CN106630540A - 一种高效节能污泥干化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效节能污泥干化系统，包括空心桨叶式干燥机，所述空心桨叶式干燥机温水出水端及二次蒸汽出口管道连接设置有二次蒸汽吸压混合液化装置，二次蒸汽吸压混合液化装置与高温进水端管道连接；所述二次蒸汽吸压混合液化装置包括顺次管道连接的循环水泵、压力水射流吸气装置、汽水混合液化装置、增压输出装置和深床精细过滤装置，所述温水出水端与循环水泵管道连接，所述压力水射流吸气装置设置有温水入口和低温蒸汽入口，温水入口与循环水泵的出水口管道连接，低温蒸汽入口与二次蒸汽出口管道连接；所述深床精细过滤装置与高温进水端管道连接。本装置热能利用率高，能耗低，可广泛应用于污泥烘干领域。

Description

一种高效节能污泥干化系统

技术领域

本发明涉及污泥间接加热干化领域，具体涉及一种实用性强的可回收污泥二次蒸汽潜热和显热的新型高效节能的污泥干化系统。

背景技术

近年来，我国出台一系列涉及污泥处理处置的相关政策。以“水十条”为标志正式吹响了治泥的号角，预计涉及到污泥处理处置的政策将进一步完善，污泥排放监管将逐渐严格和污泥处理处置行业盈利会得到保证，政策的不断重视为污泥处理行业发展带来有力的支持。

但就目前的状况来看，各危险废弃物处理中心没有终端消纳的能力，大多填埋处置，其焚烧类能力非常有限，且灰渣仍需填埋。水泥窑协同处置是一个好手段，但按目前的维稳形势及标准，危废许可资质取得困难重重，目前广东等大部分省份尚无一例水泥窑协同处置许可资质危险废弃物许可证发放。

小部分获得资质的公司处理危废的能力是有限的，随着环保执行力度的加大及填埋场地的有限或禁止，现有处置能力将严重不足，处置价格逐步上扬则是大势所趋。因此如何减少危险废弃物的产量，在满足相关标准的前提下实现源头减量是摆在面前急需解决的课题。据了解，危废中大量的水分为我们有效减量提供了难得的机遇。

目前污泥从含水90％以下降到含水80％左右采用带式污泥脱水是比较经济的，从含水80％降到60％采用板框压滤是应用较多的。后者需增加大量石灰、三氯化铁等材料，在污泥脱水减量的同时增加了实际固体物质，且需要大量配套设备，设备投资费用和运行成本较高。

含水率从60％再往下降到40％或以下采用干燥方法减量，目前有的采用高干压榨机，但易损件、能耗、添加材料费用、设备投资费用、维护费用较高，难以大面积推广。而污泥干燥的优势是不需添加任何药剂、助滤剂，可以直接从含水80％降到含水30％以下，且整个过程均可在密封环境完成，特别适应于有挥发气体的污泥或危废污泥的减量。目前使用较多的是中低温度间接加热干化——空心桨叶和空心隔套中通过热媒干燥的方法。热媒可以是导热油、蒸汽、热水。但目前此类干燥机污泥加热挥发的二次蒸气通过除尘等处理后排入大气，热能消耗大，从含水80％降到30％每吨湿污泥运行费用需要300多元。因此只适应于危废污泥和附加值较高的物料干化领域。

