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1、城市生活污水厂污泥干燥技术,金宜英清华大学环境科学与工程系,2007年6月25日,内 容,概述干燥原理及过程污泥干燥设备及工作原理污泥干燥的技术要点及要求典型污泥热干燥工艺技术,概 述,污泥处理与处置的问题目前我国生活污水处理厂每年排放的污泥量（干重）约为130万吨，而且年增长率大于10。伴随我国城市污水处理率迅速提高，污泥产生量将不可避免地相应增长，消纳问题日益突出，急待解决。,污水污泥的特点及传统处理处置处置方式,含水率高、体积庞大、性质复杂、难以处理,存在问题,欧洲禁止污泥填埋,欧洲通过立法禁止填埋 瑞士 2000 荷兰 2000 奥地利 2004 德国 2005,中国.垃圾填埋场拒绝接
2、纳污泥；国家标准将规定污泥含水率降到50方能进填埋场；污泥的利用（制建材、堆肥）不经济焚烧太贵,农用：浓缩污泥含水率太高(一般为92%96%),造成运输困难、运输量大脱水泥饼：分散困难需借助机械设备支持田间操作,使该技术在实际应用中存在较多的困难。填埋：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。焚烧：脱水泥饼直接焚烧,因其含固率低不能维持过程的自燃进行,需加入辅助燃料,使处理成本明显增加,难以承受。制建材：脱水污泥制建材掺入量小，热耗高，不经济。,中国污泥出路？,出 路,综合分析上述污泥处理与处置技术系统在实际应用中所遇到的困难
3、,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问题的关键。国内外应用实践表明,经传统的浓缩和脱水工艺处理之后,污泥的含水率不可能达到60%以下；经济的机械脱水泥饼含水率为75%左右；要达到对污泥的深度脱水,比较经济的方法是引入化工操作中常用的热干燥技技术。,污泥干燥可有效减少其体积,1000 m 污泥/d150 m/d50m/dDS=3.0%DS=20%DS=92%,体积减少：60%,体积减少：85%,脱水 干燥,总的体积减少:95%,污泥干燥对填埋处置的好处,节约占用土地面积减少土地填埋费用减少运输费用减少处置费用,随含水率降低,污泥性状朝有利于处理方
4、向转化,污泥经热干燥处理后,处理特性得到改善,利用价值提高,为其后续处理创造了良好条件。,污泥转干燥后变为有价值产品,污泥干燥是实现污泥资源化和无害化处理处置的关键环节,污泥干燥的要求,减量化干化可以使污泥大幅度缩减体积和质量。便于运输和处置。稳定化污泥进行了巴氏消毒，完全消除了病原体，干燥污泥性状安全卫生。资源化干燥后的污泥颗粒可作为肥料、土壤改良剂、燃料或建材化原材料等。,内 容,概述干燥原理及过程污泥干燥设备及工作原理污泥干燥的技术要点及要求典型污泥热干燥工艺技术,干燥原理及过程,干燥通常指利用热能使物料中的湿份汽化，并将产生的蒸汽排除的过程。干燥的本质为被除去的湿份从固相转移到气相，固
5、相为被干燥的物料，气相为干燥介质。,干燥原理及过程 污泥中水分存在形态,蒸发过程：干燥过程的起始阶段，物料表面的水分汽化，水分从物料表面移入介质。即图中的自由水分蒸发阶段。扩散过程：当物料表面水分被蒸发掉，形成物料表面的湿度低于物料内部湿度，此时，需要热量的推动力将水分从内部转移到表面。水分的扩散速度随着污泥颗粒的干燥度增加而不断降低。,污泥热干燥机理 污泥水分去除经历主要过程,不同阶段去除的水分,自由水分：蒸发速率恒定时去除的水分。间隙水分：蒸发速率第一次下降时期所去除的水 分。通常指存在于泥饼颗粒间的毛 细管中的水分。表面水分：蒸发速率第二次下降时期所去除的水 分。通常指吸附或黏附于固体表
