CN105776806B - 污泥干化塔及污泥干化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种污泥干化塔，包括塔体，塔体内自上而下设置有间接干化装置和直接干化装置，污泥依次经间接干化装置和直接干化装置进行干化处理，间接干化装置的热介质经与污泥间接换热后进入直接干化装置与污泥进行进一步直接换热；两级干化装置之间设有成型装置，以增加直接干化装置内污泥与热介质的接触换热面积。另外还涉及一种污泥干化方法，包括间接干化步骤和直接干化步骤，间接干化步骤与直接干化步骤在一污泥干化塔内的上下两级干化装置中顺次进行。本发明采用两段干化技术，并将两级干化装置耦合布置在同一塔体内，从而可有效降低设备占地面积；两级干化装置采用同一热介质，可充分利用热介质的热量，降低能耗。

Description

污泥干化塔及污泥干化方法

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种污泥干化塔及一种污泥干化方法，用于市政污泥的干化，特别是污水厂所产生的污泥的干化。

背景技术

截至2015年，我国所有城市以及绝大部分县城都已建有城镇污水处理厂，每年污水处理厂的污水处理总量已超过480亿立方米，每年产生含水率为80％的污泥超过3300万吨。尽管城市污水处理率已达90％，然而城镇污水厂的污泥处理处置却没有跟上脚步，污泥的无害化处置率仅为56％左右，有约15％的污泥不明去向。这个数据与“十二五”规划中的目标“城镇的污泥无害化处理率要求达到70％，大中城市的污泥无害化处置率需达到80％”还有不小的距离。由此可见，传统的“重水轻泥”的思想观念仍未获得根本改变。近半污泥未经过无害化处理，且污泥中的大量有机质和能源未经资源化利用，不仅存在二次污染的环境风险，也浪费了资源。因此，我国污泥处理处置任务艰巨繁重，形势十分严峻。

目前，污泥的处理技术分为前处理、中间处理和终端处理三个步骤。其中，前处理主要是进行浓缩和脱水操作，浓缩过程使含水率大于99％的二沉污泥和含水率大于97％的初沉污泥转变为含水率在95～97％的污泥，再经过机械脱水，使污泥的含水率降至75～80％。终端处理主要是焚烧、卫生填埋、资源化利用等几种方式；对我国而言，资源化利用和卫生填埋的处理方式所占比例较高，分别达到了45％和35％。然而，含水率80％的污泥仍具有很强的流动性和较大的体积，不符合填埋、焚烧、资源化利用等终端处理技术的要求，需将污泥的含水率降至60％以下。因此，在污泥终端处理之前还需经过中间处理，也就是污泥干化，将脱水污泥的含水率由80％降至60％以下。

污泥干化技术主要有低温板框脱水干化、流化床干化、两段干化等工艺。板框干化技术则需加入调理剂(如生石灰、FeCl₃等)，而后再进行板框脱水操作，可将污泥的含水率降至35～60％。流化床干化技术则是一项热干化技术，将污泥切成小颗粒，与流化气体一同进入保持不停运动的干燥颗粒床中，在85℃左右的温度下，可将污泥干化至含水率低于10％。两段干化技术也是一种热干化技术，把污泥干化分为两个步骤，可以是两步的直接干化，也可以使一步间接干化和一步直接干化相结合，利用热介质对污泥加热，可将污泥含水率降至10％以下。

目前的污泥干化技术主要存在以下问题：(1)污泥干化过程中易导致挥发性有机物(VOCs)的产生，造成二次污染，增加后续处理成本；(2)工艺复杂，设备占地面积较大，能耗较高。

