CN102936088A

CN102936088A - 一种污泥过热蒸汽三效联合干燥装置

Info

Publication number: CN102936088A
Application number: CN2012104051361A
Authority: CN
Inventors: 张绪坤; 朱保利; 余蓉; 马怡光; 魏伟; 王学成; 苏志伟
Original assignee: Nanchang Hangkong University
Current assignee: Nanchang Hangkong University
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2013-02-20

Abstract

一种污泥过热蒸汽三效联合干燥装置，第一效干燥器的一端连接蒸汽管，第一效干燥器的另一端经过排料器连接分离器Ⅰ，分离器Ⅰ连接冷凝器，冷凝器连接第一效干燥器，所述第一效干燥的下方设有储料器，储料器连接加料成型器的一端，加料成型器的另一端连接第二效干燥器，所述第二效干燥器的侧上方通过蒸汽管连接分离器Ⅱ，所述第二效干燥器的储料斗经过管道连接第三效干燥器。本发明与传统的热风对流干燥工艺相比较具有如下特点：实现了能量的梯级利用，能效率高于单效干燥工艺；大大降低了污泥干燥过程有害气体的数量和降低尾气处理的成本。

Description

一种污泥过热蒸汽三效联合干燥装置

技术领域

本发明涉及一种污泥干燥装置，尤其是一种污泥过热蒸汽三效联合干装置。

背景技术

城市污泥显著的特征是含水率高，初步沉淀的活性污泥含水率高达97%～99%，经过浓缩与消化后的含水率仍然高达90～92%，经过机械脱水后的污泥滤饼含水率为70%～85%。由于城市污泥含水率高，体积庞大，这为污泥的长距离输送和后续处理带来经济上和技术上的困难。污泥的填埋则因脱水泥饼含水率较高(一般为70%～85%)，土力学性质差，需混入大量泥土，从而导致土地的容积利用系数明显降低。2007年建设部出台的《城镇污水处理厂污泥处置—混合填埋泥质》标准和2008年环境保护部出台的《生活垃圾填埋污染控制标准（GB16889—2008）》中都明确规定，污泥混合填埋含水率应小于60%。脱水泥饼直接焚烧，也因其含固率低不能达到维持过程自行运作所需的能值，需加入辅助燃料，使处理成本明显增加，难以承受。污泥的低温热裂解制油是近年来处理城市污水处理过程中产生的有机污泥的一种可望达到能量平衡的新技术，但低温热裂解前必须对污泥进行干燥处理。综合分析上述污泥处理与处置所遇到的困难，不难看出污泥的含水率是关键的影响因素。因此，降低污泥含水率是解决目前在污泥处理所遇到的许多问题的关键，污泥的干化处理是污泥进行资源化的前提。传统的干燥方法有自然干燥法和加热干燥法，这两种干燥方法都会产生大量有害气体，污染环境。特别是加热干燥法，在干燥过程中有大量废气排出，同时较高的干燥温度有可能产生有害的苯系污染物，导致干燥尾气处理难度大、成本高。

过热蒸汽干燥（Superheated Steam Drying）是一项最近发展起来的新技术，它是指利用过热蒸汽直接与被干物料接触而去除水分的一种干燥方式。采用过热蒸汽三效联合干燥污泥具有以下优点：（1）节能效果显著。利用过热蒸汽作干燥介质的节能效果已被很多学者所证实。英国的Thomas用盘式过热蒸汽干燥机干燥陶瓷粉、染料，每吨染料汽耗花费从20英磅降到2英磅，节能达90%。德国BMA.AG研制的高压过热蒸汽干燥机干燥甜菜渣，固形物含量由30%干燥至90%，单位热耗与普通的热风干燥相比由50000kJ/kg降到仅有2900kJ/kg。Niro公司1985年开发的商业用压力流化床干燥机用于颗粒或浆状物料干燥试验证明与普通的滚筒干燥相比节能达90%，且无污染，产品质量也得到改善。爱尔兰和前苏联应用一种称为“Peco”的过热蒸汽干燥机干燥泥炭土，单位能耗与普通的热风干燥相比由3000-40000kJ/kg降到1700-1800kJ/kg。瑞典研制的一种过热蒸汽干燥机干燥泥炭土单位蒸发量的能耗仅为普通热风干燥的1/6-1/7。英国学者Stubbing认为，在一般的水蒸气中总热能大约84%为潜热，16%为显热。传统的干燥机利用大量的热风带走从被干物蒸发的水，排出的废气中包含的大量蒸汽潜热很难在有用的温度下回收，而采用过热蒸汽干燥，排出废汽仍然是水蒸气，温度保持在100℃以上，可经过冷凝、压缩和多级多效干燥回收其潜热；（2）传热传质效率高。过热蒸汽有较高的传热系数。Potter和Keogh用流化床干燥机干燥煤炭得出过热蒸汽干燥时热系数为200-500W/（m²·K），而热风搅拌式干燥机其传热系数仅为20-50W/（m²·K）。过热蒸汽干燥，由于整个环境仅有一种气体成分存在，水分从物料表面蒸发移动不是通过质的扩散而是以液流的压力差产生的体积流（bulk flow）作动力，Chu等人研究证明对于直径为1mm的水滴在150℃的过热蒸汽中只需10-6N/m²的压力差即可为蒸汽的扩散提供充分的驱动力。因此，在实际过程中从颗粒的表面移去蒸汽的阻力可以忽略，过热蒸汽干燥无气膜传质阻力；（3）过热蒸汽干燥有利于减少有害气体的二次污染和产生爆炸的危险。过热蒸汽多效干燥后几效是在密封条件下进行，只有最前一效有少量废气排出，干燥过程对环境的二次污染轻。另外，过热蒸汽干燥工作时物料的温度超过100℃，在这样的温度下对污泥不仅能干燥，且能消灭细菌和其他有毒微生物。过热蒸汽干燥的介质为过热蒸汽，没有空气存在，没有氧化和燃烧反应，无爆炸起火的危险。