MVR二次蒸汽压缩再回收作热源的技术在废水浓缩、溶液水分蒸发领域应用广泛，而在污泥干化领域无法得到使用，即使目前已有涉及污泥干化方面的类似MVR技术专利，但目前市场上未见真实的稳定运行实例。主要原因：一是溶液蒸发均质流动性好，热源与间接加热溶液温差只需6～16℃；二是蒸发量大，可以采用离心式蒸汽压缩机；三是可以采用较高真空度低温蒸发；四是溶液蒸发基本无灰尘和空气。而污泥干化存在以下问题：1、流动性差，间接传热系数较低，热源与间接加热污泥(蒸发)温差较大；2、蒸发量较小，一般只宜采用罗茨式蒸汽压缩机(对灰尘敏感)；3、只能采用常压或较低真空度蒸发；4、当污泥干化到含水40％以下时灰尘较多，进出料口难以完全密封，蒸汽中夹带有空气和灰尘。目前罗茨式蒸汽压缩机因叶片与机座间隙小、对灰尘敏感，且蒸汽压缩升温后因膨胀导致叶轮卡死等，即使在无灰尘的小流量溶液蒸发场合运行故障多，无法产生较大温升。国内无质量稳定产品，即使采用国外罗茨压缩机产品也无法适应灰尘场合。以上原因导致目前仍无MVR二次蒸汽再压缩技术在污泥干化方面的成功实例。

即使在溶液蒸发领域，二次蒸汽再压缩时使用的较大功率压缩机，包括离心式压缩机，其电能也只有10％～20％转化为蒸汽升温可回收的热能，压缩机80％以上电能被浪费。而且压缩机必须配置冷却系统。

还有一些专利申请，是采用蒸汽压缩机将二次蒸汽压缩再辅助加热后直接作为间接加热的热媒进入传热空心隔套和桨叶中，如中国专利申请号201210370957.6公开了一种机械蒸汽再压缩热泵MVR污泥干化系统，包括空心桨叶式干燥机和蒸汽压缩机；湿污泥通过所述的空心桨叶式干燥机干燥处理后产生二次蒸汽，该二次蒸汽进入蒸汽压缩机进行压缩而成为再压缩蒸汽；然后该再压缩蒸汽流回所述的空心桨叶式干燥机内。但因蒸汽中含有灰尘、油污、有害气体(危废污泥更突出)、腐蚀性物质、不凝气体，这些物质不但会严重腐蚀压缩机，增加压缩机维护成本，增加压缩机能耗，同时也会严重污染空心桨叶、隔套的传热表面，热阻大增，大大降低传热效率，使得进去的蒸汽最终出来还是蒸汽，只是温度有所降低，无法实现预先设定的换热效果。

还有的列出表格，显示采用冷凝将二次蒸汽换热后的热空气再直接接触污泥加热，1度电能蒸发11kg——18kg水，公知的现实是目前最好的制冷设备1kw的电能只能产生3kw不到4kw的冷量，而1kg的90℃的水蒸发产生的90℃水蒸气潜热为545.3千卡，再变成常温20℃的水需要放出的热量为1*(90-20)*1＝70千卡，即1kg90℃的水蒸气冷凝成20℃的常温水需要放出热量为545.3+70＝615.3千卡，即需要等量的冷量才能实现冷凝，而1Kw.h电能只能产生3——4kw.h冷量，即2580千卡——3440千卡的冷量，

2580/615.3＝4.193kg；

3440/615.3＝5.59kg；

冷凝放热量＝制冷量，得出，1kw.h的电能产生的冷量只能吸收4.193——5.59kg水在90℃温度下蒸发后冷凝到常温20℃放出的热量。

也就是说那种靠制冷机吸收二次蒸汽冷凝热转化为再次直接加热污泥的热空气干燥机，1Kw.h的电只能完成4.193——5.59kg水的蒸发并转化为常温水。这还只是理论数据，即假定冷凝回收热效率为100％，因此所述1度电能蒸发污泥中11kg—18kg水是不可能的。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效节能污泥干化系统，解决现有污泥干化系统运行成本高，热回收利用率低的问题。

本发明设备系统包括加料设备、间接热干化设备、干化出料装置、二次蒸汽吸压混合液化装置，泥灰分离装置、不凝气(含有害气体)分离净化装置、电气控制装置等整个系统内的工艺设备、管路、电气及自控设计，并提供土建设计条件。规定了设备的功能、设计、性能、安装和试验等方面的技术要求。