发明内容

本发明实施例提供一种污泥干化塔及一种污泥干化方法，至少可解决现有技术的部分缺陷。

本发明实施例涉及一种污泥干化塔，包括；

塔体，所述塔体上设有污泥入口和污泥出口；

间接干化装置，其设于所述塔体内并与所述污泥入口连通，通过热介质与污泥进行间接换热，并排出半干化污泥及初冷却热介质；

直接干化装置，其设于所述塔体内并位于所述间接干化装置下方，所述半干化污泥与所述初冷却热介质导入所述直接干化装置内进行接触换热，并由所述污泥出口排出干化污泥；

成型装置，其设于所述间接干化装置与所述直接干化装置之间，用于使所述半干化污泥成型以增加所述半干化污泥与所述初冷却热介质的接触换热面积。

作为实施例之一，所述间接干化装置包括管壳式换热器，所述管壳式换热器具有壳程介质入口、壳程介质出口、管程介质入口及水蒸汽出口；其中，所述壳程介质入口与所述污泥入口连通，所述壳程介质出口与所述直接干化装置的半干化污泥入口连通，所述管程介质入口与设于所述塔体上的热介质入口连通，所述水蒸汽出口伸出至所述塔体外。

作为实施例之一，所述间接干化装置还包括用于刮落所述管壳式换热器的换热管上的污泥的刮刀机构及驱动所述刮刀机构工作的驱动机构。

作为实施例之一，所述直接干化装置包括壳体，所述壳体围设形成一直接换热腔，所述壳体上设有半干化污泥入口、干化污泥出口、初冷却热介质入口及气体出口，所述半干化污泥入口及所述初冷却介质入口均与所述间接干化装置连通，所述干化污泥出口与所述污泥出口连通，所述气体出口伸出至所述塔体外。

作为实施例之一，所述壳体内设有将半干化污泥由所述半干化污泥入口运输至所述干化污泥出口以实现污泥移动换热的移动换热机构。

作为实施例之一，所述移动换热机构包括多条传送带，多条所述传送带在所述壳体内自上而下呈折返式结构布置。

作为实施例之一，所述干化污泥出口处连接有用于将干化污泥破碎并制粒的破碎机，并于所述破碎机下方设有传输装置连接至所述污泥出口。

作为实施例之一，所述成型装置包括用于将半干化污泥碾压形成面条状结构的条形碾压机。

作为实施例之一，所述热介质为烟气，所述烟气为加热炉或水泥窑排出的烟气。

本发明实施例涉及一种污泥干化方法，包括间接干化步骤和直接干化步骤，所述间接干化步骤与所述直接干化步骤在一污泥干化塔内的上下两级干化装置中顺次进行；其中，间接干化步骤通过烟气与污泥进行间接换热，使污泥脱水并防止产生挥发性有机物，形成半干化污泥，烟气经换热后形成为初冷却烟气；直接干化步骤通过所述初冷却烟气与所述半干化污泥进行接触换热，使所述半干化污泥脱水形成干化污泥。

本发明实施例至少实现了如下有益效果：

(1)本发明采用两段干化技术，并将两级干化装置耦合布置在同一塔体内，从而可有效降低设备占地面积；污泥在塔体内自上而下运行，借助污泥自身的重力，可有效降低污泥在两级干化装置之间运行的动力能耗。

(2)第一级干化装置为间接干化装置，避免导致挥发性有机物(VOCs)的产生而造成二次污染。

(3)两级干化装置采用同一热介质，一则可充分利用热介质的热量，降低能耗；二则采用同一热介质实现间接干化装置和直接干化装置的两级干化处理，热量性质稳定，保证两级干化处理的换热效果；三则可减少设备数量，使得间接干化装置与直接干化装置可完美耦合在同一塔体内，简化工艺过程，从而减小设备占地面积及工艺过程能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的干化污泥塔的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1，本发明实施例提供一种污泥干化塔，包括塔体1，所述塔体1上设有污泥入口2和污泥出口8，污泥入口2位于塔体1上部，污泥出口8位于塔体1下部，塔体1内自上而下依次布置有两级干化装置，上级干化装置与所述污泥入口2连接，下级干化装置与所述污泥出口8连接，两级干化装置通过污泥流通通道(已图示，未标注)连接。待干化的污泥通过污泥泵提升至污泥入口2，由污泥入口2进入上级干化装置内进行第一级干化处理后，通过污泥流通通道排入下级干化装置内，进行第二级干化处理，经两级干化处理后，可形成干化污泥，该干化污泥由污泥出口8排出塔体1外。本实施例采用两段干化技术，并将两级干化装置耦合布置在同一塔体1内，从而可有效降低设备占地面积；污泥在塔体1内自上而下运行，借助污泥自身的重力，可有效降低污泥在两级干化装置之间运行的动力能耗。

