噴霧干燥技術(shù)
干燥是用加熱的方法使水分或其他溶劑汽化,并將蒸汽排除,籍此來(lái)除去固體物料中濕分的操作。按傳熱方式劃分,包括傳導(dǎo)干燥、對(duì)流干燥、輻射干燥,以及由其中兩種或三種方式組成的聯(lián)合干燥。 干燥是一個(gè)傳熱傳質(zhì)過(guò)程。經(jīng)傳導(dǎo)、對(duì)流或輻射方式,熱量從較高溫度的傳熱介質(zhì)傳給較低溫度的濕物料表面,然后傳至濕物料內(nèi)部,這是一個(gè)傳熱過(guò)程。干燥的傳熱過(guò)程遵循傅立葉定律(Fourier’s Law)φ = -λAdT/dx,傳熱速率與傳熱系數(shù)、傳熱面積及物料與熱介質(zhì)的溫度差成正,熱流與溫度梯度方向相反。傳熱的推動(dòng)力是溫度差。 干燥是一個(gè)能量?jī)糁С龅倪^(guò)程,耗能費(fèi)用在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)干化系統(tǒng)運(yùn)行成本中的比例大于80% ,因此對(duì)熱能損耗的研究是干化系統(tǒng)研究及改進(jìn)的重點(diǎn)。 與其他熱干燥方式相比,被霧化成細(xì)小霧滴極大地提高了物料的傳熱和傳質(zhì)面積,同時(shí)使原本存在于物料內(nèi)部的間隙水成為表面水,從而強(qiáng)化了恒速蒸發(fā)過(guò)程,提高了干燥熱效率。 噴霧干燥具有傳熱快、水分蒸發(fā)迅速、干燥時(shí)間瞬間的特點(diǎn),適用于熱敏性物料,且產(chǎn)品質(zhì)量好,質(zhì)地疏松,干燥、造粒同步完成,工藝過(guò)程簡(jiǎn)單,系統(tǒng)組成少,自動(dòng)化程度高。被廣泛應(yīng)用于奶粉、洗衣粉、藥品、顏料等產(chǎn)品的生產(chǎn)中。 |
工藝流程 |
系統(tǒng)組成
1)污泥收儲(chǔ)系統(tǒng)
完成污泥接收、存儲(chǔ)、輸送及供料。包括:污泥池、料斗、螺旋送料器、污泥泵等。
2)噴霧干燥系統(tǒng)
完成污泥噴霧干燥處理,氣固分離及干燥污泥回收。主要包括:噴霧干燥塔、污泥霧化器及氣流噴嘴、旋風(fēng)分離器、空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐等。
3)污泥造粒系統(tǒng)
完成干化污泥造粒、輸送及存儲(chǔ)。主要包括:干化污泥造粒機(jī)、傳輸帶、料倉(cāng)等。
4) 污泥焚燒系統(tǒng)
完成干化污泥焚燒,并產(chǎn)生高溫?zé)煔庥糜谖勰鄧婌F干燥。主要包括:流化床熱風(fēng)爐及配套的鼓風(fēng)機(jī)、分離器、提升機(jī)、進(jìn)料機(jī)等。
5)煙氣清潔系統(tǒng)
完成污泥“干燥—焚燒”后所產(chǎn)生煙氣的清潔處理和排放,以及水蒸汽余熱回收。主要包括:引風(fēng)機(jī)、回收塔、排放塔、水泵、換熱器等。
6)污水處理系統(tǒng)
完成污泥干燥過(guò)程中產(chǎn)生的水蒸汽冷凝液及生產(chǎn)性廢水的凈化處理。
7)系統(tǒng)運(yùn)行控制系統(tǒng)
完成系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行檢測(cè)和控制。包括:控制臺(tái),機(jī)柜,由溫度、濃度、壓力等傳感器及數(shù)字儀表組成的運(yùn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),由變頻器、電磁閥、電機(jī)等組成的控制執(zhí)行系統(tǒng)。
8)其他配套設(shè)施。
相關(guān)資質(zhì):
工藝技術(shù)
1. 污泥噴霧干燥技術(shù)
由于污泥比較粘稠,很難霧化或霧化效果差,達(dá)不到預(yù)期霧化目標(biāo)影響干燥效率,還會(huì)造成粘壁現(xiàn)象,無(wú)法進(jìn)行干燥生產(chǎn);而且污泥中含有各種雜質(zhì),特別是存在較大的固體顆粒和毛發(fā)、繩頭等,容易堵塞霧化噴槍?zhuān)瑹o(wú)法進(jìn)行干燥生產(chǎn)。
