CN103069239A - 用于污泥干燥的方法和设施 - Google Patents

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Abstract

本污泥干燥器件的特征在于拖动污泥和沙的混合物的气体在干燥(6)和分离(8)后被回收利用，以被压缩(10)，并作为热交换流体通过干燥器(6)再次流通。进行了压缩，以提高包含有蒸发水分的气体的露点温度，使得蒸发的潜热能被用于干燥的气体回收。所需操作功率则可远低于用于蒸发包含在污泥中的水分所需的功率，因为该功率的大部分被回收了。应用于废水处理。

Description

用于污泥干燥的方法和设施
技术领域
本申请涉及用于污泥干燥的方法和设施。
背景技术
存在对尤其是源自废水处理厂的污泥进行处理和临时存放的日益增加的需求。所述处理可能包括焚烧，但由于所述污泥的水分含量，所述焚烧要求大量的能量。这是为什么焚烧经常被干燥取代，或者焚烧前进行干燥，以便降低所述污泥中的水分含量，并从而使污泥更易燃。但是干燥本身消耗大量能量，已知方法一般消耗在潜热的120％至180％之间，用于水的蒸发。在当前方法中，潮湿的污泥在盘或滚筒上在传送带上被运输，并且使热气流从潮湿的污泥上通过。加热能量可以由使用天然气操作的锅炉提供给干燥气体，并获得经干燥的污泥和由干燥气体和水蒸气组成的雾气；这些产物的热能很难被回收。
文件US-4153411描述一种方法，其中潮湿污泥被与颗粒材料例如经预热的沙混合起来。潮湿污泥和沙之间的密切混合协助水的蒸发，因为加热通过所述沙发生。在标准器件例如旋风分离器中干燥后，经干燥的污泥和沙被分离，而所述沙可以被回收利用。该设计的另一优点是污泥经所述设施的运输更为容易，因为所述沙使得所述混合物更不粘连，并因此更少粘结于运输管道的壁。但是在圆满地回收热量方面依然存在困难，因此该方法并不比其它方法更为经济。
另一已知的污泥干燥器件是由GEA公司以“过热蒸汽干燥”的名称销售的，并由蒸汽环管组成，所述潮湿污泥被注入到所述蒸汽环管中。在干燥期间，所述蒸汽被外部加热装置加热。经干燥的污泥在旋风分离器中被回收，而用于运输经干燥的污泥的气体被过热，然后被重新压缩，以便能与潮湿污泥再次混合。发明内容
本申请的目的在于改善所述技术领域中的已知的方法和设施，同时回收已经用于蒸发的热量，以便以温和得多的外部热流来工作。
本申请的一个方面在于一种用于持续的污泥干燥的方法，包括：将潮湿污泥在气流中与分开的固体材料混合；通过将包含在所述污泥中的水分蒸发到气体中，来充分加热所述混合物以干燥所述污泥；然后将经干燥的污泥与潮湿气体和分开的固体材料分离开，其特征在于，变得潮湿的所述气体被压缩，导致温度增加，使得所述气体中包含的水分的凝结被用于加热所述混合物的下一部分。
根据本申请的干燥器包括冷线路，气体(当时称为干燥气体)、潮湿污泥和分开的材料在所述冷线路中流通。随着污泥在冷线路中流通，污泥的水分蒸发如此彻底，以至干燥器下游侧的污泥变得干燥，并且气体变得潮湿。该冷线路被热线路加热，所述潮湿气体在首先与污泥和分开的材料分离开而后被压缩后，在热线路中流通。所述气体然后被压缩并处于潮湿状态。