接续上述污泥干化塔的结构，上述两级干化装置中，可采用两级间接干化装置或两级直接干化装置或一级间接干化装置与一级直接干化装置串接的结构，根据待处理的污泥特性等进行选择。对于直接干化装置，其一般采用载热气体作为热介质与污泥进行接触换热；由于高温的热气体与污泥直接接触换热过程中，易导致挥发性有机物(VOCs)的产生，造成二次污染，增加后续处理成本，因此，本实施例中，所述的上级干化装置为间接干化装置，即热介质与污泥进行间接换热，可避免上述情况的发生。

作为优选，本实施例中，所述间接干化装置包括管壳式换热器5，所述管壳式换热器5具有壳程介质入口、壳程介质出口、管程介质入口及水蒸汽出口6，其中，所述壳程介质入口与所述污泥入口2连通，所述壳程介质出口与所述污泥流通通道连通，所述管程介质入口与设于所述塔体1上的第一热介质入口7连通，所述水蒸汽出口6伸出至所述塔体1外。无疑义的是：上述壳程介质入口也可伸出至塔体1外形成上述污泥入口2，上述管程介质入口也可伸出至塔体1外形成上述第一热介质入口7，上述水蒸汽出口6也可与穿设在塔体1上的蒸汽出口6连通以排出水蒸汽。污泥由污泥入口2进入管壳式换热器5内，热介质由第一热介质入口7进行管壳式换热器5内，污泥走壳程，热介质走管程，以间接换热方式对污泥进行干化处理。上述壳程介质入口及水蒸汽出口6均布置于管壳式换热器5的顶部，壳程介质出口布置于管壳式换热器5的底部；管程介质入口可布置于管壳式换热器5的下部或上部，即管程介质由最下级的换热管进入与壳程介质形成逆流换热方式，或由最上级的换热管进入与壳程介质形成顺流换热方式，可根据实际情况进行选择。

进一步优选，由于污泥在管壳式换热器5内与热介质换热过程中，易干化粘结于换热管上，影响后续的换热效果，且降低污泥的回收率，因此，所述间接干化装置还包括用于刮落所述管壳式换热器5的换热管上的污泥的刮刀机构及驱动所述刮刀机构工作的驱动机构3。如图1，上述刮刀机构包括一旋转螺杆4及多个旋转臂(未图示)，旋转臂的数量与换热管的数量相同且一一对应配置，每一旋转臂上均固定有至少一个刮刀(未图示)，各旋转臂均固定于旋转螺杆4上，由该旋转螺杆4带动各旋转臂旋转，进而带动刮刀运动，进行刮除粘结污泥操作，同时，刮刀及旋转臂的旋转运动还可增加污泥的流动性及在换热器内的分散度，从而进一步提高换热效率。为此，各刮刀应尽量靠近对应的换热面，在不与换热面发生接触摩擦的前提下尽量多的刮除粘结污泥。上述管壳式换热器5的换热管可以为在竖直方向上蛇形布置，也可为在水平方向上蛇形布置，对应的旋转臂及刮刀的布置方式也不一样。考虑到污泥在管壳式换热器5内为自上而下运动，为增加污泥与换热管的接触几率，本实施例中，优选为采用换热管在竖直方向上蛇形布置的方式，使得污泥在下落过程中可与各换热管依次接触，从而提高换热效果。对应地，各旋转臂均水平布置，各刮刀优选为竖向布置，刀刃侧向下靠近对应的换热管。进一步地，上述管壳式换热器5采用多个壳程介质入口，即在塔体1上设有多个污泥入口2，多个污泥入口2环形布置于塔体1上，以提高生产效率。上述驱动机构3可采用电机3，该电机3与上述旋转螺杆4连接，以驱动该旋转螺杆4转动。

