污泥干燥工艺过程的分析优秀的干燥工艺必须是节能、环保、品位同时兼顾的,为追求更低的运行成本和高品质的成品,选择购买、研发设计、制造运行干燥设备必须执行的“5项基本原则”:
1使得被干燥物料比表面积最大化(裸露蒸发颗粒最小化)
蒸发过程所具备比表面积(含孔隙)是减少热能传导路径、降低水分迁移路径而形成的动能消耗(非蒸发耗能)、减少蒸发时间所累积的设备表面热能损耗、降低气化温度所导致的基本耗能、提高尾气湿度而降低尾气排放量所导致的热能损耗。
如下图:
物料内部水份必须通过热能形成具有一定压力的蒸汽克服迁移路径(R)的阻力(f)才能排出颗粒表面以外,热能(Q)是通过物料之间的传导,其需要传递的时间和过剩能量,有一个重要的因素就是其传导路径(R)的长短;
对于同一质量的水分子而言,迁移运动消耗的动能就是其移动阻力(f)和路径(R)的正函数值,随着移动路径(R)的增加而明显增大,这些动能在干燥过程中都是由热能转变而来的。因此,在同一物料工况表面张力(Fr)恒定的情况下,路径(R)越大,附带(除水分汽化的)消耗的热能越高。
综合以上传热、蒸发的基本过程,不难看出其蒸发消耗的热能随着路径(R)的增加而增加,为正函数值。
“比表面积”和“路径”成反比。“比表面积”和“蒸发热能消耗”为反函数值。
2干燥室的干燥动力最大化
参考下图:
干燥动力(f1~f5):就是物料中水份(或溶液)向物料外部的迁移(蒸发)的能力。其处决于物料与相邻物体的蒸汽分压或相对湿度(RH)的差值,差值越大,其移动或转移的能力就越大。物体内阶梯型的相对湿度(φ1~φ5)逐渐增加,在φ1很小φ5很大时,阶梯的相对湿度(RH)的差值更趋明显,水分迁移能力就很大。而当φ1接近φ5时,阶梯的相对湿度(RH)的差值减少,水分迁移能力(蒸发强度)就很小。这就是同等条件下,干燥设备内物料水分较小时,蒸发强度低的原因。
同样,在常压状态下,当物料表面φ1蒸发水分积聚,相对湿度(RH)提升的蒸发过程中,及时排除已经蒸发出来的水分,保持相对湿度(RH)的较低水平,也是提升蒸发强度的关键。
现实生活中有这样一些现象,在北方,衣服凉在屋里很容易被凉干,在南方,环境相对湿度高,衣服和周围环境相对湿度(或蒸汽分压)差值小,温度虽比北方高5~10摄氏度,但其凉干时间却比北方长的很多,这种现象就是干燥的动力小、水份较难迁移到外部(蒸发)的自然现象。
3机械动能最低化
机械动能(耗电)不仅仅反应直接的消耗电费的问题,更重要反应的是机械维修率、维修成本、设备使用寿命。
同等条件下,设备运行所需的机械动能是由设备运行过程中的阻力、摩擦力、扭矩反应出来的。机械传动耗电量越高,表明设备运行过程中的阻力、摩擦力、扭矩就越大。
阻力、摩擦力、扭矩是影响设备运行的关键:污泥内残存有砂粒,市政污泥残存砂粒尤为明显。在类似“挖泥机”工作状态下的干燥设备,其阻力、摩擦力导致设备快速磨损,维修、停机频率急剧上升,实际使用寿命和年工作时间大大降低、维修费用增加。包括薄层干燥,也难逃此运。
寿命的降低会导致实际吨投资费用增加:同样物料干燥工况下,使用2年的设备10万元和使用10年的设备30万元,年设备折旧前者5万元后者3万元;
维修率的攀升会导致实际经济效益的降低:开工率和维修费是经济效益体现的一个不可分割的元素。停机就意味着亏损,维修代表了成本的增加。
4符合被干燥物的工艺条件
污泥的出路是资源化,污泥颗粒化是资源化获得高效能的关键:工业化、节约化快速制肥:镂空的颗粒可以给好氧菌提供充足的氧、温度、水分,达到快速熟化制肥。很多工业污泥、残渣和无公害的市政污泥,均可以制成有机肥,实现生物循环、提高社会效益;节约型污泥快速碳化技术推进:污泥碳化作为土壤改良是很好的前景。镂空的颗粒化:能够提高碳化渗透力、实现快速碳化,提高单台碳化设备处置能力、降低碳化炉的设备投资,降低碳化过程的热损耗,降低运行成本。
热解气化需要的透气性:颗粒+孔隙率是污泥热解气化的关键;颗粒的堆比重小、透气性能好,有利于燃烬气体的穿透,得到更低的灼减率;污泥内游离碳高,孔隙有助于游离碳的逸出。
水泥窑协同处理污泥,实现扭转建材行业市场滑坡亏损,达到工程、技术转型升级的方案:镂空的颗粒污泥:确保快速点燃和均匀快速煅烧;确保长时间停留在回转窑内煅烧,避免粉体随气流(未完全燃烧)直接进入后面水泥成品,而导致水泥品质降低;彻底完全燃烧、确保水泥品质。
生活垃圾发电项目协同处置:生活垃圾焚烧增效最大空间是污泥协同处置。利用生活垃圾焚烧发电的余热(被忽略的)提供热源,吨污泥处置费仅仅耗电的10元/t污泥。污泥颗粒化确保在垃圾堆内具有足够的透气性,不会阻塞燃烧空气通道;孔隙率确保在垃圾堆内吸取水分,在夏天雨季,起到降低垃圾平均含水率、提高垃圾平均热值和燃烧的均匀性;
解决危废污泥运行高成本的现象:利用危废焚烧的余热蒸汽对污泥进行干燥,降低了湿泥焚烧的燃料消耗,颗粒化确保更低的燃烧酌减率。降低污泥焚烧运行成本,吨污泥处置费10元。
环保热电项目的实施:煤电融入环保热电真正途径是污泥颗粒化。污泥热值比较低,着火点高。如果是粉体污泥,在混入煤粉炉燃烧时,煤粉在正常燃烧空间点燃,而污泥因为着火点高,往往被移送到换热锅炉时还没有彻底燃烧完毕,导致产生严重的不完全燃烧现象。颗粒污泥的重力确保流化床内有足够的停留时间;孔隙率确保颗粒在炉内快速点燃,杜绝了不完全燃烧现象。
河道底泥综合处置:颗粒化是河道污泥资源化和无故障运行的可靠保障。能够自动剔除底泥异物,构件移动工作平台。
5符合安全、环保的基本条件
污泥颗粒化是杜绝粉体爆炸,确保安全运行的重要措施;间接换热是减少尾气排放量,降低尾气处理成本,杜绝二次污染,树立“良心环保”形象的重要保证。
