專利名稱：一種污泥過熱蒸汽三效聯合干燥裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種污泥干燥裝置，尤其是一種污泥過熱蒸汽三效聯合干裝置。
背景技術：
城市污泥顯著的特征是含水率高，初步沉淀的活性污泥含水率高達97% 99%，經過濃縮與消化后的含水率仍然高達90 92%，經過機械脫水后的污泥濾餅含水率為70% 85%。由于城市污泥含水率高，體積龐大，這為污泥的長距離輸送和后續(xù)處理帶來經濟上和技術上的困難。污泥的填埋則因脫水泥餅含水率較高(一般為70% 85%)，土力學性質差，需混入大量泥土，從而導致土地的容積利用系數明顯降低。2007年建設部出臺的《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置一混合填埋泥質》標準和2008年環(huán)境保護部出臺的《生活垃圾填埋污染控制標準(GB16889— 2008)》中都明確規(guī)定，污泥混合填埋含水率應小于60%。脫水泥餅直接焚燒，也因其含固率低不能達到維持過程自行運作所需的能值，需加入輔助燃料，使處理成本明顯增加，難以承受。污泥的低溫熱裂解制油是近年來處理城市污水處理過程中產生的有機污泥的一種可望達到能量平衡的新技術，但低溫熱裂解前必須對污泥進行干燥處理。綜合分析上述污泥處理與處置所遇到的困難，不難看出污泥的含水率是關鍵的影響因素。因此，降低污泥含水率是解決目前在污泥處理所遇到的許多問題的關鍵，污泥的干化處理是污泥進行資源化的前提。傳統(tǒng)的干燥方法有自然干燥法和加熱干燥法，這兩種干燥方法都會產生大量有害氣體，污染環(huán)境。特別是加熱干燥法，在干燥過程中有大量廢氣排出，同時較高的干燥溫度有可能產生有害的苯系污染物，導致干燥尾氣處理難度大、成本高。過熱蒸汽干燥(Superheated Steam Drying)是一項最近發(fā)展起來的新技術,它是指利用過熱蒸汽直接與被干物料接觸而去除水分的一種干燥方式。采用過熱蒸汽三效聯合干燥污泥具有以下優(yōu)點(1)節(jié)能效果顯著。利用過熱蒸汽作干燥介質的節(jié)能效果已被很多學者所證實。英國的Thomas用盤式過熱蒸汽干燥機干燥陶瓷粉、染料，每噸染料汽耗花費從20英磅降到2英磅，節(jié)能達90%。德國BMA. AG研制的高壓過熱蒸汽干燥機干燥甜菜渣，固形物含量由30%干燥至90%，單位熱耗與普通的熱風干燥相比由50000kJ/kg降到僅有2900kJ/kg。Niro公司1985年開發(fā)的商業(yè)用壓力流化床干燥機用于顆粒或漿狀物料干燥試驗證明與普通的滾筒干燥相比節(jié)能達90%，且無污染，產品質量也得到改善。愛爾蘭和前蘇聯應用一種稱為“Peco”的過熱蒸汽干燥機干燥泥炭土，單位能耗與普通的熱風干燥相比由3000-40000kJ/kg降到1700_1800kJ/kg。瑞典研制的一種過熱蒸汽干燥機干燥泥炭土單位蒸發(fā)量的能耗僅為普通熱風干燥的1/6-1/7。英國學者Stubbing認為，在一般的水蒸氣中總熱能大約84%為潛熱，16%為顯熱。傳統(tǒng)的干燥機利用大量的熱風帶走從被干物蒸發(fā)的水，排出的廢氣中包含的大量蒸汽潛熱很難在有用的溫度下回收，而采用過熱蒸汽干燥，排出廢汽仍然是水蒸氣，溫度保持在100°C以上，可經過冷凝、壓縮和多級多效干燥回收其潛熱；(2)傳熱傳質效率高。