本申请的一个重要特征在于，潮湿气体的压缩提高水蒸气的露点。因此，当潮湿气体(潮湿)进入到干燥器的热线路中时，蒸汽与冷线路的壁(冷壁)接触，所述壁的温度低于所述蒸汽的露点温度。所述蒸汽然后在所述冷壁上凝结，使得用于蒸发的潜热被回收，然后能被用于加热在冷线路中流通的气体(干燥)，使该气体变得足够暖以致能被用于干燥污泥。在冷线路中，由气体(干燥)、潮湿污泥和分散的材料组成的混合物被保持在充分低的压强下，使得污泥中的水分蒸发，从而湿化所述气体并干燥所述污泥。所述干燥方法可以以用于蒸发水的潜热的20％至50％(在本申请的较好的实施例中更精确地约为30％)的较低的外部热量输入被维持。压缩热而潮湿的气体(潮湿)的优点是提高露点，直到露点高于干燥器的冷线路的温度。
与本申请的精神相容的是，在加热后，气体应该被干燥，并通过将所述气体并入随后的混合物的第二部分而被回收利用，以便在干燥混合物之前将该热量注入到所述混合物中，而不是失去气体中剩余的热量。则所获得的效果是避免难闻污水的完全闭合的气体线路。然后可以选择气体，例如中性气体。然后经干燥的气体能在返回到混合物的所述部分之前有利地被加热。
所述经干燥的气体的另一有益效果是所述经干燥的气体能用于拖动混合物通过污泥干燥位置，直至分离位置。换言之，所述气体用作用于与分开的材料混合的污泥的气动运输装置。
本申请的另一个方面在于一种污泥干燥的设施，包括：潮湿污泥和分开的固体材料的混合器；气流的注入器(干燥)；污泥的干燥器；经干燥的污泥、分开的固体材料和变得潮湿的气体(潮湿)的分离器；以及运输所述混合物在所述混合器和所述分离器之间通过所述干燥器的运输装置，其特征在于，所述设施包括：所述分离器和所述干燥器之间的管道，所述变得潮湿的气体(潮湿)
跟随所述管道；以及压缩器，其存在于所述分离器和所述干燥器之间，所述干燥器为所述变得潮湿的气体(潮湿)和所述混合物之间的热交换器。带有所述压缩器的导管能将潮湿气体(潮湿)转移至干燥器壳部或热线路，在那里所述潮湿气体的部分水分在与冷线路接触时凝结，以便如上述那样用被气体回收的热量干燥污泥。
所述管道能通过湿化器件将所述干燥器连接到所述注入器上，以回收利用所述气体。该器件在所述干燥器的出口侧使气体中的部分水分凝结。
所述注入器可以处于所述混合器的出口处，并且如果所述混合物的运输装置由鼓风机管道组成，则所述设施可以被设计为使得经回收利用的气体能被用于拖动所述混合物。在所述鼓风机管道的一个有利的设置中，所述管道至少在通过所述干燥器处被分开成几个相邻的管道，并且所述变得潮湿的气体通过的管道形成围绕所述气体的鼓风机管道的壳部；热交换则因所述管的较大的总表面积而尤其容易。注意所述鼓风机管道分开成较薄的管有助于导流和均匀拖动。分开的固体材料例如沙的存在也有助于所述混合物的碎裂和在所述管中的流动，以及管壁的定期清洁。即便仅在污泥和固体分开的材料的混合物通过反应器皿到达所述鼓风机管道处的位置的下游鼓风、直到所述混合物分离，这样通过鼓风拖动所述混合物(与将所述管道分开成各管的方式同样)也是本申请确保高处理容量的另一重要的特征。由于被拖动的材料中的分开的固体材料与污泥相比是主要或极主要的，通过气动装置的流动更容易实现，因为所述混合物的蒸发也更为容易。
在一个重要的实施例中，所述壳部被挡板分开成水平地对齐的隔间，每个所述隔间均被提供有排水管道，所述排水管道在所述隔间下开口并在所述隔间下延伸。分开成挡板迫使加热气体采取之字形路径，进一步协助热交换，并且气体中的许多凝结的水分被沉积在所述壳部的底部，沉积的水分在所述底部处能被定期移走。
因此，如上所述，需要较小的外部热量来维持所述方法。有利地，计划仅使用的外部热量源是：在所述湿化器件(如果有的话)和所述注入器之间的气体预热器，和/或在所述干燥器和所述分离器之间的所述混合物的过热器。
附图说明