发明内容

本发明的主要目的是采用过热蒸汽作为干燥介质对城市污泥进行三效干燥处理，解决传统干燥方式应用于污泥干燥中存在的能耗高、尾气排放产生而次污染与干燥时间长、效率低等技术难题。过热蒸汽三效联合干燥的第二效和第三效采用过热蒸汽对流干燥，由于干燥过程的干燥介质仅为过热蒸汽，水分从物料表面蒸发移动不是通过质的扩散而是以液流的压力差产生的体积流（bulk flow）作动力，过热蒸汽干燥无气膜传质阻力。因此，采用过热蒸汽三效干燥污泥的单位能耗将大大低于普通热风干燥能耗。

本发明的目的之二是污泥在传统的干燥过程不仅会释放出大量的水蒸气，而且会产生并伴随着水蒸气一起释放出有害气体。在过热蒸汽三效污泥干燥过程中，第二效和第三效干燥器均采用全密封的流化床干燥器。随着干燥温度的升高，必然产生有害的气体，这些有害的气体随着蒸汽进入前一效干燥器。但是，由于干燥过程是完全密闭的，没有有害气体释放到大气中。第一效采用间接式的传导干燥器，第二效和第三效排出的多余过热蒸气大部分被第一效传导干燥器冷凝，部分没有冷凝的蒸汽采用冷凝器冷凝，大大降低了第二效和第三效排出气体的数量。排出的有害气体主要为干燥过程产生的不可冷凝的气体，排出有害气体的体积将大大少于传统的热风对流干燥。同时，过热蒸汽干燥能实现无氧或少氧干燥环境，降低了干燥过程产生NO_x，SO_x等有毒气体的风险。采用过热蒸汽三效干燥污泥，干燥过程中产生的绝大部分气体可用冷凝的办法冷却变成冷凝液回到污水处理系统。由于有害气体的数量大大低于传统的热风对流干燥，因此尾气处理成本将低于传统的污泥干燥工艺。

本发明的目的之三是运用能量梯级利用原理，应用过热蒸汽三效联合干燥能进一步提高干燥过程的能效率。在过热蒸汽干燥过程中，干燥机蒸发的水分假如没有损失的话，就变成热焓较低的多余蒸汽，经济地利用这些蒸汽是过热蒸汽干燥是否做到节能的关键。采用过热蒸汽三效联合干燥，就是将后一级干燥室排出的多余蒸汽作为前一级的载汽，达到多效节能的效果，与多效蒸发器的工作原理相似。

本发明的目的之四是采用高温的过热蒸汽作为干燥介质，过热蒸汽温度高、热焓值大。过热蒸汽干燥工作时污泥的温度超过200℃，在这样的温度下对污泥不仅能干燥，具有强烈的灭菌消毒效果，能消灭细菌和其他有毒微生物。

