转盘式干燥机在污泥干化上的应用

于尔根·黑斯先生

1 序言

　　阿特拉斯－斯多德（AS）公司的转盘式干燥机应用于污泥干化领域已经有20多年了。
　　早在40年代，由挪威的巴茨先生（Mr.Bartz）发明了这种转盘式干燥机，并获得了专利。这种转盘式干燥机当时最先用于干燥鱼粉。今天这种转盘式干燥机应用很广，除了城市和工业污水厂产生的污泥的干化之外，还用于鱼类加工，肉制品加工，酿酒，以及不同类型的工业产品的干化。

2　转盘式干燥机的构造

　　图1.1剖解了一个用于污泥半干化工艺的转盘式干燥机。
　　转盘式干燥机主要是由定子（外壳），转子（转盘）和驱动装置组成。

图1.1 转盘式干燥机

2.1　转子
　　转子中心轴是干化转盘的承载部件，它是一个中空轴，所有的转盘焊接在这个中空轴上。每个转盘由两个圆板焊接而成。中心轴内腔与所有转盘内腔相连通。为了提高转盘的坚固性，空心转盘内腔用支撑连杆焊在左右两个圆盘上。
　　根据所干化物料性质的不同，转盘可以采用低碳钢，不锈钢，或特殊合金钢制造。在转盘边缘装有推进器与搅拌器，推进搅拌器有两个功能，一是推进输送物料，二是搅拌混合物料。推进器的倾角是可以调整的。转盘的内腔可以通过输送高压蒸汽（至12个大气压），导热油或热水传递干化产品所需热量。
2.2　定子
　　定子是一个圆柱体外壳，上部设有出蒸汽圆顶出口。定子端板采用法兰安装，便于检修，同时端板也用于固定转子的轴承。为便于检修，蒸汽圆顶出口也装有检修盖板。
2.3　驱动马达
　　整个驱动装置由一个嵌入式减速箱，一个皮带传动，一个离合器和一个电机组成，用于驱动转子（转盘与中空轴）缓慢旋转。

3　转盘式干燥机的功能

　　通过转盘边缘的推进搅拌器的作用，污泥被均匀缓慢地输送通过整个干燥机，并通过与转盘的热接触被干化。在干化过程中，热蒸汽冷凝在转盘腔的内壁上，形成冷凝水。冷凝水通过一个管子被导入中心管，最终通过导出槽导出干燥机。污泥在干燥机内部的输送由推进搅拌器实现，为了防止污泥粘附在转盘上，在转盘之间装有刮刀，刮刀固定在外壳（定子）上。干燥机负压运行（-2～4 mbar），因此就避免了干化过程中废蒸汽泄漏。以蒸汽作为导热介质的干燥机一般是用4～11bar的饱和蒸汽，也有一些干燥机用导热油或水作为导热介质。
　　采用导热油的干燥机，进油温度介于180℃到220℃，出油温度要降低40℃左右。热水导热的干燥机主要用于热量过剩的系统。
　　转盘式干燥机的特点：
　　●接触式干燥（间接干燥，导热介质与污泥无直接接触）；
　　●既适用于污泥半干化，又适用于污泥全干化工艺，使用灵活；
　　●适用于所有污泥处置方案（焚烧，填埋或用作肥料）；
　　●用于全干化工艺时，不需要附加步骤（如后继烘干）；
　　●设备系统中氧气含量低，杜绝了粉尘爆炸的可能性；
　　●半干化和全干化的转盘式干燥机可以随时改装；
　　●机内污泥载荷大，即使进料不均匀，也能保证平稳运行；
　　●惰性气体含量少（不需要空气循环）；
　　●大载荷，便于控制；
　　●构造牢固，持久耐用；
　　●转子转速很低，磨损小；
　　●设计非常紧凑，传热面积却很大，设备占地与厂房空间与其他干燥机相比为最小；
　　●维修少，持续运行性好，可昼夜运转，保证每年8000小时运行。