針對(duì)污泥噴霧干燥生產(chǎn)過(guò)程中存在的問(wèn)題,本系統(tǒng)采用了針對(duì)性的解決方案:
1) 采用二次切向內(nèi)混三流式氣流霧化技術(shù)。該技術(shù)可將粘度高達(dá)10萬(wàn)厘泊的膏狀物料霧化成細(xì)小的霧滴,并且耗氣量。饬腺|(zhì)量比約1:10)、效率高,有效地解決了粘稠物料的霧化效果問(wèn)題;
2) 提高噴槍內(nèi)部物料通道的孔徑至20mm,確保經(jīng)沉渣池和格柵過(guò)濾后的污泥不會(huì)形成堵塞。而且一旦被堵塞,該噴嘴可用壓縮空氣反吹,在10分鐘內(nèi)解決堵塞問(wèn)題,不影響連續(xù)生產(chǎn)。
大孔徑二次切向內(nèi)混三流式氣流噴霧技術(shù)是我單位的專(zhuān)有核心技術(shù),具有國(guó)際領(lǐng)先水平,該技術(shù)已應(yīng)用在多領(lǐng)域,并在污泥噴霧干燥處理系統(tǒng)工程實(shí)例中成功應(yīng)用。
作為輔助措施,在污泥輸送泵出口加裝破碎機(jī),可以將大顆粒、長(zhǎng)纖維進(jìn)行粉碎,確保噴嘴不會(huì)堵塞。
2. 污泥流化床焚燒技術(shù)
為實(shí)現(xiàn)清潔焚燒,減少二噁英的生成,污泥焚燒過(guò)程需要滿(mǎn)足清潔焚燒的"3T"準(zhǔn)則(Temperature,Turbulence,Time),即焚燒需要在一定的焚燒溫度(850℃及以上)和湍流度下停留一定的時(shí)間(2s以上)。
同時(shí)還需對(duì)燃燒產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行“驟降”處理(在2s以?xún)?nèi)從850℃以上溫度降至250℃以下),防止二噁英在煙氣降溫過(guò)程中合成,以及脫硫除塵除臭處理,才能即達(dá)到處理處置目標(biāo)又不會(huì)產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)。
本系統(tǒng)采用針對(duì)性措施以保證污泥安全、可靠焚燒并資源化再利用:
1) 采用流化床焚燒爐作為污泥焚燒的工藝設(shè)備,其成本低、可有效地進(jìn)行“3T”焚燒且二次污染小、能量綜合利用率高,已在垃圾焚燒領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用;
2) 由于污泥含水率更高,需要先適度的干燥處理以符合焚燒工況要求;
3) 為了確保爐膛內(nèi)物料持續(xù)均勻流化且焚燒穩(wěn)定,干化污泥被制成直徑約12mm,燃值、灰分、揮發(fā)分穩(wěn)定的“污泥衍生顆粒燃料”進(jìn)行焚燒,有利于流化床焚燒爐運(yùn)行控制,也有利于工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行。
3. 環(huán)保控制技術(shù)
* 二噁英的控制
污泥中含有二噁英,在焚燒過(guò)程中需加以控制,以防止其進(jìn)入大氣被人吸入而危害健康。本系統(tǒng)通過(guò)以下技術(shù)措施,嚴(yán)格控制二噁英排放:
1) 高溫焚燒分解二噁英。
二噁英在705℃以下時(shí)是相當(dāng)穩(wěn)定的,高于此溫度即開(kāi)始分解。采用850℃以上焚燒溫度并停留2s以上,能夠使污泥中原有的絕大部分二噁英分解;另外,在污泥中適量摻入煤,一方面可以補(bǔ)充污泥焚燒所產(chǎn)生熱量的不足,另一方面利用煤中的硫來(lái)抵制二噁英生成。
本系統(tǒng)采用流化床焚燒半干化污泥顆粒燃料,并保持爐膛焚燒溫度900℃以上并停留2s以上,以確保絕大多數(shù)二噁英得到處理。
2) 飛灰收集二噁英。
高溫分解后煙氣中殘余的二噁英是以蒸汽狀態(tài)(氣相)和吸附在飛灰顆粒上(固相)二種狀態(tài)存在。由于飛灰的比表面積很大,對(duì)二噁英有很強(qiáng)的吸附作用,導(dǎo)致飛灰中二噁英濃度很高,通常占焚燒過(guò)程二噁英總排放量的70%左右。
