发生器的蒸汽出口与干化机的蒸汽入口相连接，干化机的蒸汽冷凝水出口与蒸汽潜热回收热泵的A端相连接，潜热回收热泵才C端与蒸汽发生器进水端相连接，结构简单，同时由于采用转盘式污泥干化机，热利用效率高，传热效果好，干化效果好。

(2)尾气中蒸汽潜热回收，节能效果好。污泥干化尾气中水蒸汽潜热经潜热回收热泵进行回收，每kg废蒸汽回收350-500kcal，提高干化能源利用效率。

(3)多相变，传热效率高，干化速度快。蒸汽发生器出来的水蒸气在干化机盘片内发生相变换热，提高换热效率，污泥中的水分受热达到沸点发生相变，产生污泥蒸汽，使蒸发速度加快，污泥蒸汽从干化机尾气出口排出进入蒸汽潜热回收热泵与热泵热介质相变换热，换热后污泥蒸汽变成冷凝水，热介质吸收潜热后气化，经过压缩升温后用来加热来自干化机冷凝水出口排出的蒸汽冷凝水，热量的到回收。

(4)环保。污泥的整个干化过程在封闭状态下进行，有机挥发气体及异味气体在密闭氛围下送至尾气处理装置解决了尾气的臭气外溢，十分环保。

附图说明

图1为本发明中所使用设备的结构示意图；

图2为本发明盘式干化机的空心轴剖面图；

图3为本发明盘式干化机的空心盘片a-a′的半剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

参看图1，潜热回收式多相变污泥干化方法，该方法的具体实现步骤是：

(1)将机械脱水污泥由进料装置5送入转盘式污泥干化机7中；

(2)采用由蒸汽发生装置1产生的以100℃-150℃为宜的低温水蒸汽作为干化热源，在干化机内相变换热，对污泥进行干化；

(3)通过电机10驱动干化机的空心轴，通过空心轴上的空心盘片13和导流片14的转动使污泥翻转、搅拌，让污泥与筒体内壁和空心盘片相接触，不断更新受热面实现充分加热，使其所含的水分发生相变蒸发，污泥得到干化；

(4)利用潜热回收热泵17回收污泥干化尾气中蒸汽潜热，并将回收的热能，再经蒸汽发生装置1产生的低温水蒸汽作为干化热源，利用于污泥干化，尾气蒸汽发生相变由蒸汽变成冷凝水；

(5)利用生物过滤器15对污泥干化尾气进行处理，实现干化过程无臭味排出。

潜热回收式多相变污泥干化设备，它主要包括蒸汽发生装置1、螺旋式进料装置5、转盘式污泥干化机7、潜热回收热泵17、冷凝器16和尾气净化处理装置15；所述转盘式污泥干化机7的带夹套筒体12上设有进料口6与进料装置5的出料口位置相应，在筒体底部设有出料口11，进蒸汽口4与筒体内的空心轴以及其上的空心盘片13相通，所述空心盘片13上设有污泥导流片14；出蒸汽冷凝水管3与外部的蒸汽潜热回收热泵17的冷凝器换热介质侧的A端连接，污泥尾气出口8经过压缩机9与蒸汽潜热回收热泵17的蒸发器换热介质侧的B端连接，蒸汽潜热回收热泵17的C端、D端分别与蒸汽发生装置1的进水口及冷凝器16的入口相连接，冷凝器16的出口与尾气净化处理装置15的进口相连接；所述的蒸汽发生装置1的蒸汽出口2与污泥干化机7的进汽管4相连接。

参看图2、图3，所述转盘式污泥干化机7的空心轴，由通蒸汽内轴和排蒸汽冷凝水外轴组成，空心轴轴端上装有带蒸汽进口4和冷凝水出口3的旋转接头；所述通蒸汽内轴由细管与转盘腔体连接而成。