6、面的 水分。结合水分：在该干燥过程中不能被去除的水分。这部分水一般以化学力与固体颗粒相 结合。,内 容,概述干燥原理及过程污泥干燥设备及工作原理污泥干燥的技术要点及要求典型污泥热干燥工艺技术,污泥干燥设备及其工作原理,热干燥处理技术由其它工业领域引入污泥处理中的时间不长,发展还不够成熟,但近年来的研究和实际应用均显示了该技术在污泥中良好的应用前景。干燥技术应用广泛，过程复杂、研究不充分、了解最浅的技术之一，用数学描述在固体介质中同时发生的热量、质量和动量的传递现象存在困难。A.S.Mujumdar：干燥是科学、技术和艺术的一种混和物，至少在可以预见的将来，干燥大概仍然如此。因此大多数干燥装备的
7、设计仍然依赖于小规模试验及实际操作经验。,加热方式,直接加热（利用燃烧烟气）,间接加热（燃烧烟气加热热介质）,加热方式,污泥干燥设备及其工作原理 干燥设备分类,根据热介质与污泥的接触方式,可分为三种类型:直接加热干化设备直接干化的实质是对流干燥技术的运用,即将燃烧室产生的热气与污泥直接进行接触混合,使污泥得以加热,水分得以蒸发并最终得到干污泥产品。间接加热干化设备间接干燥实质上就是传导干燥,即将燃烧炉产生的热气通过蒸气、热油介质传递,加热器壁,从而使器壁另一侧的湿污泥受热、水分蒸发而加以去除。直接-间接加热联合干化设备直接间接联合式干燥系统则是对流传导技术的整合。,污泥干燥设备及其工作原理 直
8、接热干燥技术和设备,直接热干燥技术又称对流热干燥技术。在操作过程中,热介质(热空气,燃气或蒸汽等)与污泥直接接触并低速流过污泥层,吸收污泥中的水分。排出废气一部分通过热量回收系统回到原系统中再用,剩余部分至废气处理系统。热效率及蒸发速率较高,可使污泥的含固率从25%提高至85%95%。由于与污泥直接接触,热介质将受到污染,排出的废水和水蒸气须经过无害化处理后才能排放。处理后干污泥需与热介质分离,给操作管理带来一定麻烦。污泥干化常用设备：闪蒸式干燥器转筒式干燥器带式干燥器,直接热干燥技术和设备 旋转闪蒸干燥机,闪蒸式干燥器的工作原理是:将湿污泥与干燥后回流的部分干污泥混合后形成的混合物(含固率达
9、50%60%)与受热气体(来自燃烧炉,温度高达704)同时输入闪蒸式干燥器,污泥在干燥器中高速转动的笼式研磨机搅动下与流速为2030 m/s 的高热气体进行数秒钟的接触传热,污泥中的水气迅速得到蒸发,使其含水率降至8%10%。然后再经旋风式分离机作用将气固分离开来,得到干污泥产品。干污泥一部分回流并与湿污泥混合,其余部分则输出作后续处理和处置。,旋转闪蒸干燥机 污泥干燥工艺及特点,热对流传热方式，热效率高。机械破碎破坏污泥颗粒，提高热效率。气路的闭路循环以降低干燥介质的氧气含量，安全性较高。对污泥初始含水率适应性广。不需要污泥反混。不能进行半干化。气体量大，热载气的反复洗涤、加热导致热损失。,
10、特点：,污泥干燥工艺,直接干燥技术和设备 转筒式干燥器,传统的滚筒干燥机内设置旋料板、举式抄料板、阻料圈、蒸汽管等，外置多种震锤，以燃烧炉产生的烟道气为干燥介质。该装置适应性强，易工业化，但生产设备庞大，占地面积大，干燥时间长。当含水率高于60时污泥容易粘壁,直接干燥技术和设备 带式干燥机,干燥过程是在不锈钢丝运载污泥缓慢转运过程中，热空气从钢丝网下方经网眼向上通过，使污泥与热气发生接触传热，从而将污泥中水气蒸发带出。在具体操作过程中，污泥往往由污泥积压机挤压成条状（蠕虫状），这样将有利于气泥接触面积，提高污泥水分的蒸发效率。,原理,构造,流程,污泥干燥设备及其工作原理 间接热干燥技术和设备,