本系統(tǒng)采用迷宮分離器對(duì)污泥焚燒后的飛灰進(jìn)行收集,并按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行填埋或熔融焚燒處理。少部分飛灰隨同煙氣進(jìn)入下一步的污泥噴霧干燥環(huán)節(jié)進(jìn)行驟降和吸附處理。
3) 泥霧噴射驟降溫度抑制二噁英再合成及吸附二噁英。對(duì)燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔膺M(jìn)行驟降處理,在2s時(shí)間內(nèi)降低至250℃以下,避開(kāi)300~500℃的溫度環(huán)境,可有效防止二噁英的合成。
本系統(tǒng)采用污泥霧化噴射(含水率70%以上)方式直接對(duì)輸入噴霧干燥塔的高溫?zé)煔膺M(jìn)行驟降處理(同時(shí)泥霧得到干燥),在約1s時(shí)間內(nèi)將高溫?zé)煔鈴募s850℃降至150℃以下,防止二噁英的再合成。與此同時(shí),污泥霧滴直接對(duì)混在煙氣中殘存的二噁英進(jìn)行吸附,使之附著在干化污泥內(nèi)。干化污泥經(jīng)造粒成為污泥顆粒燃料,重新回到爐膛進(jìn)行焚燒處理,使吸附的二噁英進(jìn)一步得到高溫分解。
4) 尾氣處理徹底凈化。經(jīng)高溫分解、飛灰收集、驟降抑制合成、吸附處理后,可能殘存的二噁英,以及在噴霧干燥時(shí)從污泥中揮發(fā)的H2S、NH3、SOX、NOX、甲硫醇、二甲二硫醚等,一起隨煙氣、水蒸汽進(jìn)入系統(tǒng)煙氣處理環(huán)節(jié),得到進(jìn)一步控制處理。
* 重金屬的控制
污泥中含有一定量的重金屬,需加以控制避免進(jìn)入大氣或食物鏈。
重金屬污染物在焚燒過(guò)程中被蒸發(fā)。熔點(diǎn)高的重金屬隨溫度降低會(huì)凝結(jié)成粒狀物而被捕集。熔點(diǎn)低重金屬會(huì)在飛灰表面催化作用下,形成熔點(diǎn)溫度較高且較易凝結(jié)的氧化物或氯化物,特別是汞和鎘大部分吸附在飛灰顆粒上而被捕集下來(lái)。
本系統(tǒng)采用旋風(fēng)分離器收集,以及污泥噴霧降溫及吸附,降低煙氣中的重金屬。殘存的重金屬隨煙氣、水蒸汽進(jìn)入系統(tǒng)尾氣處理環(huán)節(jié),得到進(jìn)一步控制處理。
* 尾氣處理
在進(jìn)行污泥干燥和焚燒生產(chǎn)時(shí),所產(chǎn)生的尾氣中主要的污染及排放物包括:粉塵及顆粒物、酸性氣體(H2S、NH3、HCl、HF、SOX、NOX、甲硫醇、二甲二硫醚等)、重金屬(Hg、Pb、Cr等)和有機(jī)劇毒性污染物(二噁英、呋喃等)四大類(lèi)。
其中的重金屬和二噁英等,在污泥焚燒、飛灰收集、污泥噴霧降溫及吸附等工藝環(huán)節(jié)已經(jīng)得到有效控制,殘存濃度極低。
對(duì)于煙氣中的粉塵、酸性氣體處理本系統(tǒng)采用了針對(duì)性的解決方案:采用“回收塔+氧化塔”的基本結(jié)構(gòu),并使用不同藥劑分段噴淋進(jìn)行煙氣化學(xué)清潔處理。
其中第一段采用液堿溶液噴淋處理煙氣中的H2S、NH3、HCl、HF、SOX、NOX等可溶性酸性氣體,同時(shí)回收粉塵顆粒和水蒸汽潛熱;第二段采用次氯酸鈉溶液噴淋氧化處理甲硫醇、甲硫醚等不可溶有機(jī)揮發(fā)性氣體。
與其他煙氣處理技術(shù)相比,分段式煙氣處理工藝更適合污泥干燥及焚燒所產(chǎn)生的尾氣處理:
1) 采用化學(xué)處理方式,反應(yīng)時(shí)間短;
2) 適合較高溫度(80~150℃)、大流量連續(xù)煙氣處理;
