Sistema de secado de lodos

Según la Guía Técnica para el tratamiento y eliminación de lodos en plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas, publicada por el Estado, se proponen cuatro métodos de eliminación de lodos: uso en suelo, vertederos sanitarios, aprovechamiento de materiales de construcción e incineración en seco. Debido a las crecientes limitaciones y los efectos adversos de los lodos en la agricultura, los vertederos, el medio marino y otros ámbitos, el método de tratamiento y eliminación mediante incineración en seco se ha extendido y promovido ampliamente en diversos países, y no cabe duda de que se convertirá en uno de los métodos de eliminación técnica más importantes e idóneos en la actualidad.

Según las características técnicas de los lodos generados por la empresa, que incluyen residuos peligrosos, la incineración y eliminación de los productos tras el secado, así como la necesidad de una fuente de calor de vapor, es necesario considerar exhaustivamente su seguridad, adaptabilidad técnica, adaptabilidad económica, aplicación y promoción. En combinación con el tipo de equipo de secado utilizado, se compararon y seleccionaron seis tipos de equipos de secado: lecho fluidizado, dos etapas, capa fina, paletas, discos y pulverización. Considerando la madurez técnica, la estabilidad del sistema, la seguridad operativa y la protección ambiental de la eliminación de los seis equipos de secado mencionados, se determinó finalmente el tipo de equipo de secado de capa fina más adecuado.

1. Componentes del equipo del secador de película delgada

En general, un secador de película delgada se compone de una carcasa cilíndrica con una capa calefactora, un rotor giratorio en su interior y un mecanismo de accionamiento. El rotor cuenta con paletas de diversas formas y especificaciones, fijadas mediante pernos. El montaje se puede ajustar de forma flexible para adaptarse a las características y la capacidad de tratamiento de los lodos. La carcasa del secador de película delgada está dividida en secciones. Según los requisitos de tratamiento, puede dividirse en múltiples zonas de calentamiento, permitiendo el control individual, el ajuste de temperatura, la conmutación flexible y otras funciones operativas.

Las paletas de dispersión se distribuyen en el extremo de entrada y salida del rotor. Cuatro paletas rascadoras se instalan en cada columna del extremo de entrada del cilindro, formando un ángulo de 45° con la línea de la columna. El objetivo de esta instalación es lograr que el lodo se adhiera inmediatamente a la superficie de la pared caliente al entrar en el cilindro y se transporte hasta el extremo de descarga (un total de 72 piezas). Dos paletas rascadoras de cubierta se instalan en cada columna del extremo de lodo, y las paletas rascadoras en el extremo de alimentación se instalan en un ángulo oblicuo de 45°, con el fin de amortiguar la fuerza de inercia del producto durante la descarga para lograr una descarga libre por gravedad (un total de 36 piezas).

Las palas de transmisión están distribuidas en la zona central del rotor, y se instalan 40 palas en cada columna, lo que suma un total de 720 palas.

Los distintos tipos de palas realizan de forma integral las importantes funciones de distribución, dispersión, raspado, agitación, recirculación, autolimpieza y transporte de lodos en la superficie de la pared caliente. En resumen, cuando el lodo húmedo entra por un extremo del secador horizontal, el rotor giratorio lo distribuye de forma continua sobre la superficie de la pared caliente, formando una fina capa de material. Mientras las palas del rotor hacen rodar continuamente esta fina capa de lodo húmedo, las palas transportadoras con ángulo de guía instaladas en el rotor giran con la rotación circular del mismo. Las partículas de lodo semiseco generadas durante el proceso de formación de la fina capa y secado se desplazan horizontalmente en la dirección axial del rotor a una velocidad lineal determinada, avanzando hacia la salida de lodo en el otro extremo del secador de película delgada. La longitud axial del secador de película delgada no solo abarca la línea horizontal desde el extremo de entrada hasta el de salida, sino que también completa la alimentación y descarga del lodo en todo el cilindro horizontal. En este proceso, el lodo húmedo se calienta uniformemente mediante la pared caliente de vapor y el agua se evapora. El tiempo de residencia del lodo húmedo en el secador de película delgada es de 10 a 15 minutos, lo que permite un arranque, parada y vaciado rápidos, y un control de operación y ajuste del equipo muy ágil.

3. Proceso de recolección de gases de escape del secador de película delgada

El contenido de humedad del lodo alimentado por el secador de película delgada es del 75 % al 85 % (calculado como 80 %), y el contenido de humedad del lodo producido por el secador de película delgada es de aproximadamente el 35 %. El lodo semiseco, presentado como granular, se transporta a la siguiente unidad a través del equipo de transporte de la siguiente etapa. El gas portador mixto, como vapor de agua, polvo de escape y gas oloroso, generado durante el proceso de funcionamiento del secador de película delgada, se mueve en sentido inverso al lodo en el cilindro y se descarga en el condensador a través de la tubería desde el tanque de gases de escape situado sobre el puerto de alimentación del lodo. En el condensador, el agua del gas portador se condensa a partir del vapor, y el gas no condensado se separa en gotas y se descarga en el sistema de secado a través del ventilador de tiro inducido de gases de escape. La cantidad de gases de escape del proceso del secador de película delgada es relativamente pequeña, generalmente solo del 5 % al 10 % de la evaporación del sistema. El ventilador de tiro inducido por extracción crea un estado de micropresión negativa en todo el sistema de secado para evitar el desbordamiento de gases malolientes y polvo.

