CN102435082A

CN102435082A - 一种两相换热器及利用水泥窑余热干化污泥的系统

Info

Publication number: CN102435082A
Application number: CN2011103339964A
Authority: CN
Inventors: 顾军; 殷杰; 李春萍; 芦澍
Original assignee: Beijing Building Materials Academy of Sciences Research
Current assignee: Beijing Building Materials Academy of Sciences Research
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2012-05-02
Anticipated expiration: 2031-10-28
Also published as: CN102435082B

Abstract

本发明公开了一种两相换热器及利用水泥窑余热干化污泥的系统。包括垃圾处理水泥窑排烟管道和污泥干燥机，所述污泥干燥机有一个通过污泥的干燥箱段，一个热风输送管道与干燥箱段接通，所述排烟管道和热风输送管道之间设置有一个封闭两相换热器；换热器凝结段设置在热风输送管中，换热器蒸发段设置在排烟管道中。本发明封闭两相传热依赖装入内部的流体的相态变化来传递热量的装置，其热效率为95%以上；可回收30％的热能；因此综合热效率较高。系统可从两个方面避免臭气产生：1.污泥干化温度较低，使得挥发性物质溢出很少；2.干化污泥的所用空气为封闭自循环气体，只是解压调整时释放少量气体，可经简易除臭装置或直接通入水泥窑炉烧掉，对外部环境无影响。

Description

一种两相换热器及利用水泥窑余热干化污泥的系统

技术领域

本发明涉及污泥处理和处置领域，尤其涉及一种两相换热器及利用水泥窑余热干化污泥的系统。

背景技术

城市污水污泥的处理处置问题是伴随着污水处理厂的产生而产生的。污泥是城市污水处理过程中产生的体积最大的副产品，含水率高、不易脱水。污泥中既含有易腐败的有机物质和无机营养元素，也含有大量的病原菌、寄生虫（卵），还有Cu、Zn、Cr和Hg等重金属，以及部分有害的难降解有机物，如多环芳香族碳氢化合物等。这些化学物质不仅会污染地表水和地下水源，污泥散发的臭气也会污染空气，病原体对人类健康也是潜在的威胁。过去我国一直“重水轻泥”，污泥在我国目前尚无妥善的最终处置方法，许多污水厂污泥随意堆放造成二次污染，污泥发臭引起居民不满，带来了严重的环境和社会问题。

目前我国污泥的处理处置所依据的原则是“减量化、稳定化、无害化和资源化”。脱水污泥的处理处置方法有多种，国内常见的脱水污泥的处理工艺有热干化、堆肥和焚烧，最终处置工艺有卫生填埋、农业利用和建材利用等。脱水污泥的含水率高，一般在75～85%，如果将脱水污泥直接用于上述处理处置工艺，存在很多问题：1）湿污泥水份高导致污泥热值低，利用价值降低；2）污泥本身的特性使其难于干化，耗能高，增加了利用成本；3）污泥黏性大，易粘结器壁，堵塞和腐蚀设备；4）湿污泥状态不稳定在储存中容易产生沼气，以及生产过程中产生粉尘和挥发性可燃物，带来自燃和爆炸等安全隐患。

可以说脱水污泥的含水率高是其进一步处理处置的障碍，这就要求污泥必须进行干化降低含水率，以满足减量化和资源化的要求。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提出的一种两相换热器及利用水泥窑余热干化污泥的系统技术方案，该方案。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种封闭两相换热器，包括蒸发段和凝结段，蒸发段和凝结段通过管路相互串联连通形成一个封闭的环路空间，从所述环路空间抽取空气形成真空环路，在环路中放置纯净水，所述蒸发段和凝结段分别是由多个垂直排列的金属管组成，金属管之间相互并联连通。

一种用水泥窑余热干化污泥的系统，包括垃圾处理水泥窑排烟管道和污泥干燥机，所述污泥干燥机有一个通过污泥的干燥箱段，一个热风输送管道与干燥箱段接通，所述排烟管道和热风输送管道之间设置有一个封闭两相换热器；所述换热器包括蒸发段和凝结段，蒸发段和凝结段通过管路相互串联连通形成一个封闭的环路空间，从所述环路空间抽取空气形成真空环路，在环路中放置纯净水，所述蒸发段和凝结段分别是由多个垂直排列的金属管组成，金属管之间相互并联连通；所述凝结段设置在热风输送管中，热风输送管中流动的气流从凝结段的金属管之间穿过，所述蒸发段设置在排烟管道中，排烟管道中的烟气从蒸发段的金属管之间穿过。

所述排烟管道包括排烟主管道和排烟分管道，所述高处换热箱设置在排烟分管道中，在排烟管道中设置有分管道烟流量调节阀门。

所述干燥箱段包括相互串联的干燥段和冷却段，所述热风输送管道是一个与干燥箱段和冷却段顺序连通的循环管道，在所述冷却段设有循环风管路，在循环风管路上设置有冷凝除水器。