4　污泥干化工艺

　　根据污泥最终处置目的的不同，对污泥可以进行半干化或全干化处理。这两个工艺都可以通过AS转盘式干燥机来实现，所不同的只是干燥机以外的辅助设备以及电控制系统。
　　在污泥半干化工艺中（干化后干物质含量＜50%），干燥物不经回流而被一次性干燥后排出（图4.1）。所排放的废蒸汽不需除尘而可以直接导入尾汽冷凝液化站。用于半干化的干燥器一般都与一个焚烧炉相连，因为这种半干化的污泥都可以进行自给自足的焚烧，不需辅助热源。污泥焚烧产生的热能，又足以满足干燥机供热――达到热能平衡与最佳利用。因为不需外加能量，大大降低了运行费用。

　　在污泥全干化工艺中，一部分已烘干的污泥（干物质90%）被回流，与湿污泥（例如干物质含量25%）相混合，再送入干燥机（图4.2）。混合后污泥的干物质含量一般高于70%。干燥后产生的尾汽需经除尘处理，再被冷凝液化。因为这种干燥工艺需要的空气量少，相应的总含氧量也很少（约2%），这就是说，几乎不必什么花费，就能够很好的预防粉尘爆炸。

5　污泥干燥机

　　阿特拉斯－斯多德（AS）公司至今已有130多台转盘式干燥机应用于污水厂污泥烘干，下面列举了几个厂的技术数据：

技术数据

单位

德国
斯代恩

挪威
斯塔万格尔

德国
德雷斯顿

荷兰
努特布拉板

德国
汉堡

德国
鲁尔区

干燥机进料参数

脱水过污泥流量

Kg／h

2035

3310

5000

9500

8000

8000

干物质含量

%

29

23

28

24

20

25

干物质流量

Kg/TS/h

600

760

1400

2280

1600

2000

干燥机出料参数

干物质含量

%

90

约85

90

42

40

45

干燥后污泥流量

Kg／h

670

910

1556

5429

4000

4444

水蒸发量

KgH₂O/h

1370

2400

3444

4071

4000

3556

干燥机的主要参数

干燥机型号

　

Rotadisc

TST-30RH

Rotadisc

TST-60RH

Rotadisc

TST-90RH

Rotadisc

TST-70RH

Rotadisc

TST-70RH

Rotadisc

TST-40RH

数量

台

1

1

2

8

6

1

热介质

　

导热油
180°C

蒸汽
6 bar

蒸汽
10 bar

蒸汽
4 bar

蒸汽
5 bar

蒸汽
7 bar

传热面积

m²

123

202

330

250

250

163

单位蒸发功率

Kg/ m²h

11．2

12

　

16．3

16

21．8

配电功率

KW

55

90

132

132

132

90

每吨蒸发水
电能消耗

KW/tH₂O

44

40

40

30

29

23

热能

MJ

3770

6570

9400

12190

11670

10540

每吨蒸发水
热能消耗

KJ/tH₂O

2730

2720

2730

3000

2920

2965

5.1转盘式干燥机用于污泥半干化工艺的实例

　　在荷兰，60多个污泥厂脱水后的污泥都被送到荷兰的SNB污泥干燥焚烧站（www.snb.nl）进行处理。这是目前世界上最大的污泥处理站（右图），机械脱水后的污泥先被送进8个转盘式干燥机烘干至干物质含量42%，然后再送入4个流化床焚烧炉内焚烧掉。从下面的工艺流程图（图5.1.1）可以看到整个流程：卡车从各污水厂运来污泥，送入转盘式干燥机干化，然后进入流化床焚烧炉内焚烧，烟气通过废热锅炉产生蒸汽，最后是烟气处理。整个污泥干化焚烧能量自给自足。污泥自行焚烧，不需另加燃料。在尾气处理过程中产生的蒸汽，满足了干燥机机所需热能。下面的能量损益表（表5.1.2）显示出，需要额外追加的能量只占整个装置总消耗能量的3%（用于启动点火，烟气处理）。

