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Dünnschicht-Schlammtrocknungsbehandlung

30.10.2024
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Schlammtrocknungs-Behandlungslösung:

Anwendungsstatus und Fallanalyse des zweistufigen horizontalen Dünnschichttrocknungsprozesses im Bereich der Stromerzeugung durch Schlammmischfeuerung

Dieser Artikel stellt den zweistufigen Prozess der horizontalen Dünnschicht-Schlammtrocknungsanlage im Detail vor und analysiert als Beispiel das Erweiterungsprojekt zur Schlammbehandlung und -entsorgung im Bamboo Park. Die horizontale Dünnschicht-Trocknungsanlage verfügt über eine große Einzelverarbeitungskapazität, ist hochsicher, gut abgedichtet, erzeugt weniger Abgase und bietet eine angenehme Werkstattumgebung. Aufgrund der Vorteile des zweistufigen Prozesses der horizontalen Dünnschicht-Trocknungsanlage hinsichtlich Sicherheit, Flexibilität, Wirtschaftlichkeit und weiteren Aspekten wird dieses Schlammtrocknungsverfahren zunehmend im Bereich der Schlammmischung und -verbrennung zur Stromerzeugung eingesetzt und kann als eines der bevorzugten Verfahren für Schlammbehandlungs- und -entsorgungsprojekte in Kraftwerken verwendet werden. Mit der rasanten Entwicklung der Städte steigt die Abwassermenge weiter an, und die Modernisierung der Kläranlagen beschleunigt sich weiter, was zu einem starken Anstieg der Schlammproduktion führt. Bis Ende 2016 hatte Chinas Abwasserbehandlungsvolumen 150 Millionen m3/d erreicht, und die Gesamtschlammmenge betrug fast 30 Millionen Tonnen. Schätzungen zufolge wird Chinas Schlammproduktion bis 2020 60 Millionen Tonnen übersteigen, basierend auf einem Feuchtigkeitsgehalt von 80 %. Der beim Sammeln und Aufbereiten von städtischen Abwässern entstehende Schlamm kann Schwermetalle, Krankheitserreger, Viren, Mikroorganismen und eine große Menge giftiger organischer Stoffe enthalten. Bei unsachgemäßer Behandlung und Entsorgung kann er die Umwelt im Einleitungsbereich stark belasten und die menschliche Gesundheit gefährden. Die Behandlung und Entsorgung von Schlamm ist in der heutigen Zeit zu einem herausragenden Umweltproblem geworden. Die wichtigsten Methoden der Schlammbehandlung umfassen derzeit Konzentrieren, Konditionieren, Entwässern und Trocknen usw., wobei die Trocknungsrate derzeit noch niedrig ist. Unter Schlammentsorgung versteht man den endgültigen Bestimmungsort des Schlamms nach der Behandlung. Zu den wichtigsten Methoden der Schlammentsorgung gehören derzeit die Deponierung, die Flächennutzung, die Nutzung als Baumaterial nach der Verbrennung usw., wobei die Deponierung die am häufigsten verwendete Methode ist. Einerseits aufgrund der immer strengeren Normen und der begrenzten verfügbaren Landressourcen, andererseits wird die Behandlung und Entsorgung durch Trocknung und Verbrennung immer üblicher.

Horizontale Dünnschichtschlammtrocknung im Zweistufenverfahren

Schlammtrocknung ist ein Verfahren, bei dem die Wärmeenergie oder industrielle Abwärme sowie die Abwärme aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe genutzt werden, um das Wasser im Schlamm mithilfe spezieller Technologien und Geräte schnell zu verdampfen. Durch die Schlammtrocknung wird das Wasser aus dem Schlamm entfernt, um den Schlamm zu trocknen, sein Volumen zu reduzieren, seinen Heizwert zu verbessern und gleichzeitig seine Reduktion und Stabilisierung zu erreichen. Die horizontale, zweistufige Dünnschicht-Schlammtrocknung ist derzeit eines der gängigsten Verfahren bei groß angelegten Schlammtrocknungsprojekten. Dabei handelt es sich um ein indirektes Trocknungsverfahren mit Sattdampf oder Wärmeleitöl als Heizmedium.