现在将结合以下附图更详细地说明本申请。
图1是所述设施的一般视图。
图2显示混合器和注入器的相应实施例。
图3显示干燥器的实施例。
图4显示过滤器。
图5显示注入器的另一实施例。
图6显示干燥器的另一实施例。
图7显示在冷线路中流通的运输所述污泥的气体以及在热线路中流通的潮湿气体在所述干燥器中的温度变化。
具体实施方式
我们将自说明图1开始。所述设施包括：混合器(1)，潮湿污泥和沙或其它分开的材料的进料口(2和3)进入到混合器(1)中；注入器(4)，在混合器(1)输出端处；然后包括在混合物(5)被运输的路径的下游方向依次工作的干燥器(6)、过热器(7)和分离器(8)。回收利用管道(9)依次从分离器(8)引导至压缩器(10)、然后引导至干燥器(6)、湿化器件(11)、预热器(12)、流控制阀(13)、并最后引导至注入器(4)。以下将更详细地叙述这些器件中的一些以及它们的设置。因此图2显示混合器(1)，其由蜗杆(14)组成，蜗杆(14)被马达(15)在进料口(2和3)通过的管道(16)中转动，以在蜗杆(14)的螺纹之间传递污泥和沙。每一进料口(2和3)由料斗(17)组成，料斗(17)通过下游控制管道(18)连接到混合器(1)上。在蜗杆(14)中形成的潮湿污泥和沙的混合物在所述蜗杆的末端处落入注入器(4)中，并首先落入料仓(19)，所述混合物自料仓(19)被传递螺杆(20)连续地抽离，传递螺杆(20)具有与混合器(1)中存在的蜗杆(14)完全一样的结构，但是传递螺杆(20)的功能是将所述混合物的分离的较小的连续流运输至运输路径(5)。料仓(19)还包括具有进料螺杆(22)的混合系统(21)，进料螺杆(22)围绕水平轴转动，并处在螺杆(20)上方。进料螺杆(22)的叶片本身是转动螺杆(23)，转动螺杆(23)完成混合并防止弓起，换言之，防止在这些螺杆上方形成空隙。这样所述转动螺杆使所述混合物的水平均等。马达(24)转动进料螺杆(22)和螺杆(23)。可以想象其它混合器件。
传递螺杆(20)延伸至混合料仓(19)的底部并伸出料仓(19)，并引导至与传递螺杆(20)正交的薄的平行的鼓风机管道(25)。传递螺杆(20)和风机管道(25)有利地为水平。注入器(4)在传递螺杆(20)和鼓风机管道(25)交叉处终止，运输路径(5)相应于所有鼓风机管道(25)。可以在传递螺杆(20)的出口前面在鼓风机管道(25)中形成截面限制部(26)，以增加鼓风气体的速度并协助所述混合物碎裂并协助其被所述气体夹带。在控制阀(13)下游形成的源自回收利用管道(9)的分支连接的鼓风机管道(25)携带源自分离器(8)的气体。鼓风机管道(25)有利地为笔直，以限制压耗，协助被沙(或更一般地，被所述分开的固体材料)自洁，并降低磨损，但其倾向为较长。
参考图3。鼓风机管道台架(25)通过干燥器(6)的壳部(26)，与所述壳部形成热交换器。壳部(26)相应于回收利用管道(9)的一部分，壳部(26)的上游部分在一端打开，壳部(26)的下游部分在另一端打开。挡板(27)将壳部(26)内部分成隔间，通过回收利用管道(9)的气体经所述隔间陆续通过，与鼓风机管道(25)接触，引起热交换。由于所述回收利用气体是潮湿的，并通过在壳部(26)中凝结而失去所述气体的大部分湿度，则水在底部流走，并且必须被排放掉。管道(28)被提供在壳部(26)的隔间的底部处，用于所述排放的目的，并引导至容器(29)中。由于壳部(26)的各端部处有不可忽略的压差，(与容器(29)中水位相互关联的)各水位可能显著不同(例如对于0.1巴的压差为1m)，从而至关重要的是确保沉积在最下游的隔间中的水不干扰气体流通或到达鼓风机管道(25)。自壳部(26)下方向下延伸的管道(28)使得可以使用足够深的容器(29)并避免上述问题。
