CN102260033A - 一种污泥二次蒸汽压缩的多级干燥方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种污泥二次蒸汽压缩的多级干燥方法。现有干燥方法能耗高、效率低。本发明方法首先将脱水污泥与油按照重量比1～20∶1均匀混合成油泥，然后利用二次蒸汽将油泥干燥，干燥后的油泥进行油与干污泥的分离，分离出的油作为混合油泥的原料循环使用。油泥通过2～5个干燥器串联的多级干燥器进行干燥，其中一个干燥器利用外部热源，其余干燥器利用二次蒸汽，具体是将干燥过程中产生的二次蒸汽分离出饱和二次蒸汽，并压缩成过热蒸汽，将过热蒸汽送入干燥器的加热室作为热源。本发明充分利用了二次蒸汽的热能，使干燥系统的能耗极大降低；干燥过程无粉尘夹带，保持干燥装置的换热面清洁，干燥效率高。

Description

一种污泥二次蒸汽压缩的多级干燥方法

技术领域

本发明涉及一种污泥干燥方法，尤其涉及一种污泥二次蒸汽压缩的多级干燥方法,属于废弃物处理技术领域。

背景技术

污水处理过程中产生大量污泥，污水处理率和污水处理标准的提高使污泥产生量不断增加。由于机械脱水后的污泥含水率极高（可高达约80%），且污泥中一般含有大量的有害化学物质和重金属等污染物质。因此，目前国内外普遍禁止高水分污泥直接填埋或农用。污泥热化学处理方法（如污泥焚烧、热解等方法）具有无害化和减量化彻底的优势，是一种非常有前景的污泥资源化处理方法，近年来逐步得到应用。但高水分污泥直接处理，其能耗极高，很大程度上制约了污泥资源化技术的发展和应用。而干燥后的污泥热值较高，可接近劣质煤的热值水平，可用作建材原料，也适于进行焚烧、热解及气化等资源化处理。因此，将污泥干燥后进行资源化处理，将是未来污泥处理的发展方向，而污泥干燥则是其中重要的环节。

目前采用的污泥干燥设备大多采用单效蒸发，即干燥所用热源完全由另设的加热系统提供，污泥干燥过程中蒸发产生的二次蒸汽则直接排出冷凝，不再加以利用。而二次蒸汽仍具有相当高的热值，其能量未能得到充分利用，因此这类污泥干燥设备的运行能耗较高，折合1kg水蒸汽的热能，只能蒸发出约0.8～1kg的污泥水分。此外，在污泥干燥过程中，随着污泥含水率的降低，在50～60%含水率范围内，会出现污泥粘滞区，粘滞区的污泥具有很大的粘性，因此干燥面易发生严重的污泥粘结，从而使干燥效率大大降低，设备动力损耗增大。虽然可以采用干污泥返混等方法来减少污泥粘结的影响，但需要的返混比例高，造成设备动力损耗大，且磨损严重，设备使用寿命较短。而且，污泥干燥过程中，随着含水率的降低，其形态逐步由半固体、粒状转变为粉状，干燥系统排出的尾气含尘量增高，使得尾气处理系统复杂，运行成本提高，而且干燥系统和干污泥储存、运输系统安全性也降低，极易造成事故。

多效蒸发可以有效利用二次蒸汽的内能，从而降低能耗。在多效蒸发装置中，由新蒸汽加热第一效产生的二次蒸汽不进入冷凝器，而是作为第二效的加热介质得以再次利用，这样可以将新蒸汽消耗有效降低。利用此原理可组成多效蒸发系统，前一效蒸发器的二次蒸汽作为下一效蒸发器的加热介质，下一效蒸发器的加热室便是前一效蒸发器的冷凝器。第一效的最高加热温度与最后一效的最低沸点温度形成总温差，分布于各效，这使得每效的温差随效数增加而减小，所需的加热面积随效数成比例增加，虽然节省了新蒸汽，但设备投资成本显著增加。因此，多效蒸发多采用单位体积蒸发面积较大的蒸发器，多用于液体物料的蒸发、蒸馏、结晶、浓缩等操作。