過熱蒸汽有較高的傳熱系數。Potter和Keogh用流化床干燥機干燥煤炭得出過熱蒸汽干燥時熱系數為200-500W/ Cm2 ·Κ)，而熱風攪拌式干燥機其傳熱系數僅為20-50W/ (m2 ·K)。過熱蒸汽干燥，由于整個環(huán)境僅有一種氣體成分存在,水分從物料表面蒸發(fā)移動不是通過質的擴散而是以液流的壓力差產生的體積流(bulk flow)作動力，Chu等人研究證明對于直徑為Imm的水滴在150°C的過熱蒸汽中只需10_6N/m2的壓力差即可為蒸汽的擴散提供充分的驅動力。因此，在實際過程中從顆粒的表面移去蒸汽的阻力可以忽略，過熱蒸汽干燥無氣膜傳質阻力；(3)過熱蒸汽干燥有利于減少有害氣體的二次污染和產生爆炸的危險。過熱蒸汽多效干燥后幾效是在密封條件下進行，只有最前一效有少量廢氣排出，干燥過程對環(huán)境的二次污染輕。另外，過熱蒸汽干燥工作時物料的溫度超過100°C，在這樣的溫度下對污泥不僅能干燥，且能消滅細菌和其他有毒微生物。過熱蒸汽干燥的介質為過熱蒸汽，沒有空氣存在，沒有氧化和燃燒反應，無爆炸起火的危險。
發(fā)明內容本實用新型的主要目的是采用過熱蒸汽作為干燥介質對城市污泥進行三效干燥處理，解決傳統(tǒng)干燥方式應用于污泥干燥中存在的能耗高、尾氣排放產生而次污染與干燥時間長、效率低等技術難題。過熱蒸汽三效聯合干燥的第二效和第三效采用過熱蒸汽對流干燥，由于干燥過程的干燥介質僅為過熱蒸汽，水分從物料表面蒸發(fā)移動不是通過質的擴散而是以液流的壓力差產生的體積流(bulk flow)作動力，過熱蒸汽干燥無氣膜傳質阻力。因此，采用過熱蒸汽三效干燥污泥的單位能耗將大大低于普通熱風干燥能耗。本實用新型的目的之二是污泥在傳統(tǒng)的干燥過程不僅會釋放出大量的水蒸氣，而且會產生并伴隨著水蒸氣一起釋放出有害氣體。在過熱蒸汽三效污泥干燥過程中，第二效和第三效干燥器均采用全密封的流化床干燥器。隨著干燥溫度的升高，必然產生有害的氣體，這些有害的氣體隨著蒸汽進入前一效干燥器。但是，由于干燥過程是完全密閉的，沒有有害氣體釋放到大氣中。第一效采用間接式的傳導干燥器，第二效和第三效排出的多余過熱蒸氣大部分被第一效傳導干燥器冷凝，部分沒有冷凝的蒸汽采用冷凝器冷凝，大大降低了第二效和第三效排出氣體的數量。排出的有害氣體主要為干燥過程產生的不可冷凝的氣體，排出有害氣體的體積將大大少于傳統(tǒng)的熱風對流干燥。同時，過熱蒸汽干燥能實現無氧或少氧干燥環(huán)境，降低了干燥過程產生N0X，SOx等有毒氣體的風險。采用過熱蒸汽三效干燥污泥，干燥過 程中產生的絕大部分氣體可用冷凝的辦法冷卻變成冷凝液回到污水處理系統(tǒng)。由于有害氣體的數量大大低于傳統(tǒng)的熱風對流干燥，因此尾氣處理成本將低于傳統(tǒng)的污泥干燥工藝。本實用新型的目的之三是運用能量梯級利用原理，應用過熱蒸汽三效聯合干燥能進一步提高干燥過程的能效率。在過熱蒸汽干燥過程中，干燥機蒸發(fā)的水分假如沒有損失的話，就變成熱焓較低的多余蒸汽，經濟地利用這些蒸汽是過熱蒸汽干燥是否做到節(jié)能的關鍵。