图5.1.1 SNB中心污泥半干化干燥及焚烧工艺流程图

5.2转盘式干燥机用于污泥全干化工艺实例

　　在德国德雷斯顿市污水厂，稀污泥（干物质含量约3%）先被用于干燥机尾气的冷凝液化，同时稀污泥也被预热至大约50°C（见右图），这样有利于污泥机械脱水。被离心脱水后的污泥通过一个活塞泵输送到两台TST－90R型的转盘式干燥机里，每台干燥机的传热面积是330m²。
　　为了避免粉尘爆炸，整个干燥系统惰性驱动。运行过程中的氧气含量小于2%，并安装有一个氧气测量器，用以监控氧气含量。另外，该系统还配有一套氮气应急装置，万一系统中氧气含量偏高，即可报警并输入氮气，以防粉尘爆炸。
　　干化后的污泥（干物质含量约90%）经过一个冷却螺旋被冷却至45°C左右，然后运到集装箱装载站。这些干化后的污泥目前主要用于农业，作为可耕种的土壤。在设计该全干化系统时，已计划以后将全干化干燥机改为半干化干燥机使用，以满足德国政府新规定与市场变化，将污泥用于焚烧作燃料。

图5.2.1 德国德雷斯顿污水处理厂污泥全干化工艺流程图

6　干化后污泥的应用及其对于干化工艺的要求

　　根据国家和地区的法规不同，地理位置的不同，污泥焚烧炉的周边环境的不同，以及污泥所含有害物质（如重金属）的不同，干化后的污泥有不同的可能性加以利用（图6.1）：

图6.1 各种污泥处理应用途径

　　●用于农业；
　　●在流化床焚烧炉中用作唯一燃料焚烧发热（或发电）；
　　●在垃圾焚烧站，火力发电厂，水泥厂的现有焚烧炉中作为混合参入燃料进行焚烧。
　　一个污泥干燥机必须要适合污泥最终处理与应用，也就是制肥料，焚烧或填埋的选择。而这种选择完全依赖于市场与政策法规的变化。这就要求污泥干燥系统要很灵活，能随时适应这种变化。
　　最佳污泥干燥系统应该投资少，运行费用低，最终产品可以根据需要灵活变化。接下来列举了一些典型的例子，可以看出AS公司转盘式干燥机的灵活性。
　　下面的流程框图介绍了污泥经过转盘式干燥机干化后，不同的应用可能性。

　　上面的工艺简图介绍的是一个可以提高污泥N、P、K成分作肥料，并同时混合造粒的全干化污泥干燥机。全干化后的污泥也可以不外加N、P、K，而用作土壤。干化所需热能由锅炉提供。

　　上面的工艺简图显示的是一个半干化污泥干燥机，半干化后的污泥作为燃料，在流化床焚烧炉焚烧产生的热能自给自足用于干燥机。整个系统不需外加热源，运行成本特别低。

　　上面的工艺简图是一个全干化污泥干燥机，在稀污泥进行离心脱水之前利用干燥机废汽进行预热处理。干化后的污泥可以进行焚烧用以发电。但全干化热能消耗很大，运行与投资费用都很高。

7　总结

　　目前，污泥的应用已受到各国法规与政策的影响。各国法规与政策将来只会进一步严格高标化。欧洲近期内，污泥将不再允许用于农业。污泥的焚烧，将污泥用作燃料，越来越占主导地位。在世界范围内，或早或晚，也是必然趋势。
　　因此污泥干燥机就应该适应这种新形势下的要求，在一个干化处理系统内，要求既可以将污泥全干化处理（干物质含量90%）用于农业，也可以进行污泥半干化处理（至干物质含量45%），然后经济地焚烧。就成为了衡量污泥干燥机性能的最重要的标准。一个好的污泥干燥机即使在新的市场，新的政策下，也应该能继续被使用，比如说，将全干化污泥干燥机改装成半干化污泥干燥机，或者反过来。
　　AS转盘式干燥机以它的灵活性不仅可以满足各种工艺要求，还特别适应满足工艺变化的要求。此外，AS转盘式干燥机投资少，运行费用低，运行安全，更显示了它的优越性。它已经用于100多个污泥干化处理系统，共130多台污泥干燥机，应用于18个国家。阿特拉斯-斯多德公司的转盘式干燥机以它的灵活性和高质量，特别是因为它运行成本最低，赢得了用户的欢迎与好评。
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