Kernausrüstung
Das Kernstück des zweistufigen horizontalen Dünnschicht-Schlammtrocknungsverfahrens ist die horizontale Dünnschicht-Trocknungsanlage. Die Umweltausrüstungsprodukte der Xinjieyuan Environmental Protection Technology Co., Ltd. kommen aus den Bereichen Petrochemie, Pharmazie, Lebensmittel, Umwelt und Energie. Xinjieyuan verfügt über ein umfassendes Forschungs- und Entwicklungszentrum sowie eine Testanlage. Das Unternehmen ist weltweit führend bei thermischen Trennlösungen für feuerfeste Mischmaterialien und Dünnschicht-Verdampfungstechnologie sowie in der Entwicklung und Produktion von Anlagen zur Trocknung hochviskoser Materialien.

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Die Abbildung zeigt den Aufbau des horizontalen Dünnschichttrockners. Dieser besteht im Wesentlichen aus drei Teilen: Mantel, Rotor und Schaufel sowie dem Antrieb. Der Mantel ist ein Druckbehälter, dessen Mantel mit Sattdampf oder Wärmeleitöl als Wärmeträger für die Schlammtrocknung befüllt werden kann. Als Material kommt hochtemperaturbeständiger Kesselstahl nach europäischem Standard zum Einsatz. Die Innenwand ist der wärmeübertragende Teil, der mit dem Schlamm in Kontakt kommt und die Hauptwärmeübertragungsfläche sowie den Träger der dünnen Schlammschicht bildet. Die Korrosions- und Verschleißfestigkeit ist besser als bei anderen Materialien. Der Rotor ist eine integrierte Hohlwelle. Dank einer speziellen Verarbeitungstechnologie verbiegt sich der Rotor bei hoher Drehzahl und Erwärmung nicht. Der Abstand zwischen der Außenkante der Schaufel und der Innenwand beträgt stets 5–10 mm. Durch die Rotation des Rotors und die Beschichtung der Schaufel bildet der in den Trockner eintretende Schlamm eine gleichmäßige, dynamische Dünnschicht auf der Innenwand, die ständig erneuert wird. Es trocknet weiter, während es sich dem Auslass nähert.

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Prozessablauf
Nach der Entwässerung durch die Dekantierzentrifuge wird der Nassschlamm mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 80–85 % per Fahrzeug oder Rohrleitung zum Nassschlammsilo transportiert. Der Silo ist mit einem Gleitrahmen ausgestattet, um die Bildung von Schlammbrücken zu verhindern. Am Boden befinden sich eine Entladeschnecke und eine Nassschlammförderpumpe.

Die Nassschlammförderpumpe transportiert den Schlamm zum Eingang des Dünnschichttrockners. Der in den Dünnschichttrockner eintretende Schlamm wird durch die Rotorschaufel auf die Oberfläche der heißen Wand aufgetragen. Die Schaufel dreht sich nicht nur wiederholt und vermischt den Schlamm auf der Oberfläche der heißen Wand, sondern schiebt ihn auch zum Schlammauslass. Dabei wird das Wasser im Schlamm erhitzt und zu Wasserdampf verdampft, der sich im Trockner entgegengesetzt zum Schlamm bewegt und vom Abgasbehälter über der Schlammzufuhröffnung in das Abgaskondensationssystem gelangt.

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Nachdem das im Dünnschichttrockner erzeugte Verdampfungsabgas über den Abluftkasten in das Kondensationssystem gelangt, gelangt es zunächst in den Kondensator. Im Kondensator wird der Abdampf mit Wasser gewaschen, und das Wasser kondensiert aus dem Verdampfungsabgas. Eine geringe Menge nicht kondensierenden Gases (flüchtige Bestandteile in Luft und Schlamm) wird nach der Tröpfchenabscheidung durch die Entnebelungsvorrichtung vom Abluftventilator aus dem Trocknungssystem abgeleitet und im Desodorierungssystem oder der Verbrennungsanlage verarbeitet. Die vom Selbsttrocknungssystem abgegebene Abgasmenge ist sehr gering und beträgt nur 5–10 % des Verdampfungswassers des Systems. Der Abluftventilator versetzt das gesamte Trocknungssystem in einen Unterdruckzustand, um Geruchs- und Staubübertritt zu vermeiden.

