سیستم خشک کن لجن

طبق راهنمای فنی تصفیه و دفع لجن تصفیه‌خانه‌های فاضلاب شهری که توسط دولت صادر شده است، چهار روش دفع لجن پیشنهاد شده است، یعنی استفاده از زمین، دفن بهداشتی زباله، استفاده از مصالح ساختمانی و سوزاندن خشک. با توجه به محدودیت‌های فزاینده و عوامل نامطلوب لجن در کشاورزی، دفن زباله، دریا و سایر جنبه‌ها، روش تصفیه و دفع لجن با خشک کردن لجن به طور گسترده در کشورهای مختلف مورد استفاده و ترویج قرار گرفته است، شکی نیست که خشک کردن لجن با سوزاندن به یکی از مهمترین و ایده‌آل‌ترین طرح‌های دفع فنی در این مرحله تبدیل خواهد شد.

با توجه به اینکه لجن تولید شده توسط یک شرکت دارای ویژگی‌های فنی زباله‌های خطرناک، سوزاندن و دفع محصولات پس از خشک شدن و نیاز به منبع حرارتی بخار است، بنابراین لازم است ایمنی، سازگاری فنی، سازگاری اقتصادی، کاربرد و ارتقاء آن به طور جامع در کنار نوع تجهیزات فرآیند خشک کردن مورد استفاده در خشک کردن لجن که به بهره‌برداری رسیده است، در نظر گرفته شود. شش نوع تجهیزات فرآیند خشک کردن لجن، شامل نوع بستر سیال، نوع دو مرحله‌ای، نوع لایه نازک، نوع پارویی، نوع دیسکی و نوع اسپری، مقایسه و انتخاب شدند. در نهایت، با توجه به بلوغ فنی، پایداری سیستم، ایمنی عملکرد و حفاظت از محیط زیست دفع شش تجهیزات خشک کن فوق، نوع تجهیزات فرآیند خشک کردن لایه نازک تعیین شد.

1. اجزای تجهیزات خشک کن فیلم نازک

به طور کلی، یک خشک‌کن لایه نازک از یک پوسته استوانه‌ای با یک لایه گرمایش، یک روتور چرخان در پوسته و یک دستگاه محرک روتور تشکیل شده است. روتور مجهز به اشکال و مشخصات مختلف زیادی از پارو است، پارو و روتور توسط پیچ و مهره ثابت می‌شوند، حالت مونتاژ را می‌توان به صورت انعطاف‌پذیر تنظیم کرد تا با تغییر ویژگی‌های لجن و ظرفیت تصفیه سازگار شود. کل پوسته خشک‌کن لایه نازک به بخش‌هایی ترکیب شده است. با توجه به نیازهای مختلف دفع، می‌توان آن را به چندین ناحیه گرمایش تقسیم کرد و می‌توان کنترل جداگانه، تنظیم دما، سوئیچ انعطاف‌پذیر و سایر عناصر عملیاتی را انجام داد.

تیغه‌های پخش‌کننده در انتهای ورودی گل و انتهای خروجی گل روتور توزیع شده‌اند. چهار تیغه پخش‌کننده روی هر ستون از انتهای ورودی گل سیلندر نصب شده است که با زاویه ۴۵ درجه نسبت به خط ستون نصب شده‌اند. هدف از چنین نصبی این است که لجن بلافاصله پس از ورود به سیلندر به سطح دیواره داغ متصل شود و وظیفه انتقال به انتهای تخلیه را داشته باشد، که در مجموع ۷۲ قطعه می‌شود. دو تیغه پخش‌کننده پوشش انتهایی روی هر ستون از انتهای گل نصب شده است و تیغه‌های پخش‌کننده در انتهای تغذیه با زاویه مورب ۴۵ درجه نصب شده‌اند، به طوری که هدف از نصب، خنثی کردن نیروی اینرسی محصول هنگام تخلیه برای دستیابی به عملکرد تخلیه آزاد توسط گرانش، در مجموع ۳۶ قطعه است.

پره‌های انتقال نیرو در ناحیه میانی روتور توزیع شده‌اند و روی هر ستون ۴۰ پره نصب شده است که در مجموع ۷۲۰ پره می‌شود.