本发明是这样实现的，它包括蒸汽管、第一效干燥器、分离器Ⅰ、排料器、冷凝器、储料器、加料成型器、第二效干燥器、分离器Ⅱ、储料斗、压力表、蒸汽发生器、第三效干燥器、循环风机、节流阀、过滤器、加热器、.蒸汽包、分离器Ⅲ，其特征是第一效干燥器的一端连接蒸汽管，第一效干燥器的另一端经过排料器连接分离器Ⅰ，分离器Ⅰ连接冷凝器，冷凝器连接第一效干燥器，所述第一效干燥的下方设有储料器，储料器连接加料成型器的一端，加料成型器的另一端连接第二效干燥器，所述第二效干燥器的侧上方通过蒸汽管连接分离器Ⅱ，所述第二效干燥器的储料斗经过管道连接第三效干燥器，所述第三效干燥器的侧上方通过蒸汽管连接分离器Ⅲ，蒸汽发生器依次通过蒸汽包、加热器、过滤器、节流阀和循环风机连接第三效干燥器、分离器Ⅲ、第二效干燥器、分离器Ⅱ和第一效干燥器形成蒸汽通路，所述蒸汽包上连有压力表。

本发明所提供的技术方案由如下步骤组成：

（1）湿污泥由加料口进入到以传导加热为主的第一效干燥器内，来自于第二效和第三效流化床干燥过程中产生的多余过热蒸汽成为第一效干燥器的热源，湿污泥被加热，污泥部分水分被蒸发。蒸发的水汽经过分离后，进入空气冷凝器，水蒸气被冷却变成水后返回到污水处理系统，干燥过程仅有少量的不能冷凝的废气排出。

（2）在第一效经过初步干燥的污泥由加料器成型器输送至第二效干燥器内，污泥在高温过热蒸汽的作用下进一步被干燥，并在流化作用下进入第三效干燥器，污泥在第三效干燥器内进一步干燥，达到要求的水分排出干燥机外。

（3）第三效干燥器的初始蒸汽来自于蒸汽发生器，初始蒸汽经过第三效干燥器后，对干燥器内的污泥进行加热使污泥内的水分蒸发。初始蒸汽和污泥蒸发的蒸汽混合后，经过分离器去除蒸汽中的灰分，在循环风机的作用下通过加热器变成具有吸湿性极高的过热蒸汽，过热蒸汽再通过污泥使其水分不断蒸发，如此循环下去，污泥被干燥到要求的水分后排出干燥外。

（4）第三效干燥器产生的多余过热蒸汽作为第二效干燥器的初始蒸汽，对干燥器内的污泥进行加热使污泥内的水分蒸发。污泥蒸发的蒸汽经过分离器去除蒸汽中的灰分，在循环风机的作用下通过加热器同样变成具有吸湿性极高的过热蒸汽，过热蒸汽通过污泥使其水分不断蒸发，污泥被干燥后排出第二效干燥器，进入第三效干燥器。

（5）在第二效和第三效干燥过程中，由于过热蒸汽不断通过被干燥的污泥，污泥的水分不断地被蒸发，必然会产生过剩的过热蒸汽，若过剩的过热蒸汽不能被利用，将会是干燥的效率大大降低。本发明把第三效和第二效干燥器产生的多余的过热蒸汽通过管路1引入到一效传导加热的第一效干燥器内，作为第一效传导干燥的热源，实现过热蒸汽干燥过程多余蒸汽的合理利用，提高三效联合干燥的能效，达到节能的目的。

本发明与传统的热风对流干燥工艺相比较具有如下特点：（1）污泥在第三效和第二效干燥器内实现高温干燥，提高了干燥的效率，第三效和第二效多余的过热蒸汽作为第一效传导干燥器的热源，实现了能量的梯级利用，能效率高于单效干燥工艺；（2）第三效和第二效干燥过程中产生的过剩的高温过热蒸汽的潜热被第一效传导干燥过程所利用，多余的过热蒸汽在传导干燥过程被冷凝成冷凝水排入污水处理系统，仅有少量不能冷凝的有害气体排出，大大降低了污泥干燥过程有害气体的数量和降低尾气处理的成本；（3）第一效传导干燥过程产生的低温蒸汽同样通过冷凝器进行冷却，把蒸汽变成冷凝水，仅产生少量有害气体的排放，同样降低了污泥干燥过程有害气体的数量和降低尾气处理的成本。

附图说明

图1为本发明的原理示意图。

在图中，1.蒸汽管 2.第一效干燥器 3.分离器Ⅰ 4.排料器 5. 冷凝器 6.储料器 7.加料成型器

8.第二效干燥器9.分离器Ⅱ 10.储料斗 11.压力表 12.蒸汽发生器 13.第三效干燥器 14.循环风机

15.节流阀 16.过滤器17.加热器 18.蒸汽包 19. 分离器Ⅲ。

具体实施方式

如图1所示，本发明是这样实现的，第一效干燥器2的一端连接蒸汽管1，第一效干燥器2的另一端经过排料器4连接分离器Ⅰ3，分离器Ⅰ3连接冷凝器5，冷凝器5连接第一效干燥器2，所述第一效干燥2的下方设有储料器6，储料器6连接加料成型器7的一端，加料成型器7的另一端连接第二效干燥器8，所述第二效干燥器8的侧上方通过蒸汽管连接分离器Ⅱ9，所述第二效干燥器8的储料斗10经过管道连接第三效干燥器13，所述第三效干燥器13的侧上方通过蒸汽管连接分离器Ⅲ19，蒸汽发生器12依次通过蒸汽包18、加热器17、过滤器16、节流阀15和循环风机14连接第三效干燥器13、分离器Ⅲ19、第二效干燥器8、分离器Ⅱ9和第一效干燥器2形成蒸汽通路，所述蒸汽包18上连有压力表11。