采用過熱蒸汽三效聯合干燥，就是將后一級干燥室排出的多余蒸汽作為前一級的載汽，達到多效節(jié)能的效果，與多效蒸發(fā)器的工作原理相似。本實用新型的目的之四是采用高溫的過熱蒸汽作為干燥介質，過熱蒸汽溫度高、熱焓值大。過熱蒸汽干燥工作時污泥的溫度超過200°C，在這樣的溫度下對污泥不僅能干燥，具有強烈的滅菌消毒效果，能消滅細菌和其他有毒微生物。本實用新型是這樣實現的，它包括蒸汽管、第一效干燥器、分離器1、排料器、冷凝器、儲料器、加料成型器、第二效干燥器、分離器I1、儲料斗、壓力表、蒸汽發(fā)生器、第三效干燥器、循環(huán)風機、節(jié)流閥、過濾器、加熱器、.蒸汽包、分離器III，其特征是第一效干燥器的一端連接蒸汽管，第一效干燥器的另一端經過排料器連接分離器I，分離器I連接冷凝器，冷凝器連接第一效干燥器，所述第一效干燥的下方設有儲料器，儲料器連接加料成型器的一端，加料成型器的另一端連接第二效干燥器，所述第二效干燥器的側上方通過蒸汽管連接分離器II，所述第二效干燥器的儲料斗經過管道連接第三效干燥器，所述第三效干燥器的側上方通過蒸汽管連接分離器III，蒸汽發(fā)生器依次通過蒸汽包、加熱器、過濾器、節(jié)流閥和循環(huán)風機連接第三效干燥器、分離器II1、第二效干燥器、分離器II和第一效干燥器形成蒸汽通路，所述蒸汽包上連有壓力表。 本實用新型所提供的技術方案由如下步驟組成(I)濕污泥由加料口進入到以傳導加熱為主的第一效干燥器內，來自于第二效和第三效流化床干燥過程中產生的多余過熱蒸汽成為第一效干燥器的熱源，濕污泥被加熱，污泥部分水分被蒸發(fā)。蒸發(fā)的水汽經過分離后，進入空氣冷凝器，水蒸氣被冷卻變成水后返回到污水處理系統(tǒng)，干燥過程僅有少量的不能冷凝的廢氣排出。(2)在第一效經過初步干燥的污泥由加料器成型器輸送至第二效干燥器內，污泥在高溫過熱蒸汽的作用下進一步被干燥，并在流化作用下進入第三效干燥器，污泥在第三效干燥器內進一步干燥，達到要求的水分排出干燥機外。(3)第三效干燥器的初始蒸汽來自于蒸汽發(fā)生器，初始蒸汽經過第三效干燥器后，對干燥器內的污泥進行加熱使污泥內的水分蒸發(fā)。初始蒸汽和污泥蒸發(fā)的蒸汽混合后，經過分離器去除蒸汽中的灰分，在循環(huán)風機的作用下通過加熱器變成具有吸濕性極高的過熱蒸汽，過熱蒸汽再通過污泥使其水分不斷蒸發(fā)，如此循環(huán)下去，污泥被干燥到要求的水分后排出干燥外。(4)第三效干燥器產生的多余過熱蒸汽作為第二效干燥器的初始蒸汽，對干燥器內的污泥進行加熱使污泥內的水分蒸發(fā)。污泥蒸發(fā)的蒸汽經過分離器去除蒸汽中的灰分，在循環(huán)風機的作用下通過加熱器同樣變成具有吸濕性極高的過熱蒸汽，過熱蒸汽通過污泥使其水分不斷蒸發(fā)，污泥被干燥后排出第二效干燥器，進入第三效干燥器。(5)在第二效和第三效干燥過程中，由于過熱蒸汽不斷通過被干燥的污泥，污泥的水分不斷地被蒸發(fā)，必然會產生過剩的過熱蒸汽，若過剩的過熱蒸汽不能被利用，將會是干燥的效率大大降低。本實用新型把第三效和第二效干燥器產生的多余的過熱蒸汽通過管路I引入到一效傳導加熱的第一效干燥器內，作為第一效傳導干燥的熱源，實現過熱蒸汽干燥過程多余蒸汽的合理利用，提高三效聯合干燥的能效，達到節(jié)能的目的。