所述进料装置5采用螺旋进料方式，在污泥进口端设有储泥斗，出口端与盘式干化机进口6相连接。

所述冷凝器16包括有喷淋装置、水泵和引风机，喷淋装置的进水管与水泵相连接，为内循环水冷凝。

所述尾气净化处理装置15为生物过滤器，包括有喷淋装置和填料，进口与冷凝器出口相连接。

实施例

储存在污泥斗内的机械脱水污泥(含水率80％左右)经螺旋送料器送入转盘式污泥干化机7内，通过空心盘片13上的导流片14的转动使污泥翻转、搅拌，不断更新受热介面，与筒体内壁和空心盘片13相接触，被充分加热，使污泥所含的表面水分蒸发(污泥废蒸汽)，从干化机尾气出口8排出，被干化的污泥在导流片14向前作用力下向前运动，在干化机污泥出料口11排出。污泥干化所需热量来自蒸汽发生装置1产生的水蒸气，水蒸气从干化机蒸汽管4的进汽口4-1进入盘片腔体，在腔体内进行充分相变换热，并以热传导的方式干化污泥，经过换热后的蒸汽变成蒸汽冷凝水(温度＜70℃)从干化机蒸汽冷凝出水口3-1经冷凝管3排出。所述干化机尾气出口8污泥废蒸汽进入蒸汽潜热回收热泵17与热泵热介质进行相变换热，换热后污泥废蒸汽变成污泥冷凝水(温度80-95℃)，热泵热介质被气化，进一步热泵热介质经热泵系统压缩升温，在热泵冷凝换热侧与干化机排水口排出的蒸汽冷凝水换热，热泵热介质被冷凝后被输送到热泵蒸发器换侧从新回收潜热，所述蒸汽冷凝水被加热(温度＞95℃)，进一步进入蒸汽发生器1继续被加热成水蒸气供污泥干化使用，所述污泥蒸汽冷凝水(温度80-95℃)从蒸汽潜热回收热泵17排出进入冷凝器16继续被冷凝，至温度＜50℃时从冷凝器出口排出，进一步进入尾气处理装置15，污泥冷凝水中不凝气体污染物在尾气处理装置15内释出后被处理，冷凝水排到污水厂。

本发明不限于上述实施例，凡采用等同替换或等效替换形成的技术方案均属于本发明要求保护的范围。

试验表明，在污泥干化过程中产生的废蒸汽中赋存着大量相变潜热，例如将1kg废蒸汽的相变潜热回收，可获得约500kcal的热量，是稳定的热源。采用本发明，通过部分能量回收再利用节约了大量干化能耗。同时还将废蒸汽冷凝为液体，避免热污染。

Claims (7)

1.潜热回收式多相变污泥干化方法，该方法的具体实现步骤是：

(1)将机械脱水污泥由进料装置(5)送入转盘式污泥干化机(7)中；

(2)采用由蒸汽发生装置(1)产生的低温水蒸汽作为干化热源，在干化机内相变换热，对污泥进行干化；

(3)通过干化机内的空心盘片上的导流片的转动使污泥翻转、搅拌，让污泥与筒体内壁和空心盘片相接触，不断更新受热面实现充分加热，使其所含的水分发生相变蒸发，污泥得到干化；

(4)利用潜热回收热泵(17)回收污泥干化尾气中蒸汽潜热，并将回收的热能，再经蒸汽发生装置(1)产生的低温水蒸汽作为干化热源，利用于污泥干化，尾气蒸汽发生相变由蒸汽变成冷凝水；

(5)利用生物过滤器(15)对污泥干化尾气进行处理，实现干化过程无臭味排出。

2.根据权利要求1所述的潜热回收式多相变污泥干化方法，其特征在于：所述低温水蒸汽为100℃-150℃。

3.潜热回收式多相变污泥干化设备，它主要包括蒸汽发生装置(1)、进料装置(5)、转盘式污泥干化机(7)，所述转盘式污泥干化机(7)的带夹套筒体(12)上设有进料口(6)与进料装置(5)的出料口位置相应，在筒体底部设有出料口(11)，进蒸汽口(4)与筒体内的空心轴以及其上的空心盘片(13)相通，所述空心盘片(13)上设有污泥导流片(14)；所述的蒸汽发生装置(1)的蒸汽出口(2)与污泥干化机(7)的进汽管(4)相连接；其特征在于：该设备还包括潜热回收热泵(17)、冷凝器(16)和尾气净化处理装置(15)；所述转盘式污泥干化机(7)的出蒸汽冷凝水管(3)与外部的蒸汽潜热回收热泵(17)的冷凝器换热介质侧的A端连接，污泥尾气出口(8)经过压缩机(9)与蒸汽潜热回收热泵(17)的蒸发器换热介质侧的B端连接，蒸汽潜热回收热泵(17)的C端、D端分别与蒸汽发生装置(1)的进水口及冷凝器(16)的入口相连接，冷凝器(16)的出口与尾气净化处理装置(15)的进口相连接。

4.根据权利要求3所述潜热回收式多相变污泥干化设备，其特征在于：所述转盘式污泥干化机(7)的空心轴，由通蒸汽内轴和排蒸汽冷凝水外轴组成，空心轴轴端上装有带蒸汽进口(4)和冷凝水出口(3)的旋转接头；所述通蒸汽内轴由细管与转盘腔体连接而成。

5.根据权利要求3所述潜热回收式多相变污泥干化设备，其特征在于：所述进料装置(5)采用螺旋进料装置，在污泥进口端设有储泥斗，出口端与盘式干化机进口(6)相连接。

6.根据权利要求3所述潜热回收式多相变污泥干化设备，其特征在于：所述冷凝器(16)包括有喷淋装置、水泵和引风机，喷淋装置的进水管与水泵相连接，为内循环水冷凝。

7.根据权利要求3所述潜热回收式多相变污泥干化设备，其特征在于：所述尾气净化处理装置(15)为生物过滤器，包括有喷淋装置和填料，进口与冷凝器出口相连接。

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