انواع مختلف تیغه‌ها به طور جامع عملکردهای مهم توزیع لجن، پخش کردن، تراشیدن، هم زدن، مخلوط کردن معکوس، خود تمیز کردن و انتقال لجن روی سطح دیواره داغ را از این عملکرد محقق می‌کنند. به طور خلاصه، هنگامی که لجن مرطوب از یک انتهای خشک‌کن افقی وارد می‌شود، بلافاصله توسط روتور چرخان به طور مداوم روی سطح دیواره داغ توزیع می‌شود تا یک لایه نازک از مواد تشکیل دهد. در حالی که تیغه‌های روی روتور به طور مداوم لایه نازک لجن مرطوب توزیع شده روی سطح دیواره داغ را می‌غلتانند، تیغه‌های انتقال با عملکرد زاویه راهنما که روی روتور نصب شده است، با چرخش دایره‌ای روتور می‌چرخند. ذرات لجن نیمه خشک تولید شده در فرآیند لایه نازک لجن و خشک کردن، با جهت محوری روتور با سرعت خطی مشخصی انتقال افقی نشان می‌دهند و به سمت خروجی لجن در انتهای دیگر خشک‌کن لایه نازک حرکت می‌کنند. اندازه طول محوری خشک‌کن لایه نازک نه تنها خط افقی از انتهای تغذیه تا انتهای تخلیه است، بلکه تغذیه و تخلیه لجن را در کل خشک‌کن لایه نازک استوانه‌ای افقی تکمیل می‌کند. در این فرآیند، لجن مرطوب به طور یکنواخت توسط دیواره داغ بخار گرم می‌شود و آب تبخیر می‌شود. زمان اقامت لجن مرطوب در خشک‌کن لایه نازک 10 تا 15 دقیقه است که می‌تواند شروع، توقف و تخلیه سریع را محقق کند و عملیات فرآیند و کنترل تنظیم تجهیزات بسیار سریع است.

۳. فرآیند جمع‌آوری گاز خروجی خشک‌کن لایه نازک

رطوبت لجن تغذیه شده توسط خشک کن لایه نازک 75% تا 85% (محاسبه شده به صورت 80%) است و رطوبت لجن تولید شده توسط خشک کن لایه نازک حدود 35% است. لجن نیمه خشک ارائه شده به صورت دانه ای از طریق تجهیزات انتقال مرحله بعدی به واحد بعدی منتقل می شود. گاز حامل مخلوط، مانند بخار آب، گرد و غبار فرار و گاز بو، که در فرآیند کار خشک کن لایه نازک تولید می شود، به طور معکوس با لجن در سیلندر حرکت می کند و از طریق خط لوله از مخزن گاز خروجی بالای دریچه تغذیه لجن به داخل کندانسور تخلیه می شود. در کندانسور، آب گاز حامل از بخار متراکم می شود و گاز غیر متراکم توسط قطرات جدا شده و از طریق فن مکش ناشی از گاز خروجی به داخل سیستم خشک کن تخلیه می شود. مقدار گاز خروجی فرآیند خشک کن لایه نازک نسبتاً کم است، معمولاً فقط 5% تا 10% از تبخیر سیستم. فن مکش القایی، کل سیستم خشک‌کن را در حالت فشار میکرو منفی قرار می‌دهد تا از سرریز شدن گاز بو و گرد و غبار جلوگیری شود.

2. پارامترهای فنی تجهیزات اصلی برای فرآیند خشک کردن لایه نازک

طبق تقاضای این پروژه، ظرفیت تصفیه لجن یک مجموعه واحد از سیستم خشک‌کن لجن، 2.5 تن در ساعت (با توجه به رطوبت 80٪) و رطوبت لجن 35٪ تعیین شده است. ظرفیت تصفیه لجن روزانه یک خشک‌کن لایه نازک 60 تن در روز (با توجه به رطوبت 80٪) است، ظرفیت تبخیر نامی یک خشک‌کن لایه نازک 1.731 تن در ساعت، سطح تبادل حرارت یک خشک‌کن لایه نازک 50 متر مربع و رطوبت ورودی لجن 80٪ و رطوبت خروجی لجن 35٪ است. منبع حرارت خشک‌کن لایه نازک، بخار اشباع شده است و کیفیت تأمین بخار از پارامترهای وارداتی است: دمای بخار 180 درجه سانتیگراد، فشار بخار 1.0 مگاپاسکال، مصرف بخار یک خشک‌کن لایه نازک 2.33 تن در ساعت و تعداد خشک‌کن لایه نازک 2 عدد است که هر کدام برای یک بار استفاده می‌شود.

بخار اشباع ۱۸۰ درجه سانتیگراد از طریق خط لوله فشار به خشک‌کن خطی منتقل می‌شود و به عنوان منبع گرما برای گرم کردن غیرمستقیم لجن نیمه‌خشک استفاده می‌شود. آب موجود در لجن نیمه‌خشک در خشک‌کن خطی بیشتر تبخیر می‌شود. با توجه به نیاز واقعی محصول لجن (شروع و توقف)، لجن نهایی می‌تواند به ۱۰٪ رطوبت برسد و به خنک‌کننده محصول برود.