Der aus dem Dünnschichttrockner gewonnene Trockenschlamm mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 30–40 % wird im nachfolgenden Lineartrockner weiter getrocknet, wobei der Mindestfeuchtigkeitsgehalt auf 5 % gesenkt werden kann. Zur Zwischenlagerung des Trockenschlamms wird ein Schlammkühler installiert. Nach der Trocknung im Lineartrockner wird der Schlamm zunächst gekühlt und seine Temperatur auf unter 50 °C gesenkt, um die Sicherheit zu erhöhen und ein Schwelen oder eine Selbstentzündung des Schlamms zu verhindern. Anschließend wird er über ein Auslassventil und einen Kratzerförderer zur Lagerung in den Trockenschlammsilo befördert. Beim Anschluss an die Verbrennungsanlage kann die Trocknungsanlage über die Fördereinrichtung direkt mit der Verbrennungsanlage verbunden werden. Der zweistufige horizontale Dünnschichttrocknungsprozess erreicht die Selbstinertisierung des Systems durch das verdunstende Wasser im Schlamm. Im Anlauf- und Notfall werden Niederdruckdampf, Frischwasser oder Stickstoffgas als Inertisierungsmedium des Trocknungssystems verwendet. Der Sauerstoffgehaltanalysator befindet sich am Auslass des Abgasbehälters. Durch die Kontrolle des Sauerstoffgehalts im Trocknungssystem kann ein sicherer und stabiler Betrieb des Schlammtrocknungssystems gewährleistet werden.

Vorteile des Verfahrens

1) Sicherheit: Das Dünnschicht-Schlammtrocknungssystem ist gut luftdicht und hält stets einen Mikrounterdruck von -0,5 bis -1 kPa aufrecht. Geruchs- und Staubüberlauf werden vermieden. Das System kann selbstinert sein und verschiedene Inertisierungsmittel verwenden. Der Sauerstoffgehalt in kommunalen Anlagen wird unter 5 % gehalten. Die Trocknungsschlammtemperatur am Auslass des Trockners kann 100 °C erreichen, wodurch die Sterilisationsfunktion vollständig erfüllt wird und der EPA503-Standard der US-amerikanischen Umweltschutzbehörde (EPA = Environmental Protection Agency) für die Schlammentsorgung eingehalten wird. In der Anwendungshistorie gab es keine Sicherheitsvorfälle. 2) Stabilität: Bei der kooperativen Verbrennung von Schlamm und Kohle kann ein hoher Feuchtigkeitsgehalt des in den Kessel des Kraftwerks eintretenden Schlamms leicht die Kesselausrüstung beeinträchtigen und zu schweren Geräteschäden führen. Erstens wird die Innenwand des Ofens stark ausgewaschen und verschleißt, zweitens kann es leicht zu einer Verstopfung des Fördersystems und damit zu einem Ofenstillstand kommen. Das zweistufige Verfahren der Dünnschichtschlammtrocknung weist einen niedrigen Schlammfeuchtigkeitsgehalt auf und ermöglicht durch Anpassung des Dampfdrucks im Trockner eine schnelle Anpassung des Schlammfeuchtigkeitsgehalts zwischen 20 % und 33 %. Im Vergleich zu anderen Verfahren bietet es klare Vorteile und trägt positiv zur Stabilität der Kraftwerksausrüstung und des Stromnetzbetriebs bei.

3) Einfach: Die Gleichmäßigkeit und Granulierung von Schlammprodukten kann die Stabilität des Kraftwerkskesselbetriebs verbessern. Andere Prozesse erfordern eine Erhöhung der Zerkleinerungs- oder Granulierausrüstung, während der Dünnschichttrockner selbstgranulierend sein kann. Das Produkt ist gleichmäßig granulierter Schlamm, ohne dass zusätzliche Granulierausrüstung erforderlich ist. Geringe Anzahl von Zusatzgeräten, geringer Platzbedarf, einfache Bedienung und Steuerung; Keine Trägergaszirkulation, keine Schlammrückvermischung; Gemäß den „Druckbehälter-Wartungsvorschriften“ müssen alle Arten von Trocknungsmaschinen regelmäßig einer Innenwandinspektion unterzogen werden. Die Wartung der Dünnschichttrockner erfolgt ohne zusätzliche Hebevorrichtungen, was eine bequeme und effiziente Wartung ermöglicht.