接续上述污泥干化塔的结构，本实施例中，采用一级间接干化装置与一级直接干化装置串接的结构，在上述上级干化装置采用间接干化装置的情况下，即下级干化装置为直接干化装置。该直接干化装置包括壳体9，所述壳体9围设形成一直接换热腔，所述壳体9上设有加热污泥入口(已图示，未标注)、干化污泥出口(已图示，未标注)、第二热介质入口(已图示，未标注)及气体出口11，所述加热污泥入口与所述污泥流通通道连通，所述干化污泥出口与所述污泥出口8连通，所述气体出口11伸出至所述塔体1外。经上级干化装置干化处理得到的半干化污泥由污泥流通通道进入上述壳体9内，并与由第二热介质入口导入的热介质进行接触换热，进一步对上述半干化污泥进行干燥处理，使其脱水形成干化污泥。经换热冷却的热介质及产生的水蒸汽的混合气体由上述气体出口11排出，可引入至臭气处理系统进行处理。

作为本实施例的一种优选结构，所述第二热介质入口与所述间接干化装置的热介质出口连通，即将经与污泥进行间接换热后的初冷却热介质作为直接干化处理的热介质，对于采用管壳式换热器5的间接干化装置，上述第二热介质入口与该管壳式换热器5的管程介质出口连通。采用上述结构，一则可充分利用热介质的热量，降低能耗；二则采用同一热介质实现间接干化装置和直接干化装置的两级干化处理，热量性质稳定，保证两级干化处理的换热效果；三则可减少设备数量，使得间接干化装置与直接干化装置可完美耦合在同一塔体1内，简化工艺过程，从而减小设备占地面积及工艺过程能耗。本实施例中，上述热介质可采用烟气，上述烟气可为加热炉、水泥窑或其他设备排出的烟气，经风机引入至上述管壳式换热器5的管程介质入口；其中，进入间接干化装置内的烟气为中温烟气，其温度在250～350℃范围内，经与污泥换热后，其形成低温烟气，低温烟气的温度在100～150℃范围内，该低温烟气即作为直接干化装置的热介质与半干化污泥进行接触换热。含水率在80％左右的脱水污泥进入间接干化装置中进行干化处理后，其含水率降低至50～60％，进一步在直接干化装置中进行干化处理后，其含水率可降低至10％以下。

接续上述污泥干化塔的结构，上述直接干化装置中，为提高半干化污泥与热介质的换热效果，在所述壳体9内设有将污泥由所述加热污泥入口运输至所述干化污泥出口以实现污泥移动换热的移动换热机构，如图1，该移动换热机构优选为包括多条传送带12，多条所述传送带12在所述壳体9内自上而下呈折返式结构布置。通过折返式布置的多条传送带12，使得半干化污泥在壳体9内呈折返式运动轨迹，从而提高半干化污泥与热介质的接触时间，提高换热效果。上述第二热介质入口优选为布置于壳体9下部或底部，以使得热介质与半干化污泥呈逆流换热方式。通过控制传送带12的传输速度，可控制半干化污泥在壳体9内的停留时间，即控制其在直接干化装置内的处理时间，从而保证干化处理效果。

进一步优化上述污泥干化塔的结构，于所述污泥流通通道上设有用于使污泥成型以增加换热面积的成型装置10。该成型装置10使半干化污泥进入直接干化装置中时具有与热介质较大的接触面积，从而提高换热效果，本实施例中，该成型装置10优选为包括用于将半干化污泥碾压形成面条状结构的条形碾压机10。

接续上述污泥干化塔的结构，上述干化污泥出口处连接有用于将干化污泥破碎并制粒的破碎机13，并于所述破碎机13下方设有传输装置(已图示，未标注)连接至所述污泥出口8。上述传输装置可采用传送皮带，该传送皮带穿过污泥出口8并延伸至一干化污泥槽14中，干化污泥由该传送皮带输送至干化污泥槽14中，所得的干化污泥可作为燃料焚烧，也可直接填埋或堆肥。