与多效蒸发相比，如果将蒸发器中产生的二次蒸汽进行压缩，可使其达到较高压力和温度，因而二次蒸汽的内能提高，可以作为蒸发器的加热介质得以再次利用。这种基于热泵原理的二次蒸汽再压缩的方法可以有效利用二次蒸汽的能量，从而降低蒸发能耗，所需的加热面积相比多效蒸发也明显减小，因而设备投资降低。目前，主要有热力蒸汽再压缩和机械再压缩等方法。但这种技术同样要求蒸发器的蒸发面和加热室加热面保持清洁，当蒸发面和加热面污垢时，蒸发速率和蒸发效率将迅速降低，系统能耗增加，设备动力损耗大。此外，这种方法同样要求物料的流动性好、不易粘结、二次蒸汽洁净，因此，一般也是主要用于液体物料的蒸发、蒸馏、结晶、浓缩等操作。

可以看出，对于污泥干燥来说，由于污泥流动性差、易粘结，如将上述的干燥方法直接用于污泥干燥，则污泥在干燥过程中的结垢、二次蒸汽洁净度低、粉尘含量高、干燥效率低等问题很难解决。而且，由于污泥流动性差，干燥速率低，采用单级干燥器时，二次蒸汽压缩装置的动力损耗也较大。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种干燥效率高、能耗低的油循环的污泥二次蒸汽压缩的多级干燥方法。

本发明包含以下具体步骤：

步骤(1)污水处理过程中产生的脱水污泥与油按照重量比1～20:1均匀混合成油泥；

所述的油为石油加工后的各种油品、废油或有机废弃物热解油。

步骤(2)将油泥干燥，具体方法是：

①将2～5个干燥器串联成多级干燥器，启动各级干燥器；

②将油泥送入第一级干燥器的干燥室，从第一级干燥器出料口排出后送入第二级干燥器的干燥室，以此类推，依次送入各级干燥器的干燥室内进行干燥；干燥后的油泥由末级干燥器的出料口排出；

③向多级干燥器中的设定级干燥器的加热室引入外部热源，油泥在设定级干燥器的干燥室内产生二次蒸汽，将二次蒸汽引出设定级干燥器的干燥室后，经过汽水分离器分离出饱和二次蒸汽，并排出冷凝水和尾气；将饱和二次蒸汽通过二次蒸汽压缩装置压缩成过热蒸汽，将过热蒸汽送入除设定级干燥器以外的其余各级干燥器的加热室作为热源，换热后的过热蒸汽冷凝为冷凝水和尾气，排出干燥器；

④油泥在除设定级干燥器以外的其余各级干燥器的干燥室内干燥产生二次蒸汽，将二次蒸汽引出其余各级干燥器的干燥室后，经过汽水分离器分离出饱和二次蒸汽，并排出冷凝水和尾气，将饱和二次蒸汽通过二次蒸汽压缩装置压缩成过热蒸汽，将过热蒸汽送入除设定级干燥器以外的其余各级干燥器的加热室作为热源，换热后的过热蒸汽冷凝为冷凝水和尾气，排出干燥器； 

⑤各级干燥器的干燥室内油泥干燥过程中，油中的少量低沸点馏分随蒸发过程进入二次蒸汽，因此干燥系统排出的冷凝水中含有少量油。将汽水分离器和各级干燥器排出的冷凝水和尾气经气液分离器分离出冷凝水和尾气；将尾气送入废气脱臭系统进行净化处理，将冷凝水送入油水分离器，分离出的油返回至步骤(1)作为混合油泥的原料循环使用；

⑥需要干燥的油泥连续依次送入各级干燥器的干燥室，重复②～⑤；

所述的干燥器为间接加热式干燥器，具体为桨叶式干燥器、卧式圆盘干燥器、立式盘式干燥器、间接加热带式干燥器、间接加热流化床干燥器中的一种或几种的组合；

所述的设定级干燥器为多级干燥器中的任意一级干燥器；

所述的设定级干燥器加热室引入的外部热源为蒸汽、导热油或烟气； 

所述的二次蒸汽压缩装置为高压风机、压缩机、透平压缩机或蒸汽喷射泵；

所述的汽水分离器为离心分离器或重力分离器；

所述的气液分离器为真空泵、冷凝器、离心分离器、重力分离器中的一种或几种的组合；

所述的油水分离器采用各种常规的油水分离装置。

步骤(3)将干燥后的油泥送入固液分离装置进行油与干污泥的分离，分离出的油返回至步骤(1)作为混合油泥的原料循环使用，分离出的干污泥为污泥干燥成品。

所述的固液分离装置为蒸发器、离心分离器、挤压分离器中的一种或几种的组合。

本发明的一种污泥二次蒸汽再压缩多级干燥方法，仅需向设定级干燥器中加入少量外部热源，不仅保证了干燥过程稳定进行，充分利用了二次蒸汽的热能，而且使二次蒸汽压缩装置的动力损耗大大降低，因而使干燥系统的能耗极大降低，该系统折合1kg水蒸气的外加能量，可蒸发出约2～8kg的污泥水分，节能效果非常显著。另一方面，干燥过程中油泥呈半固态的浆体或膏体状态，其粘度小、流动性好，这使干燥系统排出的二次蒸汽及尾气洁净，无粉尘夹带，因此二次蒸汽经再压缩后用作干燥器的加热热源，可以保持干燥装置的换热面清洁，干燥效率高。