11、间接热干燥技术又称热传导干燥技术。在操作过程中,热介质并不直接与污泥相触,而是通过热交换器将热传递给湿污泥,使污泥中的水分得以蒸发。加热介质不仅仅限于气体,也可用热油等液体,同时热介质也不会受到污泥的污染,省却了后续的热介质与干污泥分离的过程。过程中蒸发的水分到冷凝器中加以冷凝。热介质的一部分回到原系统中再用,以节约能源。该技术的热效率及蒸发速率均不如直接热干燥技术主要设备类型：薄膜热干燥器,圆盘式热干燥器。,间接加热干燥 转盘式干燥器,湿污泥(脱水泥饼)以薄层状,顺序流经加热壁方式干燥的圆盘式干燥器应用较广泛。脱水污泥在预升温至指定壁温的电加热板上成型(厚度控制,平铺),关闭干燥室,开始向干
12、燥室供风。,间接加热干燥 转盘式干燥机工艺及特点,特点：,不需要介质气体或载气量小，因此气体产量少，冷凝水量少，后续处理费用低。气体流动性小，干燥过程氧气浓度很低，安全性高。不需要污泥反混，减少热损失。对污泥初始含水率适应性较高。可同时实现半干化和全干化。,热传导传热方式，对于含水率低于50%的干燥过程干燥效率低，热损失大。存在运动部件，维修费用较高。,污泥干燥工艺,间接加热干燥 Andritz 水平圆盘干燥系统,燃烧空气,燃料,炉,水平圆筒干燥机,排气,燃烧机,再循环空气,热干燥空气(惰性),环空气循,间接加热干燥 多层台阶式干燥机,基本结构在干燥圆筒内设置多层加热圆盘，圆盘上放置湿污泥并安
13、装有耙式搅拌机构，圆盘内通热油或加热蒸汽，在耙齿搅动下污泥干燥成粒。要求湿污泥含水率低于50。该装置在日本、西班牙、加拿大获工业应用。,工艺及其特点,特点：,不需要介质气体或载气量小，因此气体产量少，冷凝水量小，后续处理费用低。气体流动性小，干燥过程氧气浓度很低，安全性高。,需要污泥反混，因此对污泥初始含水率适应性较高。不过反混的干污泥经过反复加热、冷却，热损失大。过涂层机涂层后的污泥颗粒内部干燥，外层潮湿，因此可提高含水率低于50%干燥过程的干燥效率，只能用于全干化。,直接间接联合式干燥系统,技术特点：是对流传导技术的整合主要代表干燥设备：Vomm 高速薄膜干燥器,Sulze 流化床干燥器E
14、nvirex 带式干燥器。,直接间接联合式干燥 流化床干燥器,脱水后的湿态污泥,通过传送器被输入流化干燥床内;气流进入流化床内污泥层,引起污泥在受热下的固体颗粒运动,状似流体沸腾。,控制气体流速,使污泥保持悬浮状态(而不是输运状态),干燥所需的热量由蒸汽通过安装在流化床内的热交换器提供；在流化床内，气体与污泥处于交叉逆流中，气体作为高效热量交换介质，而污泥中的水分则在流体运动中得以蒸发；流化干燥床位高一端,可连续进入湿泥，而位低的另一端则可连续排出颗粒状干泥；被蒸发的水分通过冷凝器加以回收,并被排回到污水处理系统;干燥过程中可产生的部分污泥粉尘,由旋风分离器从循环气体中分离后进人混合机,与湿态
15、污泥混合后,再入流化干燥床。,热传导、热对流传热方式结合，热效率高。气体的闭路循环以降低干燥介质的氧气含量，安全性较高。,流化床干燥工艺及特点,特点：,对污泥初始含水率适应性广。不需要污泥反混。无运动部件，维修费用小。气体量很大，后续冷凝处理费用高，载气反复进行冷却、加热，因此热损失大。不能进行半干化。,污泥干燥工艺,Andritz 流化床干燥系统,直接间接联合式干燥 带式干燥器,联合干燥带式干燥器的设计特点是不锈钢带在一不锈钢盘上走动：一方面热空气从污泥表面流过，并在封闭的炉膛内回转对流传热（污泥进口和出口端在同一方向），另一方面通过加热不锈钢盘传导热能到不锈钢带上的污泥，使污泥受热，水分蒸
