VOMM污泥处理工艺的经验
污泥的热干化已经成为世界上大规模处理市政污泥的主要手段。由于这种工艺曾经出现过大量的安全事故,并直到最近各种产品自燃、设备损坏的事故仍不断见诸报端,因此,污泥干化的安全性问题一直是并且仍将是最重要的技术问题。本文兹围绕这个问题,结合涡轮薄层工艺的应用和发展,介绍一下我公司在这方面的
设计
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和运行经验。
讨论干化的安全性,涉及的是整个干化系统,这一系统具有以下特点:
?在设备类型上,大多数干化工艺具有上述粉体安全性分析中所罗列的存储、分离、除尘、过滤、筛分、传输、混合、干燥、供热、称重等各种设备。
?这些设备一般是以串连的方式,通过管线、阀、泵、输送机等连接贯通的,设备的数量常常不是单个的,而可能是一组、多组,在一个完整的干化工艺回路上,形成一个互相影响、牵一发动全身的复杂系统;
?从危险几率来说,主要的风险存在于干燥器以外的辅助设备,其中有四项内容(产品储存、除尘分离、筛分、传输)的风险远比干燥器本身还要高,因此,仅从干燥器本身的安全性来论证工艺的可靠性是不够的,干化工艺的风险评估应从整个系统来考虑,也就是分析存在于工艺全程的各种因素的相互作用及其影响;
此外,污泥干化产品在离开料仓后的存储过程也是非常值得重视的,这方面频繁的事故事实上与污泥干化工艺相关;
2 、工艺安全性的核心问题――“干泥返混”
工艺本身决定了污泥干化的安全性,同时也决定了其灵活性、可操作性、稳定性等诸多方面。
工艺的贯通具有一定的前提。由于污泥本身的物理特性,这种物料在干燥过程中易于产生粘结,从而影响产品干燥的质量和干燥器效率。为了跨越这种“胶粘相”阶段,大多数污泥干化工艺采用所谓的“干泥返混”,即通过将部分已经干燥的产品与未处理的湿物料进行混合,以降低其黏性,提高污泥颗粒之间的透气性,提高干燥效率。
这种工艺一般需要较大的干泥返混量,如果湿泥的含固率为20%,混合后的目标含固率一般在60%-70%之间,这样,就要求混合与进料湿泥同等重量的干泥,也就是说,从干燥器出来的产品,要有一半甚至一半以上要回到干燥器中。而作为混合用途的产品,必须经过多级输送、提升、筛分、粉碎、存储、称重、混合等额外环节。
除了反复冷却加温过程中的热量损失外,其关键问题还在于安全性。这些安全性问题体现在:
?这些环节中的任何一个出现机械故障时,均将造成系统的停机,并启动安全预防系统(停止供料、加湿、氮气吹扫、清料等)。
?返混过程中的污泥颗粒有的可能仅循环了一次,有的可能会循环数十次。污泥干化到含固率90%以上时,具有在短时间内难于复水的特点,因此,当这些混合不均匀的干物料遇到高温,很可能会产生个别颗粒的过热,而过热将导致粉尘的产生。
?无论采用热对流还是热传导工艺,在干化过程中产生的污泥颗粒产品,其表面具有较大的孔隙,产品的堆密度较低。这种产品当暴露在空气下时,具有较大的氧化速率和吸水速率。
?这种工艺获得的产品只能达到含固率90%甚至95%以上,过高的含固率,造粒过程中难以做到密实,这样产品具有较大的脆性。虽然通过筛分获得的产品可以达到“无尘”,但是,由于其产品结构密度上的问题,在储存和运输过程中的吸湿,将导致这种产品还会再次产生大量的粉尘,而这些粉尘与颗粒的混合,将导致更高的氧化速率。能够避免所谓的“干泥返混”,这是VOMM污泥干化工艺的最重要特点之一。
3 、设备的可靠性和稳定性
如上所述,深入到设备层面具体而言,可能对干化产生安全问题的设备包括干泥存储、分离、除尘过滤、信息来源环保英才网:www.hbjob88.com
筛分、粉碎、混合、输送和供热等设备,与之配套的各种阀门、泵、马达,以及相关的各种管路(湿泥、干泥、气体、水、氮气等)的温度、流量、湿度、含氧量测量、报警和干预所需的仪器、仪表、泵、阀、储罐等。
干化工艺的特点是,在工艺过程中的任何一项设备停机,均对工艺的连续性造成直接影响。
这种影响可以归结为一系列的干预、经济投入和产能损失:
? 停止上料
? 惰性气体保护
? 降温
? 排料
? 预热升温
对于一个典型的具有干泥返混工艺特征的工艺
方案
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,其主设备数量可能多达20项以上,相关的过程参数更多,最终在工艺控制方面可能形成相互影响的变量可能在2 个以上。这些变量将影响到设备的最终易操作性、稳定性和可靠性。
相比之下,VOMM工艺从主设备方面减少了大约10 项,工艺变量也控制在2 个以下,这对简化操作、保证极高的设备可靠性、稳定性来说是非常重要的。
4 、产品安全性
污泥产品在储存过程中引发的事故在所报道的污泥干化事故中占有相当大的比例,而产品的性质与干化工艺是密切相关的。干泥料仓之外,污泥的堆放也是事故频仍。
污泥产生自燃在原因在于氧化。氧化是放热反应,如果热量不能及时散发掉,将使污泥的堆积温度升高,反过来又加速污泥的氧化,放出更多的可燃质和热量。当热量聚集,温度上升到一定值时,即会引起可燃物质燃烧而自燃。
耗氧速率主要与粒度分布范围相关,粒度越细,氧化越快;粒度范围越宽,氧化速度最高。
污泥粒度越大,孔隙越少,氧化表面积越小,则越不易燃;相反,孔隙大,粒度较大,易于供氧,则氧化速度加快。混合型的污泥粒度分布最为易燃,是由于小粒度的污泥暴露的表面活性结构多,初期氧消耗量大,当温度升高时,大粒度和小粒度所形成的混合体具有风流通道较畅通的特点,因此将加快颗粒污泥的耗氧。
从氧化发展到自燃有一个过程,该过程可能长达数十天。因此避免堆积的死角和过长的储存期是非常重要的。
使污泥中保持适当的水分可能延长污泥的氧化期,但不能有效防止自燃,这是因为水分蒸发后,留下了较大的可吸附表面。作为安全措施,喷水也并不能彻底防止干燥后污泥颗粒的自燃,而且会导致更大规模的潜在自燃风险。
一个非常有效的做法是对干化污泥进行造粒。这种造粒与大多数干化工艺过程中完成的自造粒不同,造粒时的湿度(85%-90%)可使得产品具有很高的密度和硬度,同时其较大的粒径,使得可供氧化的表面积大大减少,对于需要长期储存的农用污泥来说将更安全。
考虑到污泥农用具有季节性,很可能要形成超过三个月以上的储存时间,对于这种储存,采用摊铺翻垛,要比筒式料仓更为安全。
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