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污泥低温碳化与干化工艺的对比研究
发布日期:2016-06-14 浏览次数:

随着我国在污泥处理处置领域投资的不断增加,促进了我国对污泥处理处置 新技术的引进和开发。传统的填埋、堆肥工艺,由于二次污染、重金属污染等问题,使用场合受到很大限制;焚烧工艺由于污泥的高含水率,需要借助干化等工艺或者添加燃料才能实现能源的净输出;而污泥干化工艺以及新兴的污泥低温碳化工艺以减量化明显、无害化彻底、能够资源再利用等优势,在污泥处置行业得到广泛关注和迅速发展。

污泥碳化主要分为3种:
⑴高温碳化。碳化时不加压,温度为649—982℃。先将污泥干化至含水率约30%,然后进入碳化炉高温碳化造粒。碳化颗粒可以作为低级燃料使用,其热值约为8 360—12 540 kJ/kg(日本或美国)。该技术可以实现污泥的减量化和资源化,但由于其技术复杂,运行成本高,产品中的热值含量低,当前尚未有大规模地应用,最大规模的为30删湿污泥。
⑵中温碳化。碳化时不加压,温度为426—537℃。先将污泥干化至含水率约90%,然后进入碳化炉分解。工艺中产生油、反应水(蒸汽冷凝水)、沼气(未冷凝的空气)和固体碳化物。另外,该技术是在干化后对污泥实行碳化,其经济效益不明显,除澳洲一家处理厂外,尚无其他潜在的用户。
⑶低温碳化。碳化前无需干化,碳化时加压至6—8 MPa,碳化温度为315℃,碳化后的污泥成液态,脱水后的含水率50%以下,经干化造粒后可作为低级燃料使用,其热值约为15 048~20 482 kJ/kg(美国)。该技术通过加温加压使得污泥中的生物质全部裂解,仅通过机械方法即可将污泥中75%的水分脱除,极大地节省了运行中的能源消耗。污泥全部裂解保证了污泥的彻底稳定。污泥碳化过程中保留了绝大部分污泥中热值,为裂解后的能源再利用创造了条件14t。
污泥干化技术。污泥干化技术通过将污泥加热,在一定温度和压力下使污泥中的粘性有机物水解,破坏污泥的胶体结构,可以同时改善脱水性能和厌氧消化性能。随水热反应温度和压力的增加,颗粒碰撞增大,颗粒间的碰撞导致了胶体结构的破坏,使束缚水和固体颗粒分离。经过水热处理的污泥在不添加絮凝剂的情况下机械脱水的含水率大幅度降低。污泥的水解宏观上表现为挥发性悬浮固体浓度减少和COD、BOD以及氨氮等浓度增加。水热干化技术采用浆化反应器,通过闪蒸乏汽返混预热浆化、蒸汽与机械协同搅拌,提高了系统的处理效率;在水热反应器中,采用蒸汽逆向流直接混合加热的方式,强化了传质传热过程,可以避免局部过热结焦碳化:在连续闪蒸反应器中,实现了系统能量的有效回收。

通过两种工艺能耗的比较,大家发现,在将污泥含水率由 80%降至 50%的 过程中,由于污泥低温碳化工艺没有汽化的发生,所以只通过消耗很少的能源即 脱除了 75%的水分。所以不考虑电力等其他成本因素的差异,污泥低温碳化工艺 的能源消耗成本不到污泥干化工艺的一半。   

进泥含水率要求:在污泥干化工艺中,进泥含水率越低,则意味着蒸发的水分越少,干化消耗的能源越少,所以干化系统的进泥越干越好。而在污泥低温碳化系统中,污泥需要通过压力装置输入换热系统,并需要维持系统各点的压力。污泥的含水率直接决定了污泥的粘稠度和摩阻系数,进而对污泥的流动性和沿程压力损失有直接的影响。所以低温碳化系统的进泥含水率不能太低,需要维持在 80%以上。

污泥干化系统关注的安全问题主要有粉尘爆炸、闷燃、燃烧等,其中最重要 的是防止粉尘爆炸的发生。污泥干化过程中使污泥颗粒表面留下大量空洞和空 隙,因而具有极高的比表面积,当污泥粉尘积聚到一定浓度,在助燃空气和点燃 能量等条件具备的情况下,发生强烈氧化,释放出热量,热量使粉尘温度升高并 发生燃烧,粉尘顷刻间完成燃烧,释放出大量的热能而发生爆炸。污泥干化中粉 尘爆炸的风险可以通过降低粉尘浓度、消除潜在的点火源、干燥介质的惰性化和 提高含湿量等手段进行控制。从全局的角度出发,所有涉及干化的内容、系统、设备都按照规范进行运行和操作,避免湿泥条件大幅波动、紧急停机、突然停电 等事故的发生,是保证干化系统安全稳定运行的关键。污泥低温碳化系统关注的安全问题主要是汽化和超压问题。由于污泥低温碳 化系统的运行是在 4~6Mpa 的压力下运行,维持系统压力的稳定是关键。如果压力出现波动,导致压力低于该点温度对应饱和蒸汽压的情况,则会使水发生汽化,体积迅速膨胀,导致安全事故的发生。如果背压、泄压系统出现故障,导致压力持续上升,则会出现系统压力高于系统中各设备的设计压力,造成超压,导致高 压阀门、弯头等部位出现泄漏,从而导致喷溅、泄压、汽化等事故的发生。因此,保证污泥低温碳化系统压力稳定的关键是压力输出装置和背压装置的稳定运行。 可以通过设置备用设备,完善自动控制系统及设置泄压装置等手段来保证系统的 安全运行。(生产运营处)





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