本发明设计遵循满足相关工程建设国家标准规范及相关水泥窑协同处置污泥工程设计规范以及危险废弃物处置相关标准规范要求

具体的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高效节能污泥干化系统，包括储存污泥的污泥受料仓。其后，通过螺旋出料机以及污泥输送机连接至进料用螺旋压榨上料机，螺旋压榨上料机出料口密封连接空心桨叶式干燥机的进料口。空心桨叶式干燥机设置有两个高温进水端，包括空心桨叶进水端和空心隔套进水端；还设置两个温水出水端，包括空心桨叶温水出水端和空心隔套温水出水端，以及二次蒸汽出口；所述温水出水端及二次蒸汽出口管道连接设置有二次蒸汽吸压混合液化装置，二次蒸汽吸压混合液化装置与高温进水端管道连接；

所述二次蒸汽吸压混合液化装置包括顺次管道连接的循环水泵、压力水射流吸气装置、汽水混合液化装置、增压输出装置和深床精细过滤装置，所述温水出水端与循环水泵管道连接，所述压力水射流吸气装置设置有温水入口和低温蒸汽入口，温水入口与循环水泵的出水口管道连接，低温蒸汽入口与二次蒸汽出口管道连接；所述深床精细过滤装置与高温进水端管道连接。

所述汽水混合液化装置的下部为锥形结构，汽水混合液化装置的顶部设置有不凝气出口，底部设置有残渣出口，汽水混合液化装置与增压输出装置连通的出水口位于汽水混合液化装置的中上部。

为了提高经过空心桨叶式干燥机换热后温水回用的稳定性，所述温水出水端与循环水泵间还设置有温水箱，温水箱上还设置有补偿水管及不凝气出气管，所述温水出水端与温水箱连接的管道上设置有背压阀。所述背压阀为压力降可调，以便保持下述辅助加热装置即过热水加热容器所需的基本压力。该温水箱通过补偿水管外接水源来确保开机初始阶段供给二次蒸汽吸压混合装置的水量的均匀和稳定，同时缓冲回路水的压力，并通过不凝气出气管排放不凝气体。

为了保证有足够的压力水量来带走二次蒸汽和少量不凝气，所述汽水混合液化装置与循环水泵的进水口间还设置有补偿水管。

为了保证进入空心桨叶干燥机的热源具有足够的热量，所述深床精细过滤装置与高温进水端间还设置有辅助加热装置。

所述不凝气出口管道连接设置有气体净化装置；所述压力水射流吸气装置还设置有备用蒸汽入口。

为了更加充分的利用热源热量，所述螺旋压榨上料机的壳体内设置有加热水套，所述温水箱上设置有多余水出口，多余水出口与螺旋压榨上料机上的加热水套管道连接，从温水箱排出来的多余水又进螺旋压榨上料机进行热交换。

为了应对原污泥的复杂性，确保污泥的可输送性，所述污泥受料仓内设置有前级破碎装置和破拱装置。

优选的，所述深床精细过滤装置为活性砂滤池，在活性砂滤池的上半段设置有悬浮物排出口。

本发明的有益效果：本发明通过循环水泵和压力水射流吸气装置的共同作用，循环水泵的压力水通过压力水射流吸气装置高速射流，水的压力能转化为动能的同时产生高负压，使得空心桨叶式干燥机内污泥蒸发室的蒸发温度保持在70℃以下，从而提高空心桨叶式干燥机内的污泥烘干速度。所述二次蒸汽吸压混合液化装置依靠循环水泵的大流量压力水高速射流产生负压将空心桨叶式干燥机蒸发室二次蒸汽吸出，并与水充分混合压缩，低温水蒸气加压升温后与较低温度的温水直接传热，在连续进一步的压力上升过程，由于水的冷却吸热，使得原本低压下的水蒸气在较高压力下先升温再传热冷却液化使得原来的水汽混合体在汽水混合液化装置中变成单一状态较高温度的热水，单一状态较高温度的热水经增压输出装置和辅助加热装置又回到空心桨叶式干燥机的高温进水端，从而改变传统热二次蒸汽直接以蒸汽的方式回到空心桨叶式干燥机的高温进水端，热利用率低，污泥烘干效果差的问题。所述汽水混合液化装置通过顶部不凝气出口连接气体净化装置，从而将二次蒸汽中的不凝气通过气体净化装置安全的排出，减少有害气体的排放。同时，通过底部的残渣出口将热水中的颗粒物排出，从而得到较干净的热水，再经过深床精细过滤装置的进一步过滤，得到纯净的热水，从而减小二次蒸汽中的杂质对空心桨叶式干燥机热传导率的影响，及提高空心桨叶式干燥机的使用寿命。