4) Flexibel: Breites Anwendungsspektrum, geeignet für verschiedene Schlammarten, kann Schlamm mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 65 % bis 90 % aufnehmen; Der zweistufige Prozess kann jedes Produkt mit gleichmäßigem Feststoffgehalt erzeugen. Start-, Stopp- und Entleerungszeit sind kurz, und es ist kein Reinigungsvorgang zum erneuten Starten erforderlich. 5) Wirtschaftlichkeit: Hohe Verdampfungseffizienz. Bei der Schlammmitverbrennung kann der Dampf des Kraftwerks direkt als Heizmedium verwendet werden. Die Verdampfungswassermenge pro Quadratmeter des Dünnschichttrockners kann mehr als 45 kg pro Stunde erreichen. Kommunale Projekte können mit anderen Systemen (z. B. Verdauungssystemen) kombiniert werden, wodurch eine hohe Effizienz der Wärmeenergierückgewinnung von über 80 % erreicht wird; Geringe Wartungskosten, nur eine jährliche Inspektion an 5-10 Tagen pro Jahr; Sehr geringe Geruchsentwicklung, geringe Behandlungskosten; Vollautomatische Steuerung, geringer Überwachungsaufwand.

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Fallstudie zum zweistufigen horizontalen Dünnschichtschlammtrocknungsprozess im Bereich der Stromerzeugung mit Schlammmischfeuerung
Das Serviceobjekt des Erweiterungsprojekts zur Schlammbehandlung und -entsorgung im Großraum Shanghai Zhuyuan ist der entwässerte Schlamm, der bei der Abwasserbehandlung der ersten und zweiten Kläranlage von Zhuyuan entsteht, die auf Abwasserstandard der Klasse A aufgerüstet wurden, sowie die Abwasserbehandlung von 2,2 Millionen m3/d nach Abschluss des neuen Aufrüstungs- und Ergänzungsprojekts. Der Bauumfang des Projekts beträgt 223 t DS/d, was einem Schlammvolumen von 1115 t/d mit 80 % Feuchtigkeitsgehalt entspricht. Die Anlagenkonfiguration berücksichtigt den Wartungszustand der Verbrennungslinie der ersten Projektphase und der maximale Behandlungsumfang des Projekts beträgt 288,5 t DS/d, was einem Schlammvolumen von 1442,5 t/d mit 80 % Feuchtigkeitsgehalt entspricht. Der Schlammbehandlungsprozess verwendet ein zweistufiges Dünnschichttrocknungsverfahren + Kraftwerk-Misch- und Brennverfahren. Der entwässerte Schlamm mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 80 % wird per Muldenkipper zur Schlammbehandlungsanlage transportiert. Nach der Schlammannahme und -lagerung wird der Nassschlamm in die Dünnschichtschlammtrocknungsanlage gepumpt. Nach der Trocknungsbehandlung wird der durchschnittliche Feuchtigkeitsgehalt auf 30 % (einstellbarer Bereich von 20 % bis 30 %) reduziert. Der entstehende Trockenschlamm wird mit geschlossenen LKWs zum Kraftwerk Shanghai Waigaoqiao Nr. 2 oder 3 zur Mitverbrennung mit Kohle transportiert.

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Die Abbildung zeigt das Diagramm des Schlammtrocknungssystems im Rahmen des Erweiterungsprojekts zur Schlammbehandlung und -entsorgung in der Region Zhuyuan. Nachdem der Schlammwagen mithilfe einer Brückenwaage gewogen wurde, wird der Nassschlamm in einen unterirdischen Sammelbehälter gekippt und anschließend über ein Kolbenpumpensystem zum Nassschlammlagerbehälter transportiert. Anschließend wird der Nassschlamm über eine Entladeschnecke und eine Schneckenpumpe zum Dünnschichttrockner transportiert. Der Nassschlamm gelangt für die erste Trocknungsstufe in den Dünnschichttrockner und fällt dann über eine Rutsche in den Lineartrockner. Dort wird der getrocknete Schlamm weiter getrocknet. Durch Einstellen des Dampfdrucks im Trockner kann der Feuchtigkeitsgehalt des Schlamms schnell auf 20–33 % eingestellt werden. Nach der zweiten Trocknungsstufe gelangt der Schlamm zur Kühlung in die Kühlschnecke und wird anschließend über ein Entladeventil und einen Schaber zur Zwischenlagerung in den Trockenschlammsilo transportiert.