ظرفیت پردازش خشک‌کن خطی 0.769 تن در ساعت (رطوبت 35٪)، تبخیر نامی 0.214 تن در ساعت، سطح تبادل حرارت 50 متر مربع، رطوبت ورودی لجن خشک‌کن خطی 35٪، رطوبت خروجی لجن 10٪، پارامترهای کیفیت بخار ورودی خشک‌کن خطی: دمای بخار 180 درجه سانتیگراد، فشار بخار 1.0 مگاپاسکال، مصرف بخار یک خشک‌کن خطی 0.253 تن در ساعت و تعداد به 1 دستگاه مجهز است.

نوع تجهیزات کندانسور گاز حامل، کندانسور هیبریدی تزریق مستقیم است که دارای ورودی هوای ۳۵۰۰ نیوتن متر مکعب بر ساعت، دمای گاز ورودی ۹۵ تا ۱۱۰ درجه سانتیگراد، دمای گاز خروجی ۹۰ تا ۱۸۰ نیوتن متر مکعب بر ساعت و دمای گاز خروجی ۵۵ درجه سانتیگراد می‌باشد.

نوع تجهیزات فن مکش القایی با گاز حامل، فن گریز از مرکز فشار بالا است، حداکثر حجم مکش هوا ۴۰۰ نیوتن متر مکعب در ساعت، فشار هوا ۴.۸ کیلو پاسکال، پارامترهای فیزیکی محیط گاز حامل: دما ۴۵ درجه سانتیگراد، رطوبت ۸۰٪ تا ۱۰۰٪ مخلوط گاز بوی هوای مرطوب، یک مجموعه واحد از سیستم خشک کن با ۱ مجموعه مجهز شده است.

ظرفیت پردازش کولر محصول 1.8 تن در ساعت، دمای ورودی لجن 110 درجه سانتیگراد، دمای خروجی لجن ≤45 درجه سانتیگراد، مساحت تبادل حرارت 20 متر مربع و مقدار آن 1 واحد است.

۳. تحلیل مصرف انرژی اقتصادی در طول راه‌اندازی خشک‌کن لایه نازک

پس از تقریباً نیم ماه راه‌اندازی تکی و راه‌اندازی بار گل سیستم فرآیند خشک کردن لایه نازک، نتایج به شرح زیر است.

ظرفیت پردازش پیکربندی طراحی یک خشک‌کن لایه نازک در این پروژه ۶۰ تن در روز است. در حال حاضر، میانگین تصفیه لجن مرطوب در طول دوره راه‌اندازی ۵۰ تن در روز (با رطوبت ۷۹٪) است که به ۸۳٪ از مقیاس تصفیه لجن پایه مرطوب طراحی شده و ۸۷.۵٪ از مقیاس تصفیه لجن پایه خشک طراحی شده رسیده است.

میانگین رطوبت لجن نیمه خشک تولید شده توسط خشک کن لایه نازک ۳۶٪ و رطوبت لجن نیمه خشک صادر شده توسط خشک کن خطی ۳۶٪ است که اساساً با مقدار هدف محصول طراحی (۳۵٪) مطابقت دارد.

با اندازه‌گیری توسط کنتور بخار اشباع خارجی در کارگاه خشک کردن لجن، میزان مصرف بخار اشباع ۲۵ تن در روز است و کل مصرف گرمای روزانه نظری گرمای نهان تبخیر بخار ۲۵ تن × ۱۰۰۰ × ۲۰۱۴.۸ کیلوژول بر کیلوگرم ÷ ۴.۱۸۴ کیلوژول = ۱.۲۰۳ ۸۷۱ ۹ × ۱۰۷ کیلوکالری در روز است. میانگین کل آب تبخیر شده روزانه سیستم خشک کن (۵۰ تن × ۰.۷۹)-[۵۰ تن ×(۱-۰.۷۹)] ÷(۱-۰.۳۶) × ۱۰۰۰ = ۲۳ ۸۷۵ کیلوگرم در روز است، بنابراین مصرف واحد گرما سیستم خشک کردن لجن ۱.۲۰۳ ۸۷۱ ۹ × ۱۰۷ ÷ ۲۳ ۸۷۵ = ۵۰۴ کیلوکالری بر کیلوگرم آب تبخیر شده است. از آنجا که سیستم خشک‌کن لجن در معرض تغییر میزان رطوبت لجن مرطوب، کیفیت بخار خارجی و ویژگی‌های تجهیزات حمل و نقل محصول لجن نیمه‌خشک از نظر الزامات دانه‌بندی و سایر عوامل است، لازم است مقدار متغیرهای مختلف در عملیات آزمایشی بلندمدت آینده بهینه شود تا بهترین شرایط عملیاتی و شاخص مصرف انرژی اقتصادی سیستم خلاصه شود.