实施例二

本发明实施例涉及一种污泥干化方法，包括间接干化步骤和直接干化步骤，所述间接干化步骤与所述直接干化步骤在一污泥干化塔内的上下两级干化装置中顺次进行；其中，间接干化步骤通过烟气与污泥进行间接换热，使污泥脱水并防止产生挥发性有机物，形成半干化污泥，烟气经换热后形成为初冷却烟气；直接干化步骤通过所述初冷却烟气与所述半干化污泥进行接触换热，使所述半干化污泥脱水形成干化污泥。上述污泥干化塔采用实施例一中所提供的污泥干化塔，具体结构此处不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种污泥干化塔，其特征在于，包括：

塔体，所述塔体上设有污泥入口和污泥出口；

间接干化装置，其设于所述塔体内并与所述污泥入口连通，通过热介质与污泥进行间接换热，并排出半干化污泥及初冷却热介质，所述热介质为烟气；

直接干化装置，其设于所述塔体内并位于所述间接干化装置下方，所述半干化污泥与所述初冷却热介质导入所述直接干化装置内进行接触换热，并由所述污泥出口排出干化污泥；

成型装置，其设于所述间接干化装置与所述直接干化装置之间，用于使所述半干化污泥成型以增加所述半干化污泥与所述初冷却热介质的接触换热面积；

所述间接干化装置包括管壳式换热器、用于刮落所述管壳式换热器的换热管上的污泥的刮刀机构及驱动所述刮刀机构工作的驱动机构，所述管壳式换热器具有壳程介质入口、壳程介质出口、管程介质入口及水蒸汽出口；其中，所述壳程介质入口与所述污泥入口连通，所述壳程介质出口与所述直接干化装置的半干化污泥入口连通，所述管程介质入口与设于所述塔体上的热介质入口连通，所述水蒸汽出口伸出至所述塔体外；所述刮刀机构包括一旋转螺杆及多个旋转臂，旋转臂的数量与换热管的数量相同且一一对应配置，每一旋转臂上均固定有至少一个刮刀，各旋转臂均固定于旋转螺杆上。

2.根据权利要求1所述的污泥干化塔，其特征在于：所述直接干化装置包括壳体，所述壳体围设形成一直接换热腔，所述壳体上设有半干化污泥入口、干化污泥出口、初冷却热介质入口及气体出口，所述半干化污泥入口及所述初冷却介质入口均与所述间接干化装置连通，所述干化污泥出口与所述污泥出口连通，所述气体出口伸出至所述塔体外。

3.根据权利要求2所述的污泥干化塔，其特征在于：所述壳体内设有将半干化污泥由所述半干化污泥入口运输至所述干化污泥出口以实现污泥移动换热的移动换热机构。

4.根据权利要求3所述的污泥干化塔，其特征在于：所述移动换热机构包括多条传送带，多条所述传送带在所述壳体内自上而下呈折返式结构布置。

5.根据权利要求2所述的污泥干化塔，其特征在于：所述干化污泥出口处连接有用于将干化污泥破碎并制粒的破碎机，并于所述破碎机下方设有传输装置连接至所述污泥出口。

6.根据权利要求1所述的污泥干化塔，其特征在于：所述成型装置包括用于将半干化污泥碾压形成面条状结构的条形碾压机。

7.根据权利要求1所述的污泥干化塔，其特征在于：所述烟气为加热炉或水泥窑排出的烟气。

8.一种利用如权利要求1所述的污泥干化塔的污泥干化方法，其特征在于：包括间接干化步骤和直接干化步骤，所述间接干化步骤与所述直接干化步骤在所述污泥干化塔内的上下两级干化装置中顺次进行；其中，间接干化步骤通过烟气与污泥进行间接换热，使污泥脱水并防止产生挥发性有机物，形成半干化污泥，烟气经换热后形成为初冷却烟气；直接干化步骤通过所述初冷却烟气与所述半干化污泥进行接触换热，使所述半干化污泥脱水形成干化污泥。