3) 分段式處理方式可以分步、分別針對(duì)不同的惡臭氣體進(jìn)行處理:第一段采用低價(jià)、耐高溫的藥劑使惡臭氣體從高濃度降至低濃度,回收煙氣中的粉塵,同時(shí)回收煙氣中水蒸汽潛熱作為余熱資源加以利用,經(jīng)濟(jì)高效;第二段采用高效氧化劑使殘存的低濃度惡臭氣體分解,達(dá)標(biāo)排放,環(huán)保安全;必有時(shí)可增加其他工藝處理段以解決特殊有害物質(zhì)的處理。
* 其他排放物處理
1)異味氣體控制及處理
惡臭污染源主要是由于污泥發(fā)酵產(chǎn)生的異味,其主要成份為硫化氫、氨等。在污泥儲(chǔ)存?zhèn)}及干泥料倉(cāng),污泥在轉(zhuǎn)運(yùn)、儲(chǔ)存過(guò)程中,不可避免地將部分揮發(fā)性有機(jī)物擴(kuò)散到周邊環(huán)境中。
本系統(tǒng)采用封閉式污泥池、干泥料倉(cāng)控制異味氣體擴(kuò)散范圍,同時(shí)將這些污泥存儲(chǔ)空間通過(guò)管道管道連接至鼓風(fēng)機(jī),抽取異味氣體輸送到焚燒爐進(jìn)行焚燒處理。
2)污水處理
本系統(tǒng)廢水主要有干化尾氣冷凝液、生產(chǎn)性廢水。平均每處理1噸含水率80%的脫水污泥將產(chǎn)生約700kg的廢水。總量較小,而且在污泥處理處置過(guò)程中沒(méi)有添加其他化學(xué)物質(zhì),污水中的成分與污泥原廠污水基本相同,可按照通用的污水處理工藝對(duì)污泥干化和焚燒過(guò)程中產(chǎn)生的冷凝液、廢水進(jìn)行處理。
3)噪聲控制
本系統(tǒng)噪聲源主要有引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)等。設(shè)備噪聲級(jí)在80dB(A)以下。
本系統(tǒng)對(duì)空壓機(jī)和引風(fēng)機(jī)建設(shè)專(zhuān)用機(jī)房,并采取減震措施,降低和隔絕噪聲。對(duì)可能產(chǎn)生噪聲的管道,特別是風(fēng)機(jī)出口連接的管道采取柔性連接的措施,以控制振動(dòng)噪聲。
4)灰渣處理
本系統(tǒng)的污泥焚燒灰渣,大都情況下可作為垃圾填埋場(chǎng)的覆土或建筑渣土、建材原料使用。但當(dāng)灰渣中的重金屬、二噁英含量過(guò)高時(shí),需采用填埋或熔融焚燒處理。
4. 安全控制技術(shù)
污泥干燥及焚燒生產(chǎn)過(guò)程中,最大的安全風(fēng)險(xiǎn)是干燥過(guò)程中的污泥自燃和粉塵爆炸。
本系統(tǒng)采用高溫?zé)煔馀c污泥并流噴霧干燥方式,使霧化污泥與高溫?zé)煔馔蜻M(jìn)入干燥塔,既使進(jìn)入干燥塔時(shí)高溫?zé)煔馓幱诟邼竦奈勰囔F滴包圍中得到極速蒸發(fā)降溫,又驟降控制二噁英的合成;在污泥霧滴被蒸發(fā)干燥成半干粉塵(含水率約20~30%)時(shí),煙氣溫度已經(jīng)下降至150℃以下不能引燃污泥;同時(shí)入塔的高溫?zé)煔獾暮趿枯^低(通常< 12%)。由此形成低空氣含氧量、降溫、增濕的環(huán)境,有效地降低了自燃、粉塵爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。
本系統(tǒng)運(yùn)行采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)全過(guò)程監(jiān)測(cè)控制和自動(dòng)運(yùn)行。針對(duì)粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn),系統(tǒng)對(duì)污泥噴嘴壓力、污泥即時(shí)流量、干燥塔入塔溫度、干燥塔出塔溫度等多個(gè)環(huán)節(jié)的工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)異常時(shí),一個(gè)或幾個(gè)監(jiān)測(cè)參數(shù)會(huì)發(fā)生異常并報(bào)警,系統(tǒng)立即自動(dòng)停機(jī)(也可人工緊急停機(jī)),防止系統(tǒng)運(yùn)行故障時(shí)發(fā)生危險(xiǎn)。
