CN101781078B - 高含固率污泥直接高效喷雾干燥的系统装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高含固率污泥直接高效喷雾干燥的系统装置，该系统装置包括有与进料泵连接的进料搅拌的料斗，进料泵通过管路与喷雾干燥塔内的喷嘴一端连接，喷嘴的另一端连接有空气压缩机；在喷雾干燥塔下部的进风口通过管路连接有热风炉，在喷雾干燥塔的顶部通过管路连接有除尘器，除尘器通过设有排风机的管路连接有烟气湿法回收塔，回收塔通过设有水泵的管路连通设在回收塔底部的水池和顶部的喷头。还提供一种采用上述高含固率污泥直接高效喷雾干燥的系统装置的方法。本发明的效果是使用该方法能耗低，且雾化后污泥颗粒小、直径均匀，干燥效果好、松散程度高、孔隙率高，明显优于其他干燥形式。所生产的干化污泥可适于燃烧发热、制作水泥、绿化、填埋等途径。

Description

高含固率污泥直接高效喷雾干燥的系统装置及其方法

技术领域

本发明涉及污泥处理处置技术，特别是一种市政污泥干化处理的高含固率污泥直接高效喷雾干燥的系统装置及其方法，也适用于工业污泥、管网污泥和河湖淤泥的干化处理。

背景技术

根据研究分析，污泥与水分子的结合非常紧密，并具有不同的相态：自由态水；物理性结合水，如毛细管/间隙水、胶态/表面吸附水；化学性结合水被称为“平衡水”，包括细胞内的水、分子水。

自由态水可以在污水处理厂通过重力沉淀和机械作用去除。根据不同的工艺技术，去除后的污泥含水率不同，通常为65-95％。

“物理性结合水”和“化学性结合水”或吸附在污泥表面，或深藏于污泥内部，需更多能量才能去除，如加热。污泥干化技术的关键就是去除这部分水的能耗成本以及所需设备投资成本的高低；

污泥加热除水过程分为两个阶段：

1)恒速蒸发阶段：吸附于污泥表面的水分子直接受热蒸发。当污泥表面积、加热速率和循环气流速度稳定时，蒸发速度稳定；

2)降速蒸发阶段：干燥处于内扩散控制阶段，深藏于污泥内部的水分子受热蒸发。当污泥的体积、表面积、加热速率和循环气流速度稳定时，蒸发速度逐步下降，已不能维持恒速干燥。

由此可见，加热过程中影响能耗的主要因素包括：

1)湿污泥的表面积。加热除水是一个传热传质过程。根据干燥传质速度方程dw/dt＝kAΔP，传质表面积是关键。要强化传质速度，就要尽可能扩大被处理物料表面积；

2)循环气流速度和温度。愈高越有利于传热传质，可提高干燥速度，使干燥器体积缩小。

中国专利文献CN1931752A公开了“一种带有粒子干燥器的湿污泥焚烧处理装置”，该装置采用循环流化床焚烧炉，污泥打散装置和粒子干燥器等，将湿污泥干花和焚烧集中在进行；CN1214323A公开了一种“污泥浆处理新工艺”，即用喷雾干燥的方法将污泥浆喷入垃圾焚烧时产生的高温烟气中一起下降，使水分蒸发；CN100556835C公开了一种集合了污泥喷雾干燥和回转炉焚烧的技术，通过湿污泥进行调浆处理、喷雾干燥、干化粒子焚烧和高温气体回用，使污泥干燥并无害化处理。

上述公开的专利技主要以流化床干化技术和喷雾—回转式焚烧炉集成技术为主。前者因物料没充分分散，为确保操作安全，床内进风温度较低(220℃左右)，所以总体热效率低，干燥成本高。同时配套设备要求高，投资大，所以障碍了此技术的推广应用；而现有喷雾—回转焚烧技术雾化效果差，颗粒直径200~2000μm，而且所处理的污泥需先经过调浆处理以增加其流动性，因此额外增加了能耗，仍然存在干燥效率低、成本高的问题。而且由于雾化效果差，必须与焚烧炉配套使用以利用煤混合污泥燃烧产生热能以产生高温烟气，否则煤耗会更高或只能得到半干化污泥，限制了应用范围。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种高含固率污泥直接高效喷雾干燥的系统装置及其方法，以实现低投资、低成本的污泥干化处理，适用范围广，并为实现“分散干化—集中处置—循环利用”污泥处理处置产业化模式奠定基础。

为实现上述目的，本发明提供一种高含固率污泥直接高效喷雾干燥的系统装置。该系统装置包括有与进料泵连接的进料搅拌的料斗，进料泵通过管路与喷雾干燥塔内的喷嘴一端连接，喷嘴的另一端连接有空气压缩机；在喷雾干燥塔下部的进风口通过管路连接有热风炉，在喷雾干燥塔的顶部通过管路连接有除尘器，除尘器通过设有排风机的管路连接有烟气湿法回收塔，回收塔通过设有水泵的管路连通设在湿法回收塔底部的水池和顶部的喷头。