Das von der Selbsttrocknungsmaschine erzeugte verdampfte Restgas bewegt sich mit dem Schlamm rückwärts, und der Abluftkasten über der Selbsttrocknungsmaschine gelangt in das nachfolgende Restgaskondensationssystem. Das verdampfte Restgas wird im Kondensator versprüht und kondensiert, und das nicht kondensierende Gas gelangt in den nachfolgenden Defroster. Nach der Tröpfchenabscheidung im Defroster wird das endgültige Restgas über einen Ventilator aus dem Trocknungssystem abgelassen und zur Behandlung in das Geruchsbehandlungssystem geleitet. Die im horizontalen Dünnschichttrocknungssystem verwendeten öffentlichen technischen Bedingungen umfassen hauptsächlich Sattdampf, Mittelwasser, Instrumentenluft, zirkulierendes Kühlwasser und Frischwasser. Der im Trocknungssystem verwendete Dampf stammt aus dem Kraftwerk und wird über Unterzylinder an 10 Produktionslinien verteilt. Das Trocknungssystem ist mit einem Luftdrucksystem zur Zufuhr von Instrumentenluft ausgestattet, das Kondensatrückgewinnungssystem dient zur Rückgewinnung des Dampfkondensats der Trocknungsmaschine und das zirkulierende Kühlwassersystem versorgt das System mit zirkulierendem Kühlwasser. Das vom Trocknungssystem erzeugte Abwasser besteht hauptsächlich aus dem Sprühwasser, das nach der Wäsche des Verdampfungsabgases mit einem mittleren Wassersprühstrahl entsteht. Dieser Abwasseranteil wird zur Behandlung in die Kläranlage zurückgeführt. Das Abgas gelangt zur zentralen Behandlung in die Geruchsbehandlungsanlage. Nach der Trocknung wird der Schlamm zur Mitverbrennung mit Kohle an das Kraftwerk Waigaoqiao weitergeleitet. Das Schlammtrocknungssystem des Erweiterungsprojekts zur Schlammbehandlung und -entsorgung im Gebiet Zhuyuan hat die Leistungsbewertung im August 2020 erfolgreich bestanden. Die jährliche Laufzeit des Projekts kann 8000 Stunden erreichen, und die jährliche Schlammbehandlungskapazität kann mehr als 400.000 Tonnen erreichen. Die Fertigstellung und Inbetriebnahme des Projekts werden das Problem des Schlammabflusses im Gebiet Zhuyuan grundlegend lösen und der Wirtschaft Shanghais zu einer nachhaltigen Entwicklung verhelfen. Es kann als Referenz für inländische Schlammbehandlungs- und -entsorgungsprojekte mit Mitverbrennung in Kraftwerken dienen.

Zusammenfassung

1) Das horizontale Dünnschichttrocknungssystem ist gut luftdicht, ermöglicht eine strenge Kontrolle des Sauerstoffgehalts und bietet ein hohes Maß an Sicherheit. In der über 30-jährigen Anwendungsgeschichte kam es zu keinem Sicherheitsunfall, und es ist heute eines der sichersten Trocknungsverfahren im Bereich der Schlammtrocknung.
2) Bei der Stromerzeugung durch Schlammmischung und -verbrennung ist die Kontrolle der Trockenschlammform und des Feuchtigkeitsgehalts von entscheidender Bedeutung, da dies den Betrieb des nachfolgenden Verbrennungssystems der Trocknungsanlage beeinflusst. Einerseits ermöglicht die zweistufige horizontale Dünnschichttrocknung körnige Produkte mit gleichmäßiger Partikelgröße und ohne Staubentwicklung. Andererseits lässt sich der Feuchtigkeitsgehalt durch Änderung des Dampfdrucks und der Geschwindigkeit der zweistufigen linearen Trocknungsmaschine schnell anpassen. Die gute Kontrolle der Form und des Feuchtigkeitsgehalts des Trockenschlamms gewährleistet den stabilen Betrieb des gesamten Systems.
3) Die horizontale Dünnschichttrocknung mit zweistufiger Schlammtrocknung und die gemeinsame Entsorgung sind ein Entwicklungstrend in der kommunalen Schlammbehandlung und -entsorgung und bieten deutliche Vorteile hinsichtlich Sicherheit, Stabilität, Zuverlässigkeit und Fortschrittlichkeit. Die Anwendung der horizontalen Dünnschichttrocknung mit zweistufiger Trocknung bei der gemeinsamen Schlammentsorgung ist heute eine wissenschaftlich fundierte und sinnvolle Wahl für die kommunale Schlammbehandlung und -entsorgung.