以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。

附图说明

图1为本发明的系统框图。

具体实施方式

实施例，如图1所示，为日处理15吨污泥从含水75％的干燥到含水30％以下的实例。一种高效节能污泥干化系统，包括空心桨叶式干燥机5，所述空心桨叶式干燥机5的热交换部分材质使用的是导热非常好的防锈铝，包括底部输送槽以及桨叶搅拌轴。所述空心桨叶式干燥机5设置有两个高温进水端51，包括空心桨叶进水端51a和空心隔套进水端51b；还设置两个温水出水端52，包括空心桨叶温水出水端52a和空心隔套温水出水端52b，以及二次蒸汽出口53；还设置有污泥进料口和污泥出料口。所述污泥进料口与螺旋压榨上料机4密封连接。利用螺旋压榨上料机进料，分离散状污泥中的气体，减少进料的体积，从而增加了空心桨叶干燥机的效率，连续密实的压缩污泥确保了进料时的气密性。所述螺旋压榨上料机4的前端还设置有污泥输送机3、螺旋出料机2和污泥受料仓1，所述污泥存放在污泥受料仓1内，并通过螺旋出料机2和污泥输送机3运送至螺旋压榨上料机4内，所述污泥受料仓1内设置有前级破碎装置和破拱装置。所述空心桨叶式干燥机5的出料口依次连接设置有出料装置10、干泥输送机11和干泥料仓12。所述空心桨叶干燥机出料装置10出口通常是紧闭的，通过分步接力式密封排料机构间断打开来进行出料，减少外部空气对设备内反应过程的影响。

所述温水出水端52及二次蒸汽出口53管道连接设置有二次蒸汽吸压混合液化装置7，二次蒸汽吸压混合液化装置7与高温进水端51管道连接。所述二次蒸汽吸压混合液化装置7包括顺次管道连接的循环水泵71、压力水射流吸气装置72、汽水混合液化装置73、增压输出装置74和深床精细过滤装置75，所述温水出水端52与循环水泵71管道连接，所述循环水泵71为不锈钢增压水泵。所述压力水射流吸气装置72设置有温水入口721和低温蒸汽入口722，温水入口721与循环水泵71的出水口管道连接，低温蒸汽入口722与二次蒸汽出口53管道连接；所述压力水射流吸气装置72还设置有备用蒸汽入口723，可以接到其他蒸汽源，挖掘一切可利用的蒸汽。所述压力水射流吸气装置72采用射流真空泵的原理进行吸气。所述深床精细过滤装置75与高温进水端51管道连接。所述深床精细过滤装置75为活性砂滤池，在活性砂滤池的上半段设置有悬浮物排出口。所述深床精细过滤装置75与高温进水端51间还设置有辅助加热装置9，该装置采用高效快速的电磁加热方式。所述增压输出装置74为辅助加热装置9提供一定的压力环境，使得在该辅助加热装置9内，压力水能够被加热到120～150℃的较高温度干净过热水，所述过热水分两路接入空心桨叶干燥机隔套和空心桨叶中，空心桨叶式干燥机5的高温进水端51的压力是外界大气压的2～3倍。通过间接传热将空心桨叶式干燥机5内常温湿污泥加热、升温干化。