16、发，经1530min环形运转后，在出口处输出干污泥产品。,内 容,概述干燥原理及过程污泥干燥设备及工作原理污泥干燥的技术要点及要求典型污泥热干燥工艺技术,设计或选择污泥干燥设备应重点考察污泥干燥设备和系统：能耗 安全性 环境友好 灵活性,污泥干燥技术要点及要求,热能的支出将占到一个标准干化系统运行成本的80以上。因此，热能损耗的研究是对干化系统进行考评的重中之重。举例来说，按照我国城市人口和污水厂规模，日产100t干污泥产量的不在少数。将平均含固率20的污泥，干化至90，采用2.00元/m3的天然气来进行干化，如果升水蒸发量热能能耗相差10大卡，意味着每年30万元的差别。,“基本热能”620大
17、卡/升水的热能,热能损耗,“热能损失”,热源：包括热源的类型、传输、储存、利用的条件,物料：包括污泥的粒度、粘度和污染物含量,工艺：包括工艺类型、路线、条件及其干化效率,污泥干燥技术要点 能耗,污泥干燥技术要点 能耗热源,热源：加热方式不同，热损失不同。由于污泥的复杂性，不适合用燃料燃烧烟气直接加热，最好采用用间接加热方式。无论是热传导还是热对流，通过热交换器的换热均形成一定的热损失，一般来说在815之间。这部分的热损失很难再降低。涉及热源的传输、存储的一些关键条件，如管线的大小、输送距离、压力、保温条件、环境温度等，都会对热源利用的最终效率起到重要影响。减少热损失原则：优化热源、换热器选择和
18、组合，缩短传输距离，加强保温。,污泥干燥技术要点 能耗物料,物料：由于污泥的粘性、初始含水率变化很大，为解决这些问题常运用干泥反混工艺，这意味着大量物料的反复加热和冷却，将造成热能和电能的损失，如将20含固率的湿泥与90的干泥混合至含固率65，半湿泥在干燥器入口温度为40度，出口干泥为95度，则热损失为40大卡/升水蒸发量。此外，干燥水蒸汽和工艺气体经洗涤后分离，洗涤前后气体的温差大小，以及气量本身的大小，决定了干燥系统的热损失。减少热损失原则：合理降低最终产品含固率（使之优化适应最终处置要求），改善冷凝条件（如减少气量、分步冷凝降低干燥蒸汽温度等）。,安全性问题。返混比例很高，这样形成大量污
19、泥的反复加热、冷却。增加热损失。,避免胶粘相特性使之在干燥器内易于黏着、板结。在很大程度上可以改善物料在干燥器内的受热条件，从而有效地缩短时间。扩大可允许的湿泥波动范围。进料含水率对干化系统来说是非常重要的参数。当波动幅度超过一定范围时，可能对干化的安全性形成威胁。,干泥返混,优点,缺点,污泥干燥技术要点 能耗物料（干料返混）,污泥干燥技术要点 能耗工艺,工艺：从工艺角度了解干化在能耗方面的特点，就是研究干化系统的干化效率。热传导：含水率较高时热传导的干化效率较高，而要将最后的2030水分去除，则显得力不从心，半干化的升水蒸发量热能净耗一般要低于全干化2030大卡。热对流：由于大量气体能够与已
20、经失去表面水的颗粒紧密接触，在其周围形成稳定的汽化条件，为湿分在给定的传质条件下能够持续进行提供了极好的条件，因此热对流方式对于含水率小于50%的污泥干燥效率更高。两种干燥方式的传热效率的差别受湿物料本身的性质和搅拌、混合状态影响至巨。减少热损失原则：减少工艺步骤、缩短工艺路线，优化运行参数以提高干燥效率。,污泥干燥技术要点 安全性,粉尘浓度，一般要求粉尘浓度60g/m3 工艺允许的最高含氧量（燃烧气氛的惰性化），一般要求氧气含量12%温度（点燃能量），一般要求颗粒温度110 湿度（气体的湿度和物料的湿度对提高粉尘爆炸下限具有重要影响）,对工艺安全性具有重要影响的要素包括：,污泥干燥技术要点