本實用新型與傳統(tǒng)的熱風對流干燥工藝相比較具有如下特點(1)污泥在第三效和第二效干燥器內實現高溫干燥，提高了干燥的效率，第三效和第二效多余的過熱蒸汽作為第一效傳導干燥器的熱源，實現了能量的梯級利用，能效率高于單效干燥工藝；(2)第三效和第二效干燥過程中產生的過剩的高溫過熱蒸汽的潛熱被第一效傳導干燥過程所利用，多余的過熱蒸汽在傳導干燥過程被冷凝成冷凝水排入污水處理系統(tǒng)，僅有少量不能冷凝的有害氣體排出，大大降低了污泥干燥過程有害氣體的數量和降低尾氣處理的成本；(3)第一效傳導干燥過程產生的低溫蒸汽同樣通過冷凝器進行冷卻，把蒸汽變成冷凝水，僅產生少量有害氣體的排放，同樣降低了污泥干燥過程有害氣體的數量和降低尾氣處理的成本。

[0016]圖1為本實用新型的原理示意圖。在圖中，1.蒸汽管2.第一效干燥器3.分離器I 4.排料器5.冷凝器6.儲料器7.加料成型器8.第二效干燥器9.分離器II 10.儲料斗IL壓力表12.蒸汽發(fā)生器13.第三效干燥器14.循環(huán)風機15.節(jié)流閥16.過濾器17.加熱器18.蒸汽包19.分離器III。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型是這樣實現的，第一效干燥器2的一端連接蒸汽管1，第一效干燥器2的另一端經過排料器4連接分離器I 3，分離器I 3連接冷凝器5，冷凝器5連接第一效干燥器2，所述第一效干燥2的下方設有儲料器6，儲料器6連接加料成型器7的一端，加料成型器7的另一端連接第二效干燥器8，所述第二效干燥器8的側上方通過蒸汽管連接分離器II 9，所述第二效干燥器8的儲料斗10經過管道連接第三效干燥器13，所述第三效干燥器13的側上方通過蒸汽管連接分離器III 19，蒸汽發(fā)生器12依次通過蒸汽包18、加熱器17、過濾器16、節(jié)流閥15和循環(huán)風機14連接第三效干燥器13、分離器III 19、第二效干燥器8、分離器II 9和第一效干燥器2形成蒸汽通路，所述蒸汽包18上連有壓力表11。干燥過程中污泥的運動流程(I)濕污泥由加料口進入到以傳導加熱為主的第一效干燥器(2)內(圖1)，在來自于第二效、第三效產生的多余過熱蒸汽的加熱下，污泥被蒸汽通過傳導加熱，污泥部分水分被蒸發(fā)，得到初步干燥的污泥；(2)經過初步干燥的污泥由第一效干燥器流出，再由加料成型器(7)輸送至第二效干燥器(8 )內，在高溫過熱蒸汽的作用下，污泥進一步干燥。(3)經過進一步干 燥的污泥由第二效干燥器流出，再進入第三效干燥器(13)內，在高溫過熱蒸汽的作用下，污泥再次得到干燥，達到要求的水分排出第三效干燥器(13)。干燥過程過熱蒸汽的運動流程(4)初始蒸汽來自于蒸汽發(fā)生器(12)，初始蒸汽經過第三效干燥器(13)后，對干燥器內的污泥進行加熱使污泥內的水分蒸發(fā)(圖1)。(5)初始蒸汽和污泥蒸發(fā)的蒸汽混合后，經過分離器去除蒸汽中的灰分，在循環(huán)風機(14)的作用下通過加熱器(17)變成具有吸濕性極高的過熱蒸汽。過熱蒸汽再通過污泥使其水分不斷蒸發(fā)，過熱蒸汽量不斷增加，在第三效干燥裝器(13)內形成了過量的蒸汽。(6)第三效干燥器(13)產生的多余過熱蒸汽作為第二效干燥器(8)的初始蒸汽，蒸汽經過干燥器后，對干燥器內的污泥進行加熱使污泥內的水分蒸發(fā)。