所述空心桨叶式干燥机是气密的，在二次蒸汽吸压混合液化装置7的作用下，干燥机内部处于一种稳定的负压状态，降低干燥机内水分的沸点。

所述汽水混合液化装置73的下部为锥形结构，中部圆柱形结构，顶部为半球形结构。汽水混合液化装置73的顶部设置有不凝气出口731，不凝气出口731上设置有泄压阀，当汽水混合液化装置73内的压力达到设定上限值时，泄压阀开启，对外排气。所述不凝气出口731管道连接设置有气体净化装置8。汽水混合液化装置73底部设置有残渣出口732，用于排出热水中的废渣。汽水混合液化装置73与增压输出装置74连通的出水口位于汽水混合液化装置73的中上部。为了保证有足够的压力水量来带走二次蒸汽和少量不凝气，所述汽水混合液化装置73与循环水泵71的进水口间还设置有补偿水管14。该装置同时也是泥水、不凝气分离装置，在所述分离装置中，利用旋流分离原理，比重较大的泥土从底部残渣出口732定期排出，不凝(含有害)气体从顶部不凝气出口731定期排出进入气体净化装置8处理后达标排放，较干净的压力热水从所述分离装置中上部连续流出，进入增压输出装置74。

为了提高经过空心桨叶式干燥机5换热后温水回用的稳定性，所述温水出水端52与循环水泵71间还设置有温水箱6，温水箱6上还设置有补偿水管61及不凝气出气管62。该温水箱6通过外接水源来确保开机初始阶段供给二次蒸汽吸压混合装置的水量的均匀和稳定，同时缓冲回路水的压力，并排放不凝气体，以及排走多余的水分。所述过热水经过干燥机桨叶和隔套换热后降温成温水，从空心桨叶干燥机温水出口接带有背压阀13的管路进入温水箱6，所述背压阀13为压力降可调，以便保持上述过热水加热容器所需的基本压力。为了更加充分的利用热源热量，从温水箱6排出来的多余水又进螺旋压榨上料机4进行热交换，螺旋压榨上料机4的壳体内设置有加热水套，所述温水箱6上设置有多余水出口63，多余水出口63与螺旋压榨上料机4上的加热水套管道连接。

为了循环系统的稳定可靠以及直观性，所有管道上都设置有反馈及控制元器件，包括：进出口电磁阀、电接点压力表、电接点温度计以及液位计等。

如图1所示，从螺旋压榨上料机4进入到出料装置10，干污泥密封排出总装机功率约80KW，已包含加热功率，全部靠电热、和二次蒸汽回收热维持污泥干化所需要的热量。不需要其它热源。每小时实际耗电小于68度电。按电费0.6元/度计算，每吨污泥干化总运行+热能费用合计66元，包含从上述序号4湿泥进到序号10干泥出的全部设备功率和耗热量折算功率。环境温度按20℃计算。

热能消耗计算：

1、传统的污泥干燥方法：1吨含水75％的湿污泥干燥脱到含水0％时需要的热量Qc＝Qs+Qn+Qh(散热损失)

1.1、Qs＝750Kg水从常温20℃加热到100℃所需的热量+汽化热

＝1*750*(100-20)+750*539＝464250千卡

1.2、Qn＝250Kg泥从20℃加热到100℃所需热量

＝0.25*250*(100-20)

＝5000千卡

1.3、Qn(散热损失)＝0.1*(Qs+Qn)

＝0.1*(464250+5000)

＝46925千卡

1.4、Qc＝Qs+Qn+Qh(散热损失)

＝464250+5000+46925

＝511675千卡

2、本发明实例的污泥干燥方法：1吨含水75％的湿污泥干燥脱到含水0％时需要的热量Qb＝Qso+Qno+Qho(散热损失)，二次蒸汽汽化热完全回收。

2.1、Qso＝750Kg水从常温20℃加热到70℃所需的热量

＝1*750*(70-20)＝37500千卡

2.2、Qno＝250Kg泥从20℃加热到70℃所需热量

＝0.25*250*(70-20)

＝3125千卡

1.5、Qno(散热损失)＝0.1*(Qs+Qn)

＝0.1*(37500+3125)

＝4062.5千卡

1.6、Qb＝Qso+Qno+Qho(散热损失)