所述热风输送管中流动的气流进入干燥箱段后的流速是1m/s。

本发明与已有技术相比产生的有益效果是：

1、封闭两相传热技术，即在一个抽成真空的封闭的体系内，依赖装入内部的流体的相态变化来传递热量的装置，其热效率为95%以上；

2、安全：本发明系统可实现的工艺从控制粉尘含量入手确保系统安全：污泥与烘干带相对静止，环流热空气以较低速度（1m/s）轻柔的穿过污泥层，因此装置中粉尘含量<<lOmg／m3；带式干燥装置在运行中保持微负压，确保了粉尘不会逸出到环境中，并且颗粒污泥在带式干燥机末端被冷却到30℃以下，通过皮带输送机至污泥贮仓，避免了污泥过干过热带来自燃风险；

3、节能：本发明系统可实现的工艺所采用热能均为温度低于200度的水泥窑尾气余热，为废弃热源，可谓“零耗能”。干燥工艺利用第一阶段产生热量加热第二阶段的环流空气，还可回收30％的热能．因此综合热效率较高；

4、无臭气：该系统工艺从两个方面避免臭气产生：一、污泥干化温度较低（最高90℃），使得挥发性物质溢出很少；二、干化污泥的所用空气为封闭自循环气体，只是解压调整时释放少量气体，可经简易除臭装置或直接通入水泥窑炉烧掉，对外部环境无影响。

下面结合附图实施例对本发明作一详细描述。

附图说明

图1为本发明两相换热器结构示意图；

图2为本发明水泥窑余热干化污泥的系统结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

一种封闭两相换热器实施例，参见图1，所述换热器包括两个一高一低不在一个水平面上设置的蒸发段2和凝结段1，凝结段的底部高于蒸发段的顶部，蒸发段2和凝结段通过管路3相互串联连通形成一个封闭的环路空间，从所述环路空间抽取空气形成真空环路，在环路中放置纯净水或蒸馏水，纯净水充满蒸发段，所述蒸发段2和凝结段分别是由多个垂直排列的金属管4组成，金属管之间相互并联连通。上述换热器结构是一种封闭两相流体传热技术，即在一个抽成真空的封闭的体系内，依赖装入内部的流体的相态变化来传递热量的装置。其热效率为95%以上，很好的实现了热的有效利用。换热器蒸发段和凝结段金属管内和连通管内设置有管芯，管芯是一种紧贴管壳内壁的毛细结构，通常用多层金属丝网或纤维等以衬里形式紧贴内壁以减小接触热阻，衬里也可由多孔陶瓷或烧结金属构成。

换热器的工作液要有较高的汽化潜热、导热系数，合适的饱和压力及沸点，较低的粘度及良好的稳定性。工作液体还应有较大的表面张力和润湿毛细结构的能力，使毛细结构能对工作液作用并产生必须的毛细力。工作液还不能对毛细结构和管壁产生溶解作用，否则被溶解的物质将积累在蒸发段破坏毛细结构。

当换热器的一端受热时毛细芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体，液体在沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环不已，热量便从一端传到了另一端！在这一热量转移的过程中，具体包含了以下六个相互关联的过程：（1）热量从热源通过换热器管壁和充满工作液的吸液芯传递到液-气分界面；（2）液体在蒸发段的液-气分界面上蒸发；（3）蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流向冷凝段；（4）蒸汽在冷凝段内的液-气分界面上凝结；（5）热量从液-气分界面通过吸液芯、液体和管壁传给冷源；（6）在吸液芯内由于毛细作用（或重力等）是冷凝后的工作也体回流到蒸发段。

实施例2：

一种用水泥窑余热干化污泥的系统实施例，参见图2和实施例1，所述系统包括垃圾处理水泥窑排烟管道5和污泥干燥机，所述污泥干燥机有一个通过污泥的干燥箱段6，一个热风输送管道7与干燥箱段接通，其中，所述排烟管道和热风输送管道之间设置有如实施例1所述的封闭两相换热器；所述两相换热器包括两个一高一低不在一个水平面上设置的蒸发段2和凝结段1，凝结段的底部高于蒸发段的顶部，蒸发段和凝结段通过管路串联连通形成一个封闭的环路空间，从所述环路空间抽取空气形成真空环路，在真空环路中放置纯净水，纯净水水位充满蒸发段并低于凝结段的底部，所述蒸发段和凝结段分别是由多个垂直排列的金属管组成，金属管之间相互并联连通；其中，所述凝结段设置在热风输送管中，热风输送管中流动的气流7-1从凝结段的金属管之间穿过，所述蒸发段设置在排烟管道中，排烟管道中的烟气5-1从蒸发段的金属管之间穿过。