本发明的一种污泥二次蒸汽再压缩多级干燥方法与现有污泥干燥技术相比，其特点在于：

(1)脱水污泥与油混合成的油泥粘性较小，流动性好，在干燥器中与加热面接触良好，干燥效率高；

(2)脱水污泥与油混合成的油泥粘滞性小，干燥面上污泥不易粘结，干燥系统的干燥效率较高，设备动力损耗小；

(3)脱水污泥与油混合成的油泥在干燥过程中产生的二次蒸汽洁净，干燥装置的换热面清洁，干燥效率高；

(4)脱水污泥与油混合成的油泥中，油的混合比例低，干燥器所需处理的油泥重量少，所需的干燥面积和设备体积小，设备投资和运行成本低，设备动力损耗小；

(5)油泥干燥后分离出的油可循环使用，干燥系统的油损耗量小，系统运行成本低；

(6)干燥系统排出的尾气中无粉尘夹带，气体含氧量低，降低了粉尘自燃和爆炸等危险，系统运行安全；

(7)干燥系统排出的尾气中无粉尘夹带，尾气处理系统简单，设备投资和运行成本都较低；

(8)采用二次蒸汽再压缩，污泥二次蒸汽的能量得到充分利用，节能效果显著；

(9)设定级干燥器外加少量热源，可保证干燥过程稳定进行，各级干燥器中二次蒸汽快速产生、流量稳定，二次蒸汽再压缩装置的动力损耗小，系统能耗低；

(10)脱水污泥与油混合成油泥进行干燥的效果好，可方便的达到极低的污泥含水率。

具体实施方式

实施例1：

污水处理过程中产生的脱水污泥与石油炼制得到的重油按照重量比5:1均匀混合成油泥。

将卧式圆盘干燥器与间接加热流化床干燥器串联成两级干燥器。启动两级干燥器，将油泥送入第一级卧式圆盘干燥器的干燥室，同时向其加热室引入外部蒸汽，换热后排出干燥器，可加热后循环使用。第一级卧式圆盘干燥器的干燥室内油泥干燥后蒸发出二次蒸汽。一级干燥后的油泥送入第二级间接加热流化床干燥器的干燥室内进行干燥，蒸发出二次蒸汽。将两级干燥器干燥室内蒸发的二次蒸汽引出两级干燥器的干燥室后，经过离心分离器分离出饱和二次蒸汽，并排出冷凝水和尾气。将饱和二次蒸汽通过离心压缩机压缩成过热蒸汽，将过热蒸汽送入第二级间接加热流化床干燥器的加热室作为热源，换热后的过热蒸汽冷凝为冷凝水和尾气，排出干燥器。干燥后的油泥由间接加热流化床干燥器的出料口排出；

将离心分离器和两级干燥器排出的冷凝水和尾气在冷凝器中进一步冷凝分离出冷凝水和尾气，将尾气送入废气脱臭系统进行净化处理，将冷凝水送入油水分离器，分离出的油返回至储油槽中作为混合油泥的原料循环使用。

将干燥后的油泥依次在离心式分离装置和螺杆挤压分离器中进行油与干污泥的分离，分离出的油返回至至储油槽作为混合油泥的原料循环使用，分离出的干污泥为热解炉的原料。

实施例2：

污水处理过程中产生的脱水污泥与石油炼制得到的轻油按照重量比20:1均匀混合成油泥。

将三组桨叶式干燥器串联成三级干燥器。启动各级干燥器，将油泥送入第一级桨叶式干燥器的干燥室进行干燥，一级干燥后的油泥依次送入第二级和第三级桨叶式干燥器的干燥室内进行干燥。向第二级干燥器的加热室引入外部蒸汽，换热后排出干燥器，可加热后循环使用。污泥在第二级桨叶式干燥器的干燥室内产生二次蒸汽，将二次蒸汽引出干燥室后，经过重力分离器分离出饱和二次蒸汽，并排出冷凝水和尾气。将饱和二次蒸汽通过高压风机压缩成过热蒸汽，将过热蒸汽送入第一级和第三级桨叶式干燥器的加热室作为热源，换热后的过热蒸汽冷凝为冷凝水和尾气，排出干燥器。