2. Parámetros técnicos de los equipos principales para el proceso de secado de película delgada

Según los requisitos de este proyecto, la capacidad de tratamiento de lodos de un solo sistema de secado de lodos se determina en 2,5 t/h (con un contenido de humedad del 80 %), y el contenido de humedad de los lodos es del 35 %. La capacidad diaria de tratamiento de lodos de un secador de película delgada individual es de 60 t/d (con un contenido de humedad del 80 %), la capacidad de evaporación nominal de un secador de película delgada individual es de 1,731 t/h, el área de intercambio de calor de un secador de película delgada individual es de 50 m2, y el contenido de humedad de entrada de lodos es del 80 %, y el contenido de humedad de salida de lodos es del 35 %. La fuente de calor del secador de película delgada es vapor saturado, y la calidad del suministro de vapor es importada con los siguientes parámetros: la temperatura del vapor es de 180 ℃, la presión del vapor es de 1,0 MPa, el consumo de vapor de un solo secador de película delgada es de 2,33 t/h, y el número de secadores de película delgada es de 2, uno para cada uso.

El vapor saturado a 180 °C se transporta al secador lineal a través de la tubería de presión y se utiliza como fuente de calor para calentar indirectamente el lodo semiseco. El agua presente en el lodo semiseco se evapora posteriormente en el secador lineal. Según la demanda real del producto (inicio y fin), el lodo final puede alcanzar un contenido de humedad del 10 % y pasar al enfriador de producto.

La capacidad de procesamiento del secador lineal es de 0,769 t/h (contenido de humedad del 35 %), la evaporación nominal es de 0,214 t/h, el área de intercambio de calor es de 50 m2, el contenido de humedad de la entrada de lodos del secador lineal es del 35 %, el contenido de humedad de la salida de lodos es del 10 %, los parámetros de entrada de calidad de vapor del secador lineal son: la temperatura del vapor es de 180 ℃, la presión del vapor es de 1,0 MPa, el consumo de vapor de un solo secador lineal es de 0,253 t/h, y la cantidad está equipada con 1 juego.

El condensador de gas portador es de tipo inyección directa e híbrido, con un caudal de entrada de aire de 3500 Nm³/h, una temperatura de entrada de gas de 95~110 ℃, una temperatura de salida de gas de 90~180 Nm³/h y una temperatura de salida de gas de 55 ℃.

El tipo de equipo del ventilador de tiro inducido de gas portador es un ventilador centrífugo de alta presión, el volumen máximo de succión de aire es de 400 Nm3/h, la presión del aire es de 4,8 kPa, los parámetros físicos del medio de gas portador son: la temperatura es de 45 ℃, la humedad es de 80%~100% mezcla de gas de olor de aire húmedo, un solo sistema de secado está equipado con 1 juego.

La capacidad de procesamiento del enfriador de producto es de 1,8 t/h, la temperatura de entrada del lodo es de 110 °C, la temperatura de salida del lodo es ≤45 °C, el área de intercambio de calor es de 20 m2 y la cantidad es de 1 unidad.

3. Análisis del consumo económico de energía durante la puesta en marcha del secador de película delgada

Tras casi medio mes de puesta en marcha individual y puesta en marcha con carga de lodo del sistema de secado de película delgada, los resultados son los siguientes.

La capacidad de procesamiento de la configuración de diseño de un secador de película delgada individual en este proyecto es de 60 t/d. Actualmente, el tratamiento promedio de lodos húmedos durante el período de puesta en marcha es de 50 t/d (con un contenido de humedad del 79%), lo que ha alcanzado el 83% de la escala de diseño para el tratamiento de lodos en base húmeda y el 87,5% de la escala de diseño para el tratamiento de lodos en base seca.

El contenido de humedad promedio del lodo semiseco producido por el secador de película delgada es del 36%, y el contenido de humedad del lodo semiseco exportado por el secador lineal es del 36%, lo que básicamente coincide con el valor objetivo del producto de diseño (35%).

Medido por el medidor de vapor saturado externo en el taller de secado de lodos, el consumo de vapor saturado es de 25 t/d, y el consumo de calor diario total teórico del calor latente de vaporización del vapor es 25 t × 1 000 × 2 014,8 kJ/kg ÷ 4,184 kJ = 1,203 871 9 × 107 kcal/d. El promedio diario total de agua evaporada del sistema de secado es (50 t × 0,79) - [50 t × (1 - 0,79)] ÷ (1 - 0,36) × 1 000 = 23 875 kg/d, entonces el consumo de calor unitario del sistema de secado de lodos es 1,203 871 9 × 107 ÷ 23 875 = 504 kcal/kg de agua evaporada; Debido a que el sistema de secado de lodos está sujeto a cambios en el contenido de humedad del lodo húmedo, la calidad del vapor externo y las características del equipo de transporte del producto de lodo semiseco en cuanto a los requisitos de granulometría y otros factores, es necesario optimizar el valor de varias variables en la futura operación de prueba a largo plazo, para así resumir las mejores condiciones de operación y el índice de consumo de energía económica del sistema.

