污水污泥干化工艺安全性的理论和实践

! "# ! 污水污泥干化工艺安全性的理论和实践 王立彤 陈君宏 张春敏 $中国市政工程华北设计研究院 % 在过去的 #&多年间，污泥减量填埋、减 量焚烧、无害化土地施用以及其它污泥资源 化的实践和摸索中，污泥干化逐步成为能够 大规模减量、无害化和资源化处置的有效工 艺之一，也是某些污泥最终处置的预处理的 方法。污泥干化最初是因其高效的减量、无 害化效果而受到欢迎的。由于发达国家的填 埋场地有限、土地昂贵，干化工艺高效的减 量化，相比填埋工艺，有非常高的竞争力， 因此成本问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 并没有成为人们关注的中心。 随着污泥干化厂数量的增加，欧洲和北 美干化厂的事故也时有发生，从污泥的自 燃，到设备的爆炸；从个别小型附属设备， 到整个干燥生产线；无论有无制造或运行类 似干化设备的经验，无论安全措施设计得多 么复杂、完备，污泥干化厂事故始终没有断 绝；许多知名设备企业主动退出了污泥干化 领域，甚至一些污泥干化项目停止了运行。 众多事故使得一些国家委托了专门的研 究机构，对污泥干化制定行业技术导引、规 范、 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 等。欧盟在 ’(()年就制定了爆炸性 气体设备和运行操作标准 $*+,-%，并于 #&&" 年的 . 月 ’ 日全面强制实施。所以安全性的 确是污泥干化工艺非常值得关注的焦点。 以下就污泥干化工艺类型及其安全性与 同行商榷。 ’ 污泥干化工艺类型 干燥工艺设备类型很多，但根据热能供 给形式和换热形式分类，可以分为三个基本 类型即：直接 /热对流、间接 /热传导和间 接 /混合。由于能耗、安全性及投资等诸方 面原因，到目前为至，真正实现大规模工业 化应用的干化设备有以下几种： $ ’ %转鼓式 $ 012304 504607 %：直接 /热对 流。 $ # % 转碟式 $ 5879 504607 %：间接 /热传 导。 $ " %圆盘式 $ :355;6 504607 %：间接 /热传 导。 $ ) %流化床式 $ <;=858>65 ?65 504607 %：间接 /热对流。 $ @ %涡轮薄层式 $ 2=0?1 2A8B <8;C 50460 %：间 接 /热对流 /热传导。 可以说，上述形式代表了世界当前污泥 干化工艺的主流。 # 污泥干化工艺安全性分析 #D ’ 粉尘浓度 由于污泥在全干状态下 $含固率EF&G） 一般呈微细颗粒状，粒径较小，因此，物料 之间、物料和干燥器之间、物料和介质之间 的摩擦、碰撞，使得干化环境中可能产生大 量粒径低于 ’@&!C的超细颗粒——— 粉尘。这 种高有机质含量的粉尘，在一定的氧气、温 度和点燃能量条件下可能发生燃烧和爆炸， 即所谓“粉尘爆炸”。为什么粉尘不燃烧而 发生爆炸H原因在于，在一定氧气含量和点燃 !"#$%&’(")’*+ (",)’(")’*《机 械 给 排 水 》 ! "" ! 能量条件下，在局部空间、均匀混合和处于 悬浮态的粉尘必须达到一定的浓度才可能引 发燃烧，这个能够导致燃烧的最低浓度值， 就是该条件下的“粉尘爆炸下限”。一般认 为有机质粉尘的爆炸浓度下限为 #$ % &$’ ( )"，市政污泥的取值大约在 *$ % &$’ ( )" 之 间。污泥干化涉及一系列设备，系统的输 送、提升、混合、筛分、粉碎、储存、过滤 等操作，由这些操作形成的每一个界面都是 粉尘危险区。 #+ # 氧气含量 粉尘燃烧的另一个基本条件是具有一定 含量的氧气。在一定粉尘浓度和点燃能量 下、能够引起燃烧的最低氧气含量称为“最 低含氧量” , -./0。根据研究，保护性气体 类型 ,按顺序氮气、二氧化碳、蒸汽 0的不 同，分别在 12，&2，3$2左右。 #+ " 点燃能量 污泥粉尘必须具备一定的点燃能量。根 据研究，市政污泥的点燃能量要求小至几个 到十几个 )4。通常的一个参考量是温度，温 度在 #$5时，污泥的点燃能量也不会超过 3$)4。而由于一般的干化系统均必须具备一 定的温度，典型值在 61 % 3#15之间，此时 的点燃能量低至 3$3 % 3$#)4，由此可以认 为，干化系统事实上无法在运行和维护过程 中彻底避免点燃源的存在。由于污泥的点燃 能量很低，而干化工艺本身就是凭借温度进 行的，加上污泥干化所涉及的一系列设备以 及污泥在干燥器内本身的流动，即使在静 电、金属碰撞等条件都得到控制的情况下， 污泥燃烧所需要的点火能量基本上是一个难 以避免的问题。 #+ * 含湿量 气体的含湿量虽然归根结底仍然是氧气 问题，但由于蒸发所产生的湿度是最有效的 惰性气体，对于提高干化系统的安全性有着 重要意义，一个干燥系统的湿度就成为降低 粉尘浓度、提高点燃能量、降低氧气含量从 而提高整体系统安全性的一个重要手段。 " 影响污泥干化安全的主要因素 "+ 3 干燥工艺的自身缺陷 "+ 3+ 3 设备先天性缺陷 从 7$年代以来，世界各国开发和试验过 污泥的干化技术，研制了污泥干化设备和装 置，这些试验和研制几乎无一例外地全部借 鉴于农产品、化工、医药、食品等领域的干 燥工艺过程和干燥设备。其方法均是在上述 领域原有的干燥器基础上进行污泥的干化试 验，其中有成功的，但是更多的是失败的。 其原因在于并非所有干燥工艺均适合于污泥 这种物料的干化。 "+ 3+ # 配套设施的可靠性 干燥设备只是干化系统的一部分，还涉 及大量附属设备，其中包括分离、过滤、筛 分、粉碎、混合、输送、提升、储存、供热 等。根据工艺不同，辅助配套数量有很大变 化。总体来说，设备数量和关键点越多，对 系统的稳定性影响越大。绝大部分事故不是 源于干燥器本身，而是由辅助配套设施引起 的。 "+ 3+ " 操作复杂性和人员素质 干燥器的原理决定了工艺的区别，而不 同的工艺，所具有的工艺变量的数量是不同 的，工艺变量越多，系统越复杂，操作难度 也越高。污泥干化属于废物垃圾处理范畴， 其操作人员的素质难以要求很高。对一个污 《机械给排 水 》!"#$%&’ (")’* + (",)’(")’* ! "# ! 泥干化厂来说，即使计算机监控和处理系统 非常全面和敏捷，其出错的几率始终存在， 特别是当这些互相牵制、互相影响的参数被 错误调整时，极有可能形成误操作。 "$ %$ # 排除险情手段的有效性 对于污泥干化工艺来说，在报警和紧急 情况下进行排除险情操作手段种类非常有 限，而手段的有效性也存在很大差别。当一 个系统的工艺安全性窗口过窄时，干预甚至 难以奏效。一些大型事故的发生就在于系统 对出现小事故后根本无法在短时间内彻底排 除险情而导致的。鉴于污泥干化系统的投资 规模，还必须考虑出现极端性事件 &如整厂停 电、自动安全系统失灵等 ’时的安全应变能 力。 "$ ( 干燥工艺操作问题 "$ ($ % 干泥返混 进料泥饼的含固率变化范围较大，一般 均在 ()* + (,*之间。这给大多数污泥干化 设备带来了难题，这些系统无法直接处理含 固率低于 -)*的污泥。解决办法就是采用干 泥返混，将大量已经干燥到 .)*以上的细颗 粒返回到系统中进行混合。污泥返混的结 果，带来了粉尘量增加等一系列负面影响。 而粉尘量增加和粉尘环境惰性化及其控 制，对系统管理的复杂性提高。大多数干化 工厂的事故均与这些设备相关，如过滤器的 堵塞，筛分、仓储、提升和混合系统故障导 致的焖燃等。 "$ ($ ( 逆流工艺 逆流作用可以获得更高的处理效率，但 由于污泥的粉尘爆炸性质，使得这一工艺仅 在极为严格的惰性环境中才能存在。在一个 干化系统中，某些干污泥颗粒由于不 规则 编码规则下载淘宝规则下载天猫规则下载麻将竞赛规则pdf麻将竞赛规则pdf 气 流、挡板、通道折弯等的作用，可能形成逆 流或紊流运动，这时与高热表面或气流相 遇，就可能产生颗粒的过热，从而使粉尘增 加。 "$ ($ " 多变量工艺参数 对于污泥干化系统来说，变量越多，系 统可能越复杂，可靠性可能越差，效率可能 越低。这些变量包括：工艺气体的含氧量； 工艺气体的速度、温度、压力；导热油温 度、流量；湿泥进泥量、干泥进泥量、混合 比例；含氧量等。 # 提高污泥干化安全性的主要措施 #$ % 降低反混量 降低污泥返混量的方法，从能量和成本 上考虑优势最明显。 #$ ( 降低含固率 降低最终污泥产品含固率 &所谓半干化 ’ 的方法是最有效的方法之一。在一些工艺中 已经得到运用。正是由于污泥处置的多途径 特点，许多污泥最终处置恰恰要求低含固率 产品，比如填埋和焚烧。填埋的湿度应在含 固率 ,)* + -)*之间，过高则可能导致自燃 且难于使用现有机械摊铺；焚烧则要求 ,)* + -,*之间，过高则容易引起炉温飙升，形 成半熔融和熔融物在焚烧炉通道中的堆积。 还有一些处置工艺要求湿度低于全干 化。比如污泥裂解油化，由俄罗斯研究机构 研制的一种催化装置可以实现有机物的裂 解，其中污泥必须干燥到含固率 /)*，形成 粒径低于 (,)!0的超细粉末，在大量蒸汽存 在下成为裂化的原料气。这一工艺是已知污 泥能源化利用的少数高技术 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 之一，对于 贫油且污泥产量巨大的国家来说不失为一种 良好的前景。 《机械给排 水 》!"#$%&’(")’*+ (",)’(")’* ! "# ! $% " 降低氧含量 干化系统必须实施闭环，同时，所有的 干化都必须抽取一定量的气体排出闭环，从 而避免干化系统中产生的不可凝气体 &一类可 燃气体 ’在回路中饱和，采用抽取的方式，使 回路处于微负压状态，避免气体从别的出 口、缝隙外溢。负压的形成，可能导致空气 进入循环。在紧急停机、重新开机、关机、 开机等操作过程中，在建立适当含氧量平衡 前，必须使用惰性气体来控制回路，以避免 加温和降温过程中，由于含湿量的变化导致 的氧含量超标。 不同类型设备降低氧含量的方法如下： & ( ’直接加热的转鼓式干燥器 输入能源为高温燃烧烟气，烟气中的二 氧化碳和氮气为主要成份，氧含量可能低于 #)。保持这样的回路，即可实现低氧特征。 但是由于烟气中本身含有氧气，燃烧状况与 氧气过剩量密切相关，燃料、燃烧条件的变 化、波动、大量气体的排放和处理，均会影 响其工艺过程。由于变量多，这一惰性环境 的平衡相对说来较为脆弱，必须依靠复杂的 监控系统来保持。正常运行条件下最低氧含 量应少于 *)。 & + ’间接工艺的转碟和圆盘式干燥器。依 靠热传导进行干燥，理论上无需空气介质进 入作为热和湿分携带的载体。然而，由于热 传导本身的限制，对于高含固率的污泥，其 传热效率较低，必须抽取微负压，形成一定 的气流，及时将湿分排出干燥器。由于其结 构性的原因，其内部热量分配不可能是均匀 的，温度的分布也是不均衡甚至是不确定 的。低速搅拌可能带来的部分过热，特别是 部分存在的逆流工艺 &高热量与高含固率产品 同侧，与高含湿量产品和湿气体出口逆向 ’， 很可能导致小环境中的粉尘积聚、过热。此 时，如果回路的微负压导致外部气体进入， 将是非常危险的。其开机、停机等一切非常 操作也都是必须在严格的惰性环境下进行。 其蒸汽出口端的氧含量可能低于 ()，而产品 排出端的气体氧含量根据工艺稳定性变化。 & " ’间接加热方式的流化床工艺。它是所 有工艺中气量最大的，原因在于其物料的停 留、翻动、搅拌均靠空气的动能实现。大气 量、高气速，均可能导致更多的粉尘，因此 其氧含量要求更为严格，正常运行条件下最 低氧含量要求少于 +)。 & $ ’涡轮薄层干化工艺。属于间接加热工 艺，而在传热方式上属于两种接交换形式的 混合型，因此其气量小于一般的热对流，约 为直接对流工艺的二分之一，间接对流工艺 的五分之一以下。