同时还提供一种采用上述高含固率污泥直接高效喷雾干燥的系统装置的方法，该方法在上述的系统装置中进行，该方法的步骤包括有：

①首先将污水处理厂的污泥进行过滤、浓缩、沉淀；

②将上述处理过的污泥输进系统装置的进料搅拌的料斗，并进行搅拌使其均匀且下沉，进入进料泵的入口，通过进料泵向喷雾干燥塔内的喷嘴输送湿污泥，所述输送湿污泥含水率为70％；

③系统装置的空气压缩机向喷嘴进气口提供高压空气，在干燥塔内喷嘴从下往上对输送的湿污泥进行喷射雾化，压力为0.3-0.4MPa/kg的压缩空气可均匀喷出污泥≥10公斤，雾化后污泥颗粒直径约为20-50μm；

④系统装置的热风炉从干燥塔的底部向上吹入热气流，进气温度800-1000℃，排气温度60-70℃，与雾化的污泥颗粒并流，以利于快速干化；所述干燥塔的容积蒸发速度为300-500kg水/h·m³，干化污泥颗粒含水率在5％-50％范围内可控；

⑤上述雾化污泥颗粒在干燥塔的干化空间内雾化干化后，污泥颗粒随热气流从干燥塔顶部排出，从顶部进入旋风除尘器，旋风除尘器将干化的污泥小颗粒从循环热气流即烟气中气固分离；

⑥经分离的干化污泥颗粒在除尘器内粉尘捕集并使之降落到底部；

⑦经捕集的干化污泥从除尘器的出料口排出，固体收集；

⑧经气固分离后的烟气和微量粉尘经排风机从旋风除尘器顶部抽出，通过管道进入烟气湿法回收塔的下部进气口，以切线方向进入并沿塔壁旋转上升，水泵抽取湿法回收塔底部水池之水，送至塔上部喷头，喷头以切线方向沿塔壁喷洒并旋转下降，与上升的烟气接触，湿份冷凝其中的微量粉尘和挥发性物质；

⑨净化后的尾气通过塔顶部排放。

本发明的效果是使用该方法能耗低且雾化后污泥颗粒小、直径均匀，干燥效果好，松散程度高、孔隙率高等，明显优于其他干燥形式；无需前置处理，也无需与各种形式的污泥焚烧炉绑定使用，装置结构简单易加工，降低了装备技术难度和投资成本；所生产的干化污泥可适合于燃烧发热、制作水泥、绿化、填埋等各种循环利用的途径。

本发明由于雾化效果好，干燥时间短，通常可在1-3秒内完成，干燥器体积可大幅缩小，干燥器容积蒸发强度高达300-500kg水/h·m³，所以设备投资可节省30％以上；可对含水率70％的污泥直接喷雾且无需前置处理，降低了能耗基本值；雾化后污泥颗粒均匀，直径约为20-50μm，有效地扩大了污泥表面积，提高了热功效率。例直径3mm的物料雾化成30μm小颗粒，其总表面积可扩大百倍以上；其总热效率可高达80％以上，每处理1吨污泥耗煤不足100公斤，耗电约15度，所以其干燥成本低；而且所产生的干化污泥含水率可以在5％-50％的范围内调节控制，可以满足焚烧发热、填埋、水泥制造或绿化等不同的循环利用的需要。

通过旋风除尘器回收干化后的污泥颗粒，回收率在99.9％以上；通过烟气湿法回收塔对烟气进行净化回收，以保证排放的烟气洁净，无尘无害，达到环保指标；既可以独立进行干化处理，也可以与燃烧煤粉的各式焚烧锅炉配套应用，以利用污泥燃烧产生的热量，降低煤、电的使用；日干化污泥量可以根据现有污水处理厂的污泥日产量完全匹配设计，很好地适应了污水处理厂现状。本发明为“分散干化—集中处置—循环利用”的污泥干化处理处置产业化模式奠定了基础。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的工艺流程图。

图中：

1、进料搅拌的料斗    2、进料泵    3、空气压缩机    4、雾化喷嘴

5、热风炉            6、干燥塔    7、旋风除尘器    8、排风机

9、烟气湿法回收塔    10、水泵

具体实施方式

结合附图及实施例对本发明的高含固率污泥直接高效喷雾干燥的系统装置及其方法加以说明。

本发明的高含固率污泥直接高效喷雾干燥的系统装置如图1所示。该系统装置包括有与进料泵2连接的进料搅拌的料斗1，进料泵2通过管路与喷雾干燥塔6内的喷嘴4一端连接，喷嘴4的另一端连接有空气压缩机3；在喷雾干燥塔6下部的进风口通过管路连接有热风炉5，在喷雾干燥塔6的顶部通过管路连接有除尘器7，除尘器7通过设有排风机8的管路连接有烟气湿法回收塔9，回收塔9通过设有水泵10的管路连通设在回收塔9底部的水池和顶部的喷头。