所述设施中的其它元件是已知的，并且不需要或需要极少的说明。我们将提及，分离器(8)可以包括用以回收沙的旋风分离器、以及用于收集干燥污泥的过滤器。所述过滤器可以为已知类型的柔性滤芯过滤器，其包括悬于容器(31)中的如图4所示的多孔柔性柱形膜(30)。潮湿气体和干燥污泥的混合物必须经由自进口管道(32)至出口管道(33)的向上的流而通过膜(30)。增压器件(34)使膜(30)保持膨胀并打开。潮湿气体通过膜(30)，但污泥颗粒被留在了膜(30)中。当所述过滤器被堵塞住时，则停止器件(34)产生的真空，过滤器(30)解体，并且所述过滤器的内容落入容器(31)底部处的料斗(35)中，所述内容可在料斗(35)中被收集。被回收的沙可以自动被诸如带传送器的器件送至进料口(3)。所述器件也可以是闭合线路，污泥中的含沙颗粒在所述混合物中被并入所述沙中，从而补偿因含沙颗粒被嵌入在所述线路中而导致的沙损耗。所述湿化器件可以由板塔或填充塔组成，冷水在所述塔中流动。源自所述干燥器的热线路的(典型地为60°的)热气被注入到所述塔的底部中，并向与冷水流相反的方向流通。所述热气然后与所述水发生密切接触，所述水将所述热气冷却至例如约30°的温度。在所述湿化器件出口处的气体的绝对水分下降了，但所述气体的相对湿度仍约为100％。过热器(7)、预热器(12)、压缩器(10)和阀(13)为普通元件。具体地，过热器(7)可以由处在干燥器(6)(图3)的出口处的套部组成，热流体(水或蒸汽)通过所述套部。
我们现在将说明所述设施的操作。沙和潮湿污泥在混合器(1)中被混合，所述混合物被供应给注入器(4)，在注入器(4)处，所述混合物以被空气流喷洒的形式被拖动。所述混合物在干燥器(6)中被强烈加热，使得污泥中的水分蒸发。过热器(7)略微增加所述混合物和所述气体的温度，以便防止在分离器(8)中的任何再次凝结的风险、固体材料黏着或堵塞、以及更一般地，鼓风机管道(25)的阻塞。沙和干燥污泥在分离器(8)中被收集，沙被回收利用，污泥被周期性地移除，并且现在携带有来自污泥的水分的气流在管道(9)中继续其循环。所述气流由压缩器(10)充分压缩，使得水分能在比起在所述干燥器的冷线路中流通的(干燥)气流的温度而言更高的温度下在气流中凝结。冷线路和热线路中的温度不同是因为，更高的压强使得水在热线路中在更高的温度下凝结。该温差能使包含在热而潮湿的气体中的热量被转移给在冷线路中循环的混合物，这促使污泥中存在的水的蒸发。所述二相混合物经由干燥器(6)而被冷却，与冷线路接触时凝结的水则在壳部(26)的底部处被收集。潮湿气体在所述壳部的下游侧被湿化器件(11)冷却，有效降低了所述气体中的绝对水分含量。所述气体继续所述循环，并被预热器(12)作用，预热器(12)具有增加温度并降低气体的相对湿度的效果。所述气体最终返回到注入器(4)，在注入器(4)中所述气体拖动沙和潮湿污泥的混合物的下一部分。控制阀(13)用于发起该过程，首先为几乎闭合的，然后逐渐被打开。示例性设施的典型值可以是每小时20吨的气流、每小时0.9吨的干燥污泥流、每小时2.6吨的水分流、以及每小时10吨的沙流。污泥和沙在环境温度和压强下进入。以下为在沿着注入器(4)后的运输路径(5)、干燥器(6)、过热器(7)、在分离器(8)后的回收利用管道(9)中、压缩器(10)、干燥器(6)、湿化器件(11)、以及预热器(12)的所述设施的各部分处发生的温度和压强的表，所述部分分别以A至H表示。