21、安全性,目前常采用的控制措施：,控制粉尘浓度 工艺选择：热传导工艺较热对流工艺气体量小，粉尘浓度低，污泥温度低，氧气含量小，更安全，工艺选择尽量选取热传导工艺。对流式干燥系统一般是闭环回路：气体进入干燥器前通过冷却水洗涤降低粉尘浓度。,控制含氧量 实时监控干燥器内氧气浓度，超标时采用氮气惰性化。,提高湿度 使用蒸汽作为干燥气体。全蒸汽的回路内含氧量极低，并由于蒸汽的有效保护，使得粉尘爆炸的下限上升至绝对安全条件下。,污泥干燥技术要点 环境友好,避免大量污染气体释放或/和臭气外逸，造成二次污染。措施：采用间接加热或/和闭路循环，将必须外排的废气量和气载污染物量降到最小；控制干燥温度，降低有毒有害
22、气体的挥发量；对排出气体进行必要处理。,根据污泥中挥发气体释放试验，污泥中各种有机挥发性物质的挥发温度具有以下特征：污泥中大部分有机物质的挥发温度大于200；具有明显毒性的苯、酚及相应化合物的挥发温度超过200；为了降低毒性气体的挥发量，污泥干化的操作温度应尽量降低，以减少污泥干化处理过程的有害气体析出。,污泥中挥发气体释放特征及控制：,污泥干燥技术要点 环境友好,污泥干燥技术要点 灵活性,污泥干燥产品要求：不同干燥产品对污泥最终含水率要求不同，污泥干燥设备要尽可能能够适应不同干燥含水率产品要求。,初始含水率要求：含水率因污泥来源不同（可能来自几个不同的污水处理厂）、脱水机的运行情况（机械故障
23、、机械效率降低、更换蓄凝剂或改变添加量）等原因导致进料含水率出现波动。污泥干燥工艺应能适应进料含水率的变化。,内 容,概述干燥原理及过程污泥干燥设备及工作原理污泥干燥的技术要点及要求典型污泥热干燥工艺技术,典型污泥热干燥工艺技术,二阶段污泥热干燥工艺技术利用烟气等废热源干燥污泥的技术过热蒸汽污泥干化技术,二阶段污泥干燥工艺,典型污泥热干燥工艺技术,二阶段污泥热干燥工艺技术利用烟气等废热源干燥污泥的技术过热蒸汽污泥干化技术,用废热源干燥污泥技术一（1）空气循环带式直接加热干燥器,用废热源干燥污泥技术一（2）空气循环带式间接加热干燥器,空气循环带式干燥器利用废热源加热的带式干燥器,用废热源干燥污泥
24、技术二 水平圆筒（转鼓）干燥技术,充分利用热电厂排放的低品位烟气余热，在无需消耗能源和新增污染排放点的前提下使污水处理厂污泥得到无害化、减量化处理，既能提高热电厂联合循环发电的热能利用率，又能得到具有等同褐煤热值的可再生能源和具有建材辅料等同特性的可替代资源，从而真正实现以废治废和循环经济的目标。,用废热源干燥污泥技术二 利用烟气余热干化污泥技术,采用电厂烟气干化污泥示意图,第一段干化,第二段干化,筛 分,终端产品,资源化综合利用,烧制轻质节能转,燃煤辅助燃料,生产水泥压制品,除尘除气,烟气余热,进料装置,污泥预处理,生物土壤滤床除气,利用烟气余热干化污泥工艺流程,利用烟气余热干化污泥技术,典
25、型污泥热干燥工艺技术,二阶段污泥热干燥工艺技术利用烟气等废热源干燥污泥的技术过热蒸汽污泥干燥技术,过热蒸汽污泥干燥技术具有巨大潜力和发展前景的干燥新技术,过热蒸汽干燥指用过热蒸汽直接与被干燥物料接触而去除水分的干燥方式。与传统的热风干燥相比,干燥机排出的废气全部是蒸汽,利用冷凝的方法可以回收蒸汽的潜热再加以利用,干燥介质的消耗量明显减少,故单位热耗低。应用范围及效果：可在流化床、多层搅拌干燥器和闪蒸干燥器机利用过热蒸汽上进行污泥的干燥。Hirose 和Hazama 进行的污泥蒸汽干燥表明，含水率为400%(干基)的污泥首先用机械脱水和蒸发脱水将水分降到75%，最后再干到5%,污泥的热值可达8.4 MJ/kg19 MJ/kg。干燥器内蒸发出的蒸汽可用作蒸发器的热源。,过热蒸汽污泥干燥技术蒸汽循环式污泥干燥技术,脱水污泥,加热方式：直接进行烘干加热介质：430度的过热蒸汽过程描述：脱水污泥从干燥塔顶部进料，逐层下移，每一层均进行搅拌，使不断翻动的污泥与过热蒸汽接触，加速污泥中水分蒸发，干燥后的污泥从塔底部排出。,谢谢！,本文观看结束！,谢 谢欣 赏！,祝各位身体健康！万事如意！,