污泥蒸發(fā)的蒸汽經過分離器去除蒸汽中的灰分，在循環(huán)風機的作用下通過加熱器同樣變成具有吸濕性極高的過熱蒸汽，使第二效干燥器內污泥的水分不斷蒸發(fā)。(7)在第三效和第二效產生的多余的過熱蒸汽通過管路I引入第一效干燥器(2)內，作為第一效干燥器的熱源，與第一效干燥器內的低溫污泥進行熱量的傳導交換。過熱蒸汽就變了冷凝水，冷凝水排入污水處理系統(tǒng)。干燥過程產生的多余蒸汽的潛熱得到二次利用，大大地提高干燥系統(tǒng)的能效率。本實用新型采用二效對流與一效傳導聯合的干燥方式，解決過熱蒸汽干燥過程中多余蒸汽的利用問題，充分利用多余蒸汽的潛熱，提高污泥干燥的效率。利用過熱蒸汽能實現第二效和第三效的密閉操作，使得污泥的干燥過程廢氣排放僅為不能冷凝的氣體，大大降低了污泥干燥尾氣處理的成本。干燥過程以蒸汽作為干燥介質，實現無氧干燥， 干燥操作溫度在200°C以上，干燥效率高，不存在污泥熱風高溫干燥過程產生二噁英的風險。
權利要求1.一種污泥過熱蒸汽三效聯合干燥裝置，它包括蒸汽管、第一效干燥器、分離器1、排料器、冷凝器、儲料器、加料成型器、第二效干燥器、分離器I1、儲料斗、壓力表、蒸汽發(fā)生器、第三效干燥器、循環(huán)風機、節(jié)流閥、過濾器、加熱器、.蒸汽包、分離器III，其特征是第一效干燥器的一端連接蒸汽管，第一效干燥器的另一端經過排料器連接分離器I，分離器I連接冷凝器，冷凝器連接第一效干燥器，所述第一效干燥的下方設有儲料器，儲料器連接加料成型器的一端，加料成型器的另一端連接第二效干燥器，所述第二效干燥器的側上方通過蒸汽管連接分離器II，所述第二效干燥器的儲料斗經過管道連接第三效干燥器，所述第三效干燥器的側上方通過蒸汽管連接分離器III，蒸汽發(fā)生器依次通過蒸汽包、加熱器、過濾器、節(jié)流閥和循環(huán)風機連接第三效干燥器、分離器II1、第二效干燥器、分離器II和第一效干燥器形成蒸汽通路，所述蒸汽包上連有壓力表。
專利摘要一種污泥過熱蒸汽三效聯合干燥裝置，第一效干燥器的一端連接蒸汽管，第一效干燥器的另一端經過排料器連接分離器Ⅰ，分離器Ⅰ連接冷凝器，冷凝器連接第一效干燥器，所述第一效干燥的下方設有儲料器，儲料器連接加料成型器的一端，加料成型器的另一端連接第二效干燥器，所述第二效干燥器的側上方通過蒸汽管連接分離器Ⅱ，所述第二效干燥器的儲料斗經過管道連接第三效干燥器，所述第三效干燥器的側上方通過蒸汽管連接分離器Ⅲ，蒸汽發(fā)生器依次通過蒸汽包、加熱器、過濾器、節(jié)流閥和循環(huán)風機連接第三效干燥器、分離器Ⅲ、第二效干燥器、分離器Ⅱ和第一效干燥器形成蒸汽通路，所述蒸汽包上連有壓力表。本實用新型與傳統(tǒng)的熱風對流干燥工藝相比較具有如下特點實現了能量的梯級利用，能效率高于單效干燥工藝；大大降低了污泥干燥過程有害氣體的數量和降低尾氣處理的成本。
文檔編號C02F11/12GK202865096SQ201220542388
公開日2013年4月10日 申請日期2012年10月23日 優(yōu)先權日2012年10月23日
發(fā)明者張緒坤, 朱保利, 余蓉, 馬怡光, 魏偉, 王學成, 蘇志偉 申請人:南昌航空大學