1. Máquina secadora de película delgada

La estructura del secador de película delgada consta de una carcasa cilíndrica con capa calefactora, un rotor giratorio dentro de la carcasa y un dispositivo de accionamiento del rotor: motor + reductor.

El rotor está equipado con palas para recubrimiento, mezcla y propulsión. La distancia entre las palas y la carcasa interior es de 5 a 10 mm. La superficie de calentamiento es autolimpiante y las palas se pueden ajustar y desmontar individualmente.

Dispositivo de accionamiento: (motor + reductor) se puede seleccionar un motor de velocidad constante o de frecuencia variable, un reductor de correa o una caja de engranajes, se puede utilizar una conexión directa o una conexión por acoplamiento, la velocidad del rotor se puede controlar a 100 r/min, la velocidad lineal del borde exterior del rotor se puede controlar a 10 m/s, el tiempo de residencia del lodo es de 10 a 15 min.

2. Cuerpo del secador lineal

El secador lineal utiliza un transportador de tornillo en forma de U, y la pala de transmisión está especialmente diseñada y procesada para evitar la extrusión y el corte de las partículas de lodo. La carcasa y el eje giratorio del secador lineal son componentes calefactores, y la carcasa es desmontable. Excepto los componentes calefactores, la parte en contacto con el lodo está fabricada en acero inoxidable 316 L o material equivalente, mientras que las demás partes son de acero al carbono; es decir, el equipo de secado lineal está fabricado en acero inoxidable 304 + acero al carbono.

3. Condensador

La función del condensador de gas portador es lavar los gases de escape del secador de lodos para que el gas condensable se condense. El equipo tiene una estructura de tipo condensador de pulverización directa y está fabricado en acero inoxidable SS304.

4. Refrigeradores de productos

La función del enfriador de producto es reducir la temperatura del lodo semiseco de 110 °C a unos 45 °C, con una superficie de transferencia de calor de 21 m2 y una potencia de 4 kW. Su principal material de procesamiento y fabricación es SS304+CS.

El proceso de secado de lodos mediante película delgada se ha popularizado en los últimos años debido a sus características técnicas, lo que lo convierte en un método de tratamiento de lodos eficiente y eficaz. El proceso consiste en utilizar un secador de película delgada para eliminar la humedad de los lodos de forma rápida y eficiente, obteniendo un producto granular seco fácil de manipular y transportar. Considerando la experiencia operativa de equipos de sistemas de procesamiento de diferentes tecnologías en el campo del secado e incineración de lodos, las características técnicas del proceso de secado de lodos mediante película delgada son las siguientes.

1. La principal característica técnica de la secadora de lodos de película delgada es su sencilla integración. Este método requiere el mínimo equipo auxiliar y es fácil de operar y controlar. El proceso de secado no requiere recirculación, y el lodo pasa directamente por la fase plástica (zona de viscosidad), lo que lo hace más eficiente y optimizado. Además, la cantidad de gases residuales generados es relativamente pequeña y su tratamiento es sencillo, lo que la convierte en una opción de secado de lodos económica, eficiente y respetuosa con el medio ambiente.

2. La economía operativa es otro aspecto importante de la máquina de secado de lodos por película delgada. Se caracteriza por su consumo energético relativamente bajo y su alta eficiencia de evaporación constante. Además, permite la recuperación y el reciclaje del fluido caloportador, lo que reduce aún más los costos energéticos. Asimismo, el equipo es robusto, tiene bajos costos de mantenimiento y requiere una supervisión mínima, lo que lo convierte en una solución rentable para el secado de lodos.

3. La flexibilidad operativa es otra característica destacable de la secadora de lodos de película delgada. Es adecuada para secar diferentes tipos de lodos pastosos y puede producir partículas de lodo uniformes con cualquier contenido de humedad. Este proceso presenta una baja carga de sólidos, un arranque y parada sencillos y un tiempo de vaciado corto, lo que mejora aún más su flexibilidad operativa.

4. El proceso de secado de lodos mediante película delgada se caracteriza por su seguridad y respeto al medio ambiente. Adopta un diseño inerte multifacético, que incluye el uso de nitrógeno, vapor y detección autoextinguible. El proceso opera en un sistema cerrado de presión negativa con bajo contenido de oxígeno, sin olor ni fugas de polvo, lo que reduce la posibilidad de explosión de polvo y garantiza la seguridad y la protección ambiental del proceso de secado de lodos.

En resumen, las características técnicas del proceso de secado de lodos mediante película delgada lo convierten en una opción de tratamiento de lodos eficiente, económica y respetuosa con el medio ambiente. Este proceso se caracteriza por su simplicidad integral, economía operativa, flexibilidad, seguridad y protección ambiental, entre otras ventajas, y constituye una valiosa solución para equipos de secado de lodos.