回路在开机和关机时也仍 然要求惰性化，但基于其它有利条件 &干物质 总浓度可能低于所谓的爆炸下限，出口处气 体含湿量高 ’，正常运行状态下的最低氧含量 允许 (,)。 $% $ 污泥干燥安全参数的选定 由于污泥干化工艺与污泥的性质有着密 不可分的关系，因此，判断一个系统是否适 合该污泥的干化，以及采用什么样的参数运 行，这些必须通过严格的试验才能获得。由 于试验很难实现这些测试，所以普遍的做法 是根据以往的经验，选择一个较高的安全 值。 $% # 安全系统的构成与效能 污泥干化工艺的安全性是由工艺本身决 定的。所有其它安全性措施均是对该工艺的 补充。这些措施分别具有预防、干预和补救 功能。典型的有：喷水系统；废热烟气 -二氧 化碳注射系统；氮气发生、贮藏、注射系 《机械给排 水 》!"#$%&’ (")’* + (",)’(")’* ! "# ! 统；湿度、压力、温度在线监测系统；在线 氧气测量和反馈系统；泄压阀或爆破隔膜； 制冷撤热系统；灭火装备和设施；隔离墙或 屏障等。 具有预防性功能的如湿度、压力、温度 测量属于必备设备，对于某些工艺来说氧气 测量系统也是必备的。在正常开机、停机操 作中使用的喷水系统、废热烟气 $二氧化碳 注射系统、氮气发生、贮藏、注射系统均属 于具有一定预防性功能的设备。预防性干预 在于及时、迅速地建立严格的惰性环境。蒸 汽、二氧化碳、氮气的惰性化能力是不同 的，使用喷水方式进行干预，有可能在几十 秒钟内使环境迅速惰性化，且成本低廉；使 用二氧化碳或氮气，要建立严格的惰性环 境，所需时间较长，根据工艺的具体情况， 有时甚至可能来不及形成惰性化，系统已经 产生更大的破坏，此外维持在线的惰性气体 发生系统涉及较高的成本支出。 当出现紧急状况时，系统一般均首先切 断热源供应、湿泥进料，启动紧急干预措 施，包括喷水、氮气、二氧化碳等以形成惰 性化环境；启动制冷撤热设备，将热源撤出 等。 当出现较大险情时，则有必要动用灭火 装备进行扑救，疏散人员至隔离墙之外等。 另一个不容忽视的是极端情况下的系统 安全性。一些国际大城市曾经发生瞬息之间 全城断电的突发事件，对于一个干化厂来 说，几率是始终存在的。因此，考察一个干 化系统安全性的极端方法还可以比较在突然 断电情况下如何保障系统的安全。逐项、逐 段考察出现这一情况时，系统各个部位的状 态，分别按照停机 %& ’、()、)*、*+,的条件 来判定其重新开启时的条件以及可能出现的 安全问题，这些条件对于发现多数安全隐患 和工艺问题是具有代表性的。 *& # 安全性操作维护条件 由于人员操作、维护不当导致事故发生 是可能的。因此，简化操作，特别是创造一 个宽松的操作、维护环境，使得操作人员能 够在保证其健康的前提下，精力集中、特别 是充满责任心地工作，是保持干化系统长期 安全运行的必要条件。必要条件包括：开机 参数少，操作运行相对简单，稳定性高；工 艺窗口宽，允许的氧含量、温度变化幅度 大，报警少；维护量少，无大量机械件、滤 网、结垢物料频繁更换；紧急情况下处理方 式简捷，且不造成系统必须冷机干预；维护 的友好性是人员无需爬高，或钻入不卫生环 境进行手工清理；操作环境周围无造成人身 意外伤害的危险等。 ’ 结论 污泥干化是目前实现大规模污泥减量和 污泥处置的重要措施。而安全性则是研究污 泥干化的首要课题。由于污泥的性质的差异 和干化工艺的复杂性，涉及安全性的某些要 素难以确切认知和把握，使得污泥干化的安 全性更为人们关注。 二十多年来的实践表明，干化工艺的安 全生产是可以实现的，关键是消防隐患，选 择、优化合理的工艺，保证安全生产。 由于高层建筑的日益增多，二次供水已 经成为生活供水的主要供水方式之一。为 此，研讨二次供水的管理问题也随之日益显 现出其重要性。 《机械给排 水 》!"#$%&’(")’*+ (",)’(")’*