表I
部分 A B C D E F G H
温度(℃) 37 70 81 85 175 56 33 100
压强(巴) 0.9 0.8 0.7 0.6 1.2 1.1 1 0.9
由水蒸气的压缩和再次凝结而产生的加热是显著的，这允许足以蒸发混合物的下一部分的水分含量的热交换。运输路径(5)中的真空协助压强下降，同时协助使用以热流体实现的较低质量的热源。
运输路径(5)中的速度为每秒20m至30m。弯管数目将是有限的。弯管将由干硬性混凝土制成，以便降低由沙引起的磨损。鼓风机管道(5)可以由直径约一英寸的标准管组成。所述标准管的数目将取决于所述干燥器的容量。可以约为一百，并且壳部(26)可以为直径一米、长度几米至几十米的柱形。热交换表面积对于干燥器(6)约为一百平方米，并且对于过热器(7)约为二十五平方米。如图3所示，干燥器(6)中的流通发生在相反的方向，因此所述热交换是沿着壳部(26)的长度在相当均匀的状况下发生的，彼此交换的潮湿气体(潮湿)和在所述冷线路中流通的混合物在除所述潮湿气体入口(潮湿)处以外的干燥器(6)中所有位置处一般具有约在10℃至20℃之间的温差，在所述潮湿气体入口处，该温差更大。
图7显示在冷线路中流通的混合物(曲线M)以及在热线路中流通的热而潮湿的气体(曲线G)的温度变化(℃)的示例，所述干燥器被假定为线形的，并约为20米长。横坐标轴代表该长度。如图7所示，所述混合物沿着横坐标增加的方向流通，同时热而潮湿的气体(潮湿)沿着横轴减小的方向反向地流通。
热而潮湿的气体(潮湿)进入所述干燥器的热线路，导致突然冷却(16＜x＜20)，直到温度到达转折点(x＝16)，其相应于水蒸气的露点。在x＝16和x＝0之间，所述热气中包含的水蒸气与冷壁接触时凝结。
所述混合物在所述冷线路中行进时逐渐变热。
分离器(8)的旋风分离器的尺寸设定为在干燥污泥中将300至1000微米的沙粒与50至200微米的沙粒分离开。压缩器(10)的功率可以为325kW，并且所述预热器和所述过热器的总功率可以为200kW。如果(也许可取自处理厂的其它地方的)蒸汽通过进料管道(44)沿着与所述回收利用气体相同的路径被注入到壳部(26)中，则对于完全相同的热交换，可以使用更少的气体压缩。所述回收利用的气体有利地为惰性气体。
现将参考图5和图6来说明另一实施例；沙和污泥混合物的气动运输被在所述干燥器内延伸的滚筒中的运输取代。
图5显示此时注入器(36)则能被简化，因为料仓(19)和传递螺杆(20)被去掉；混合器(1)的螺杆的出口直接进入单个鼓风机管道(37)，所述单个鼓风机管道(37)此时为运输路径(5)的入口。如前述，鼓风机管道(37)在回收利用管道(9)的延伸部中。
干燥器是附图标记(38)。除了与前述实施例中壳部相似的壳部(26)外，干燥器(38)还包括滚筒(39)，滚筒(39)在所述干燥器内部沿着所述壳部的整个长度被封装，并受马达(40)驱动围绕滚筒(39)自身的轴线转动；滚筒(39)还伸过过热器(7)直到分离器(8)的旋风分离器(41)。滚筒(39)直径可以约为一米，并约为十五米长；但是，其形状略为圆锥形，向旋风分离器(41)逐渐变细，以便增加鼓风机气体的速度，从而最终建立气动运输，运输颗粒到达旋风分离器(41)。设置在滚筒(39)外侧的肋部(42)有助于给出所需的约一百平方米的热交换表面积。静态内螺纹式结构(43)平行移动所述混合物。本实施例具有一般而言更简单的结构，但缺点是在设施中包括移动部分(滚筒(39))，如果需要防止热量损耗并限制气味困扰的话，这就要求增加密封。任何情况下，经由热气体的气动运输都是移动混合物、同时通过预热混合物并由混合物碎裂引起水分含量蒸发而改善热交换的有效装置。