本发明的采用上述高含固率污泥直接高效喷雾干燥的系统装置的方法如图2所示。该方法在上述的系统装置中进行，该方法的步骤包括有：

①首先将污水处理厂的污泥进行过滤、浓缩、沉淀；

②将上述处理过的污泥输进系统装置的进料搅拌的料斗1，并进行搅拌使其均匀且下沉，进入进料泵2的入口，通过进料泵2向喷雾干燥塔6内的喷嘴4输送湿污泥，所述输送湿污泥含水率为70％；

③系统装置的空气压缩机3向喷嘴4进气口提供高压空气，在干燥塔6内喷嘴4从下往上对输送的湿污泥进行喷射雾化，压力为0.3-0.4MPa/kg的压缩空气可均匀喷出污泥≥10公斤，雾化后污泥颗粒直径约为20-50μm；

④系统装置的热风炉5从干燥塔6的底部向上吹入热气流，进气温度800-1000℃，排气温度60-70℃，与雾化的污泥颗粒并流，以利于快速干化；所述干燥塔6的容积蒸发速度为300-500kg水/h·m³，干化污泥颗粒含水率在5％-50％范围内可控；

⑤上述雾化污泥颗粒在干燥塔6的干化空间内雾化干化后，污泥颗粒随热气流从干燥塔6顶部排出，从上部进入旋风除尘器7。旋风除尘器7将干化的污泥小颗粒从循环热气流即烟气中气固分离；

⑥经分离的干化污泥颗粒在除尘器7内粉尘捕集并使之降落到底部；

⑦经捕集的干化污泥从除尘器7的出料口排出，固体收集；

⑧经气固分离后的烟气和微量粉尘经排风机8从旋风除尘器7顶部抽出，通过管道进入烟气湿法回收塔9的下部进气口，以切线方向进入并沿塔壁旋转上升。水泵10抽取湿法回收塔9底部水池之水，送至塔上部喷头。喷头以切线方向沿塔壁喷洒并旋转下降，与上升的烟气接触，湿份冷凝其中的微量粉尘和挥发性物质；

⑨净化后的尾气通过塔顶部排放。

Claims (4)

1.一种高含固率污泥直接高效喷雾干燥的系统装置，该系统装置包括有与进料泵(2)连接的进料搅拌的料斗(1)，进料泵(2)通过管路与喷雾干燥塔(6)内的喷嘴(4)一端连接，喷嘴(4)的另一端连接有空气压缩机(3)，其特征是：

在喷雾干燥塔(6)下部的进风口通过管路连接有热风炉(5)，在喷雾干燥塔(6)的顶部通过管路连接有除尘器(7)，除尘器(7)通过设有排风机(8)的管路连接有烟气湿法回收塔(9)，湿法回收塔(9)通过设有水泵(10)的管路连通设在湿法回收塔(9)底部的水池和顶部的喷头。

2.一种采用上述高含固率污泥直接高效喷雾干燥的系统装置的方法，该方法在上述的系统装置中进行，该方法的步骤包括有：

①首先将污水处理厂的污泥进行过滤、浓缩、沉淀；

②将上述处理过的污泥输进系统装置的进料搅拌的料斗(1)，并进行搅拌使其均匀且下沉，进入进料泵(2)的入口，通过进料泵(2)向喷雾干燥塔(6)内的喷嘴(4)输送湿污泥，所述输送湿污泥含水率为70％；

③系统装置的空气压缩机(3)向喷嘴(4)进气口提供高压空气，在干燥塔(6)内喷嘴(4)从下往上对输送的湿污泥进行喷射雾化，压力为0.3-0.4MPa/kg的压缩空气可均匀喷出污泥≥10公斤，雾化后污泥颗粒直径为20-50μm；

④系统装置的热风炉(5)从干燥塔(6)的底部向上吹入热气流，进气温度800-1000℃，排气温度60-70℃，与雾化的污泥颗粒并流，以利于快速干化；所述干燥塔(6)的容积蒸发速度为300-500kg水/h·m³，干化污泥颗粒含水率在5％-50％范围内可控；

⑤上述雾化污泥颗粒在干燥塔(6)的干化空间内雾化干化后，污泥颗粒随热气流从干燥塔(6)顶部排出，从上部进入旋风除尘器(7)，旋风除尘器(7)将干化的污泥小颗粒从循环热气流即烟气中气固分离；

⑥经分离的干化污泥颗粒在除尘器(7)内粉尘捕集并使之降落到底部；

⑦经捕集的干化污泥从除尘器(7)的出料口排出，固体收集；

⑧经气固分离后的烟气和微量粉尘经排风机(8)从旋风除尘器(7)顶部抽出，通过管道进入烟气湿法回收塔(9)的下部进气口，以切线方向进入并沿塔壁旋转上升，水泵(10)抽取湿法回收塔(9)底部水池之水，送至塔上部喷头，喷头以切线方向沿塔壁喷洒并旋转下降，与上升的烟气接触，湿份冷凝其中的微量粉尘和挥发性物质；

⑨净化后的尾气通过塔顶部排放。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征是：所述干燥塔(6)的容积蒸发速度为300-500kg水/h·m³，控制干化污泥颗粒含水率在5％-50％的范围内设定。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征是：所述输送湿污泥含水率为70％。

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