系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)
污泥“噴霧干燥—流化焚燒”技術(shù)組合科學(xué)高效、安全環(huán)保、簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì),成為絕佳的技術(shù)組合。
1. 科學(xué)
在污泥高溫焚燒處置的同時(shí),實(shí)現(xiàn)了二噁英分解,并為污泥干燥提供了熱源。
在污泥噴霧干燥處理的同時(shí),實(shí)現(xiàn)了污泥焚燒煙氣的驟降處理,防止了二噁英的再合成;而且通過(guò)
泥霧吸附煙氣中殘存的二噁英、重金屬等,防止污染擴(kuò)散。
2. 高效
1) 采用干化污泥作為主要燃料焚燒發(fā)熱,進(jìn)行污泥干燥處理,實(shí)現(xiàn)了污泥資源化利用;
2) 采用污泥焚燒生產(chǎn)的高溫?zé)煔猓ǜ哌_(dá)850℃以上)直接進(jìn)行脫水污泥干化處理,無(wú)需換熱器,熱傳輸距離短,風(fēng)量相對(duì)較小,從而優(yōu)化了熱利用率;
3) 使污泥霧化極大地提高了污泥的傳熱和傳質(zhì)面積,同時(shí)使原本存在于污泥內(nèi)部的間隙水成為表面水,蒸發(fā)效率提高,從而提高了干燥熱效率;
4) 對(duì)污泥干燥過(guò)程中產(chǎn)生的水蒸汽余熱進(jìn)行回收再利用,實(shí)現(xiàn)了資源循環(huán)利用。
3. 環(huán)保
1) 在污泥干燥和焚燒的同時(shí),科學(xué)地實(shí)現(xiàn)了對(duì)二噁英、重金屬的控制;
2) 采用高效的化學(xué)濕法回收工藝對(duì)煙氣分段(多重)處理,確保尾氣排放遠(yuǎn)低于國(guó)標(biāo)要求;
3) 采取有效措施對(duì)污水、噪聲及灰渣進(jìn)行處理,實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好的生產(chǎn)運(yùn)行。
4. 安全
1) 形成低空氣含氧量、降溫、增濕的污泥干燥工藝環(huán)境,有效地降低了污泥自燃、粉塵爆炸的風(fēng)險(xiǎn);
2) 采用全自動(dòng)運(yùn)行控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng),確保系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)異常時(shí)能立即停機(jī)處理,避免發(fā)生安全事故。
5. 經(jīng)濟(jì)
1) 工藝流程簡(jiǎn)單,干燥、焚燒效率高,自動(dòng)化程度高,運(yùn)行成本低,適宜規(guī)模化連續(xù)生產(chǎn);
2) 系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單,設(shè)備體積小,主要設(shè)備采用工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備,節(jié)省設(shè)備投資,減小占地面積(日處理100噸含水率80%脫水污泥的系統(tǒng)總占地面積約600m2)。
應(yīng)用方案
方案一:獨(dú)立的污泥處理處置系統(tǒng)
自成一體,構(gòu)成獨(dú)立、完整的脫水污泥處理處置系統(tǒng)。
方案二:與“污泥厭氧消化”系統(tǒng)組合
與污泥厭氧消化系統(tǒng)相結(jié)合,對(duì)厭氧消化產(chǎn)生的沼渣進(jìn)行干化、焚燒處理。同時(shí)將污泥干化焚燒時(shí)產(chǎn)生的尾氣余熱作為厭氧消化的污泥加熱和保溫?zé)嵩,循環(huán)利用;并實(shí)現(xiàn)在厭氧消化過(guò)程中不再燃燒沼氣生產(chǎn)蒸汽,增加收益。
其他方案:
利用鋼鐵、水泥等工業(yè)的尾氣作為污泥噴霧干燥的熱源,構(gòu)成脫水污泥干化處理系統(tǒng)。