Claims (11)

1.一种用于持续的污泥干燥的方法，包括：将潮湿污泥在气流中与分开的固体材料混合；通过将包含在所述污泥中的水分蒸发到气体中从而干燥所述污泥并湿化所述气体，来充分加热所述混合物以干燥所述污泥；然后将经干燥的污泥与潮湿气体和分开的固体材料分离开，其特征在于，所述潮湿气体被压缩导致温度增加，并通过凝结所述气体中包含的水分而被用于加热所述混合物的下一部分。
2.根据权利要求1所述的污泥干燥的方法，其特征在于，所述气体经加热后被干燥，并被循环利用于所述混合物的第二相继部分。
3.根据权利要求2所述的污泥干燥的方法，其特征在于，经干燥的所述气体在返回到所述混合物的第二相继部分之前被加热。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的污泥干燥的方法，其特征在于，经干燥的所述气体被用于拖动所述混合物通过污泥干燥位置直至分离位置。
5.一种污泥干燥的设施，包括：
混合器(1)，用于混合潮湿污泥和分开的固体材料；
注入器(4、36)，用于注入气流；
干燥器(6、38)，用于干燥污泥；
分离器(8)，用于分离经干燥的污泥、分开的固体材料和变得潮湿的气体；以及
混合物的运输装置(5、25、37、39)，用于在所述混合器(1)和所述分离器(8)之间运输所述混合物通过所述干燥器，
其特征在于，所述设施包括：管道(9)，其将所述分离器(8)连接到所述干燥器(6、38)上，所述变得潮湿的气体跟随所述管道(9)；以及压缩器(10)，其存在于所述分离器和所述干燥器之间，所述干燥器为潮湿气体和所述混合物之间的热交换器。
6.根据权利要求5所述的污泥干燥的设施，其特征在于，所述管道(9)还通过所述气体的湿化器件(11)将所述干燥器(6、38)连接到所述注入器(4、36)上。
7.根据权利要求5或6所述的污泥干燥的设施，其特征在于，所述注入器(4、36)正好处于所述混合器(1)的出口处，并且所述混合物的运输装置由用于气体-污泥-固体材料混合物的鼓风机管道组成。
8.根据权利要求7所述的污泥干燥的设施，其特征在于，所述鼓风机管道(25)通过所述干燥器时是被分开的，并且所述变得潮湿的气体通过的管道形成围绕所述气体的鼓风机管道的壳部(26)。
9.根据权利要求5或6所述的污泥干燥的设施，其特征在于，所述混合物的运输装置包括在所述干燥器(38)中转动的滚筒(39)，并且所述变得潮湿的气体通过的管道形成围绕所述滚筒的壳部。
10.根据权利要求8或9所述的污泥干燥的设施，其特征在于，所述壳部被挡板(27)分开成水平地对齐的隔间，每个所述隔间均被提供有排水管道(28)，所述排水管道(28)在所述隔间下开口并在所述隔间下延伸。
11.根据前述权利要求5至10中任一项所述的污泥干燥的设施，其特征在于，所述设施包括作为仅有的外部热源的下述二者中的至少一个：在所述气体的湿化器件和所述注入器之间的气体的预热器(12)，和在所述干燥器和所述分离器之间的所述混合物的过热器(7)。
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