干燥过程中污泥的运动流程：（1）湿污泥由加料口进入到以传导加热为主的第一效干燥器（2）内（图1），在来自于第二效、第三效产生的多余过热蒸汽的加热下，污泥被蒸汽通过传导加热，污泥部分水分被蒸发，得到初步干燥的污泥；

（2）经过初步干燥的污泥由第一效干燥器流出，再由加料成型器（7）输送至第二效干燥器（8）内，在高温过热蒸汽的作用下，污泥进一步干燥。

（3）经过进一步干燥的污泥由第二效干燥器流出，再进入第三效干燥器（13）内，在高温过热蒸汽的作用下，污泥再次得到干燥，达到要求的水分排出第三效干燥器（13）。

干燥过程过热蒸汽的运动流程：（4）初始蒸汽来自于蒸汽发生器（12），初始蒸汽经过第三效干燥器（13）后，对干燥器内的污泥进行加热使污泥内的水分蒸发（图1）。

（5）初始蒸汽和污泥蒸发的蒸汽混合后，经过分离器去除蒸汽中的灰分，在循环风机（14）的作用下通过加热器（17）变成具有吸湿性极高的过热蒸汽。过热蒸汽再通过污泥使其水分不断蒸发，过热蒸汽量不断增加，在第三效干燥装器（13）内形成了过量的蒸汽。

（6）第三效干燥器（13）产生的多余过热蒸汽作为第二效干燥器（8）的初始蒸汽，蒸汽经过干燥器后，对干燥器内的污泥进行加热使污泥内的水分蒸发。污泥蒸发的蒸汽经过分离器去除蒸汽中的灰分，在循环风机的作用下通过加热器同样变成具有吸湿性极高的过热蒸汽，使第二效干燥器内污泥的水分不断蒸发。

（7）在第三效和第二效产生的多余的过热蒸汽通过管路1引入第一效干燥器（2）内，作为第一效干燥器的热源，与第一效干燥器内的低温污泥进行热量的传导交换。过热蒸汽就变了冷凝水，冷凝水排入污水处理系统。干燥过程产生的多余蒸汽的潜热得到二次利用，大大地提高干燥系统的能效率。

本发明采用二效对流与一效传导联合的干燥方式，解决过热蒸汽干燥过程中多余蒸汽的利用问题，充分利用多余蒸汽的潜热，提高污泥干燥的效率。利用过热蒸汽能实现第二效和第三效的密闭操作，使得污泥的干燥过程废气排放仅为不能冷凝的气体，大大降低了污泥干燥尾气处理的成本。干燥过程以蒸汽作为干燥介质，实现无氧干燥，干燥操作温度在200℃以上，干燥效率高，不存在污泥热风高温干燥过程产生二噁英的风险。

Claims

1.一种污泥过热蒸汽三效联合干燥装置，它包括蒸汽管、第一效干燥器、分离器Ⅰ、排料器、冷凝器、储料器、加料成型器、第二效干燥器、分离器Ⅱ、储料斗、压力表、蒸汽发生器、第三效干燥器、循环风机、节流阀、过滤器、加热器、.蒸汽包、分离器Ⅲ，其特征是第一效干燥器的一端连接蒸汽管，第一效干燥器的另一端经过排料器连接分离器Ⅰ，分离器Ⅰ连接冷凝器，冷凝器连接第一效干燥器，所述第一效干燥的下方设有储料器，储料器连接加料成型器的一端，加料成型器的另一端连接第二效干燥器，所述第二效干燥器的侧上方通过蒸汽管连接分离器Ⅱ，所述第二效干燥器的储料斗经过管道连接第三效干燥器，所述第三效干燥器的侧上方通过蒸汽管连接分离器Ⅲ，蒸汽发生器依次通过蒸汽包、加热器、过滤器、节流阀和循环风机连接第三效干燥器、分离器Ⅲ、第二效干燥器、分离器Ⅱ和第一效干燥器形成蒸汽通路，所述蒸汽包上连有压力表。