＝37500+3125+4062.5

＝44687.5千卡

从所述计算得知：按本发明实例将1吨含水75％的污泥干燥到含水0％所需的热量为Qb＝44687.5千卡；而按传统的方法将1吨含水75％的污泥干燥到含水0％所需的热量为Qc＝511675千卡。前者仅为后者的0.087倍，即8.7％。也就是说，按本发明实例将1吨含水75％的污泥完全干化，需要的热量只有传统方法需要热量的8.7％。因此节能效果是非常显著的。

Claims (9)

1.一种高效节能污泥干化系统，包括空心桨叶式干燥机(5)，空心桨叶式干燥机(5)设置有两个高温进水端(51)，包括空心桨叶进水端(51a)和空心隔套进水端(51b)；还设置两个温水出水端(52)，包括空心桨叶温水出水端(52a)和空心隔套温水出水端(52b)，以及二次蒸汽出口(53)；其特征在于：所述温水出水端(52)及二次蒸汽出口(53)管道连接设置有二次蒸汽吸压混合液化装置(7)，二次蒸汽吸压混合液化装置(7)与高温进水端(51)管道连接；

所述二次蒸汽吸压混合液化装置(7)包括顺次管道连接的循环水泵(71)、压力水射流吸气装置(72)、汽水混合液化装置(73)、增压输出装置(74)和深床精细过滤装置(75)，所述温水出水端(52)与循环水泵(71)管道连接，所述压力水射流吸气装置(72)设置有温水入口(721)和低温蒸汽入口(722)，温水入口(721)与循环水泵(71)的出水口管道连接，低温蒸汽入口(722)与二次蒸汽出口(53)管道连接；所述深床精细过滤装置(75)与高温进水端(51)管道连接；

所述汽水混合液化装置(73)的下部为锥形结构，汽水混合液化装置(73)的顶部设置有不凝气出口(731)，底部设置有残渣出口(732)，汽水混合液化装置(73)与增压输出装置(74)连通的出水口位于汽水混合液化装置(73)的中上部。

2.如权利要求1所述的高效节能污泥干化系统，其特征在于：所述温水出水端(52)与循环水泵(71)间还设置有温水箱(6)，温水箱(6)上还设置有补偿水管(61)及不凝气出气管(62)，所述温水出水端(52)与温水箱(6)连接的管道上设置有背压阀(13)。

3.如权利要求1所述的高效节能污泥干化系统，其特征在于：所述汽水混合液化装置(73)与循环水泵(71)的进水口间还设置有补偿水管(14)。

4.如权利要求1至3任意一项所述的高效节能污泥干化系统，其特征在于：所述深床精细过滤装置(75)与高温进水端(51)间还设置有辅助加热装置(9)。

5.如权利要求1所述的高效节能污泥干化系统，其特征在于：所述不凝气出口(731)管道连接设置有气体净化装置(8)；所述压力水射流吸气装置(72)还设置有备用蒸汽入口(723)。

6.如权利要求2所述的高效节能污泥干化系统，其特征在于：所述空心桨叶式干燥机(5)的进料口密封连接设置有螺旋压榨上料机(4)，螺旋压榨上料机(4)的壳体内设置有加热水套，所述温水箱(6)上设置有多余水出口(63)，多余水出口(63)与螺旋压榨上料机(4)上的加热水套管道连接。

7.如权利要求6所述的高效节能污泥干化系统，其特征在于：所述螺旋压榨上料机(4)的前端还设置有污泥输送机(3)、螺旋出料机(2)和污泥受料仓(1)，所述污泥存放在污泥受料仓(1)内，并通过螺旋出料机(2)和污泥输送机(3)运送至螺旋压榨上料机(4)内，所述污泥受料仓(1)内设置有前级破碎装置和破拱装置。

8.如权利要求1所述的高效节能污泥干化系统，其特征在于：所述深床精细过滤装置(75)为活性砂滤池，在活性砂滤池的上端侧设置有悬浮物排出口。

9.如权利要求1所述的高效节能污泥干化系统，其特征在于：所述空心桨叶式干燥机(5)的出料口依次连接设置有出料装置(10)、干泥输送机(11)和干泥料仓(12)。