油泥在第一级和第三级桨叶式干燥器的干燥室内干燥产生二次蒸汽，将二次蒸汽引出各级干燥器的干燥室后，经过重力分离器分离出饱和二次蒸汽，并排出冷凝水和尾气。将饱和二次蒸汽通过高压风机压缩成过热蒸汽，将过热蒸汽送入第一级和第三级桨叶式干燥器的加热室作为热源，换热后的过热蒸汽冷凝为冷凝水和尾气，排出干燥器。干燥后的油泥由第三级桨叶式干燥器的出料口排出；

将重力分离器和三级干燥器排出的冷凝水和尾气经真空泵抽吸，然后送入离心分离器分离出冷凝水和尾气，将尾气送入废气脱臭系统进行净化处理，将冷凝水送入油水分离器，分离出的油返回至储油槽中作为混合油泥的原料循环使用。

将干燥后的油泥在蒸发器中进行油与干污泥的分离，分离出的油返回至储油槽作为混合油泥的原料循环使用，分离出的干污泥为焚烧炉的原料。

实施例3：

污水处理过程中产生的脱水污泥与废橡塑热解油按照重量比10:1均匀混合成油泥。

将五组立式盘式干燥器串联成五级干燥器。启动各级干燥器，将油泥送入第一级立式盘式干燥器的干燥室，一级干燥后的油泥依次送入第二至五级立式盘式干燥器的干燥室内进行干燥。向第五级干燥器的加热室引入导热油，换热后排出干燥器，可加热后循环使用。污泥在第五级干燥器的干燥室内产生二次蒸汽，将二次蒸汽引出干燥室后，离心分离器分离出饱和二次蒸汽，并排出冷凝水和尾气。将饱和二次蒸汽通过透平压缩机压缩成过热蒸汽，将过热蒸汽送入第一级至第四级干燥器的加热室作为热源，换热后的过热蒸汽冷凝为冷凝水和尾气，排出干燥器。

油泥在第一级至第四级立式盘式干燥器的干燥室内干燥产生二次蒸汽，将二次蒸汽引出各级干燥器的干燥室后，经过离心分离器分离出饱和二次蒸汽，并排出冷凝水和尾气。将饱和二次蒸汽通过透平压缩机压缩成过热蒸汽，将过热蒸汽送入第一级至第四级干燥器的加热室作为热源，换热后的过热蒸汽冷凝为冷凝水和尾气，排出干燥器。干燥后的油泥由第五级立式盘式干燥器的出料口排出；

将离心分离器和五级干燥器排出的冷凝水和尾气经离心分离器分离出冷凝水和尾气，将尾气送入废气脱臭系统进行净化处理，将冷凝水送入油水分离器，分离出的油返回至储油槽中作为混合油泥的原料循环使用。

将干燥后的油泥依次在螺杆挤压分离器和蒸发器中进行油与干污泥的分离，分离出的油返回至储油槽作为混合油泥的原料循环使用，分离出的干污泥为制砖的原料。

实施例4：

污水处理过程中产生的脱水污泥与废机油按照重量比1:1均匀混合成油泥。

将四组间接加热带式干燥器串联成四级干燥器。启动各级干燥器，将油泥送入第一级接加热带式干燥器的干燥室，同时向其加热室引入烟气。第一级干燥器的干燥室内油泥一级干燥后蒸发出二次蒸汽，将二次蒸汽引出干燥室后，经过离心分离器分离出饱和二次蒸汽，并排出冷凝水和尾气。将饱和二次蒸汽通过蒸汽喷射泵压缩成过热蒸汽，将过热蒸汽送入第二级至第四级干燥器的加热室作为热源，换热后的过热蒸汽冷凝为冷凝水和尾气，排出干燥器。

一级干燥后的油泥依次送入第二级至第四级干燥器的干燥室内进行干燥，油泥在各级干燥器内干燥产生二次蒸汽，将二次蒸汽引出各级干燥器的干燥室后，经过离心分离器分离出饱和二次蒸汽，并排出冷凝水和尾气。将饱和二次蒸汽通过蒸汽喷射泵压缩成过热蒸汽，将过热蒸汽送入第二级至第四级干燥器的加热室作为热源，换热后的过热蒸汽冷凝为冷凝水和尾气，排出干燥器。干燥后的油泥由第四级间接加热带式干燥器的出料口排出；