本实施例系统可以实现利用余热干化污泥的方法，该方法作为污泥全干化处理，所得污泥含水率低于20%，所用热源为锅炉或回转窑尾气余热，不耗用干净能源，大大降低污泥干化能耗及最终处置和利用成本。

本实施例利用烟气余热干化污泥系统中的污泥干燥机，在干燥箱段之前还包括造粒装置8、输送皮带9以及干泥仓10、风机、冷凝段、除臭装置、电机、自控和在线监测装置。

自动监测和自动控制包括进料、造粒、传动、出料的全自动运行过程，并通过在线监测判断终点，无需人工，使用操作方便，实现了低速干化，大大减少能耗，同时减少设备磨损。

本系统所采用的尾气温度（烟气温度）低于180℃，在当前技术水平下被认为是难于被利用的“废弃热源”。通过热气体穿透污泥层，带走大量水分。由于是低温干燥，不产生臭气，大大降低臭气处理费用及大大改善周边环境。干化机能使污泥含水率降至20%以下。封闭两相传热技术，即在一个抽成真空的封闭的体系内，依赖装入内部的流体的相态变化来传递热量的装置。其热效率为95%以上，很好的实现了废热的有效利用。

为了实现对蒸发段温度的控制，所述排烟管道包括排烟主管道和排烟分管道，所述高处换热箱设置在排烟分管道中，在排烟管道中设置有分管道烟流量调节阀门5-4。

为了式烘干的污泥加速冷却，所述干燥箱段包括相互串联的干燥段6-1和冷却段6-2，所述热风输送管道是一个与干燥箱段和冷却段顺序连通的循环管道，在所述冷却段设有循环风管路11，在循环风管路上设置有冷凝除水器12。

本实施例工艺从控制粉尘含量入手确保系统安全：污泥与烘干带相对静止，环流热空气以较低速度（1m/s）轻柔的穿过污泥层，因此装置中粉尘含量<<l0mg／m³；干燥剂的输送皮带和干燥箱段处于一个封闭的结构，在运行中保持微负压，确保了粉尘不会逸出到环境中，并且颗粒污泥在干燥箱段末端被冷却到30℃以下，通过皮带输送机至干泥仓，避免了污泥过干过热带来自燃风险。因此，所述热风输送管中流动的气流进入干燥箱段后的流速是1m/s。

本实施例通过以下步骤对污泥进行余热干化：

A、将含水率为80%的污泥经造粒，挤成面条状，送入带式干化机；

B、在带式干化机内，污泥被均匀平铺在皮带机上，循环气体穿过污泥层，带走污泥水分；

C、气体通过强制循环，通过冷凝干燥器去除水汽，经干燥的空气经加热后再进入干化机内；

D、干化机内加热空气的热源来自窑炉尾气余热，通过相变热交换器取热传递给干化机内空气；

E、通过空气不断循环，污泥被干化至含水率20%以下，干污泥被送入污泥储仓以备后续利用。

Claims

1.一种封闭两相换热器，其特征在于，所述换热器包括蒸发段和凝结段，蒸发段和凝结段通过管路相互串联连通形成一个封闭的环路空间，从所述环路空间抽取空气形成真空环路，在环路中放置纯净水，所述蒸发段和凝结段分别是由多个垂直排列的金属管组成，金属管之间相互并联连通。

2.一种用水泥窑余热干化污泥的系统，包括垃圾处理水泥窑排烟管道和污泥干燥机，所述污泥干燥机有一个通过污泥的干燥箱段，一个热风输送管道与干燥箱段接通，其特征在于，所述排烟管道和热风输送管道之间设置有一个封闭两相换热器；所述换热器包括蒸发段和凝结段，蒸发段和凝结段通过管路相互串联连通形成一个封闭的环路空间，从所述环路空间抽取空气形成真空环路，在环路中放置纯净水，所述蒸发段和凝结段分别是由多个垂直排列的金属管组成，金属管之间相互并联连通；所述凝结段设置在热风输送管中，热风输送管中流动的气流从凝结段的金属管之间穿过，所述蒸发段设置在排烟管道中，排烟管道中的烟气从蒸发段的金属管之间穿过。

3.根据权利要求2所述的一种用水泥窑余热干化污泥的系统，其特征在于，所述排烟管道包括排烟主管道和排烟分管道，所述高处换热箱设置在排烟分管道中，在排烟管道中设置有分管道烟流量调节阀门。

4.根据权利要求2所述的一种用水泥窑余热干化污泥的系统，其特征在于，所述干燥箱段包括相互串联的干燥段和冷却段，所述热风输送管道是一个与干燥箱段和冷却段顺序连通的循环管道，在所述冷却段设有循环风管路，在循环风管路上设置有冷凝除水器。

5. 根据权利要求2所述的一种用水泥窑余热干化污泥的系统，其特征在于，所述热风输送管中流动的气流进入干燥箱段后的流速是1m/s。