将离心分离器和四级干燥器排出的冷凝水和尾气经重力分离器分离出冷凝水和尾气，将尾气送入废气脱臭系统进行净化处理，将冷凝水送入油水分离器，分离出的油返回至储油槽中作为混合油泥的原料循环使用。

将干燥后的油泥在螺杆挤压分离器中进行油与干污泥的分离，分离出的油返回至储油槽作为混合油泥的原料循环使用，分离出的干污泥为气化炉的原料。

Claims (9)

1.一种污泥二次蒸汽压缩的多级干燥方法，其特征在于该方法的具体步骤是：

步骤(1)污水处理过程中产生的脱水污泥与油按照重量比1～20:1均匀混合成油泥；

步骤(2)将油泥干燥，具体方法是：

①将2～5个干燥器串联成多级干燥器，启动各级干燥器；

②将油泥送入第一级干燥器的干燥室，从第一级干燥器出料口排出后送入第二级干燥器的干燥室，以此类推，依次送入各级干燥器的干燥室内进行干燥；干燥后的油泥由末级干燥器的出料口排出；

③向多级干燥器中的设定级干燥器的加热室引入外部热源，油泥在设定级干燥器的干燥室内产生二次蒸汽，将二次蒸汽引出设定级干燥器的干燥室后，经过汽水分离器分离出饱和二次蒸汽，并排出冷凝水和尾气；将饱和二次蒸汽通过二次蒸汽压缩装置压缩成过热蒸汽，将过热蒸汽送入除设定级干燥器以外的其余各级干燥器的加热室作为热源，换热后的过热蒸汽冷凝为冷凝水和尾气，排出干燥器；

④油泥在除设定级干燥器以外的其余各级干燥器的干燥室内干燥产生二次蒸汽，将二次蒸汽引出其余各级干燥器的干燥室后，经过汽水分离器分离出饱和二次蒸汽，并排出冷凝水和尾气，将饱和二次蒸汽通过二次蒸汽压缩装置压缩成过热蒸汽，将过热蒸汽送入除设定级干燥器以外的其余各级干燥器的加热室作为热源，换热后的过热蒸汽冷凝为冷凝水和尾气，排出干燥器； 

⑤将汽水分离器和各级干燥器排出的冷凝水和尾气经气液分离器分离出冷凝水和尾气；将尾气送入废气脱臭系统进行净化处理，将冷凝水送入油水分离器，分离出的油返回至步骤(1)作为混合油泥的原料循环使用；

⑥需要干燥的油泥连续依次送入各级干燥器的干燥室，重复②～⑤；

步骤(3)将干燥后的油泥送入固液分离装置进行油与干污泥的分离，分离出的油返回至步骤(1)作为混合油泥的原料循环使用，分离出的干污泥为污泥干燥成品。

2.如权利要求1所述的一种污泥二次蒸汽压缩的多级干燥方法，其特征在于：步骤(1)所述的油为石油加工后的各种油品、废油或有机废弃物热解油。

3.如权利要求1所述的一种污泥二次蒸汽压缩的多级干燥方法，其特征在于：步骤(2)中所述的干燥器为间接加热式干燥器，具体为桨叶式干燥器、卧式圆盘干燥器、立式盘式干燥器、间接加热带式干燥器、间接加热流化床干燥器中的一种或几种的组合。

4.如权利要求1所述的一种污泥二次蒸汽压缩的多级干燥方法，其特征在于：步骤(2)中所述的设定级干燥器为多级干燥器中的任意一级干燥器。

5.如权利要求1所述的一种污泥二次蒸汽压缩的多级干燥方法，其特征在于：步骤(2)中所述的设定级干燥器加热室引入的外部热源为蒸汽、导热油或烟气。

6.如权利要求1所述的一种污泥二次蒸汽压缩的多级干燥方法，其特征在于：步骤(2)中所述的二次蒸汽压缩装置为高压风机、压缩机、透平压缩机或蒸汽喷射泵。

7.如权利要求1所述的一种污泥二次蒸汽压缩的多级干燥方法，其特征在于：步骤(2)中所述的汽水分离器为离心分离器或重力分离器。

8.如权利要求1所述的一种污泥二次蒸汽压缩的多级干燥方法，其特征在于：步骤(2)中所述的气液分离器为真空泵、冷凝器、离心分离器、重力分离器中的一种或几种的组合。

9.如权利要求1所述的一种污泥二次蒸汽压缩的多级干燥方法，其特征在于：步骤(3)中所述的固液分离装置为蒸发器、离心分离器、挤压分离器中的一种或几种的组合。