دستگاه خشک کن فیلم نازک

ساختار تجهیزات خشک‌کن لایه نازک شامل یک پوسته استوانه‌ای با لایه گرمایش، یک روتور چرخان در پوسته و یک وسیله محرک روتور: موتور + کاهنده سرعت است.

روتور مجهز به تیغه‌هایی برای پوشش‌دهی، مخلوط کردن و نیروی محرکه است. فاصله بین تیغه‌ها و پوسته داخلی ۵ تا ۱۰ میلی‌متر است. سطح گرمایش می‌تواند خود تمیز شود و تیغه‌ها را می‌توان به صورت جداگانه تنظیم و جدا کرد.

دستگاه درایو: (موتور + کاهنده) می‌توان تبدیل فرکانس یا موتور با سرعت ثابت را انتخاب کرد، کاهنده تسمه یا گیربکس را می‌توان انتخاب کرد، می‌توان از اتصال مستقیم یا اتصال کوپلینگ استفاده کرد، سرعت روتور را می‌توان در ۱۰۰ دور در دقیقه کنترل کرد، سرعت خطی لبه بیرونی روتور را می‌توان در ۱۰ متر بر ثانیه کنترل کرد، زمان ماند لجن ۱۰ تا ۱۵ دقیقه است.

2. بدنه خشک کن خطی

خشک‌کن خطی از نوع نوار نقاله پیچی U شکل استفاده می‌کند و تیغه انتقال به طور ویژه طراحی و پردازش شده است تا از اکستروژن و برش ذرات لجن جلوگیری شود. پوسته و شفت چرخان خشک‌کن خطی قطعات گرمایشی هستند و پوسته پوسته قابل جدا شدن است. به جز قطعات گرمایشی، قسمتی که با لجن در تماس است از فولاد ضد زنگ 316 L یا ماده معادل آن ساخته شده است و سایر قطعات از فولاد کربنی ساخته شده‌اند، یعنی تجهیزات خشک‌کن خطی از SS304+CS ساخته شده‌اند.

۳. کندانسور

وظیفه کندانسور گاز حامل، شستشوی گاز خروجی از خشک کن لجن است تا گاز قابل چگالش موجود در گاز، متراکم شود. نوع ساختار این دستگاه، کندانسور پاششی مستقیم است و جنس ماده مورد استفاده در فرآیند، SS304 می‌باشد.

4. خنک‌کننده‌های محصول

عملکرد خنک‌کننده محصول، کاهش لجن نیمه‌خشک ۱۱۰ درجه سانتی‌گراد به حدود ۴۵ درجه سانتی‌گراد، با سطح انتقال حرارت ۲۱ متر مربع و توان ۴ کیلووات است. این دستگاه ماده اصلی پردازش و تولید برای فولاد ضد زنگ SS304+CS است.

فرآیند خشک کردن لجن لایه نازک در سال‌های اخیر به دلیل ویژگی‌های فنی‌اش محبوبیت پیدا کرده است و آن را به یک روش تصفیه لجن کارآمد و مؤثر تبدیل کرده است. این فرآیند شامل استفاده از خشک‌کن لایه نازک برای حذف سریع و کارآمد رطوبت از لجن و باقی گذاشتن یک محصول دانه‌ای خشک است که جابجایی و حمل و نقل آن آسان است. با توجه به تجربه عملیاتی تجهیزات سیستم فرآیندی با فناوری‌های مختلف در زمینه خشک کردن و سوزاندن لجن، ویژگی‌های فنی فرآیند خشک کردن لایه نازک لجن به شرح زیر است.

۱. ویژگی‌های فنی کلیدی دستگاه خشک‌کن لجن لایه نازک، سادگی یکپارچه‌سازی آن است. این روش به کمترین تجهیزات کمکی نیاز دارد و کار با آن و کنترل آن ساده است. فرآیند خشک کردن نیازی به اختلاط معکوس ندارد و لجن مستقیماً از "مرحله پلاستیک" (منطقه ویسکوزیته لجن) عبور می‌کند و این امر فرآیند را کارآمدتر و ساده‌تر می‌کند. علاوه بر این، مقدار گاز زائد تولید شده نسبتاً کم است و فرآیند تصفیه گاز زائد ساده است، که آن را به گزینه‌ای اقتصادی، کارآمد و سازگار با محیط زیست برای خشک کردن لجن تبدیل می‌کند.

۲. صرفه‌جویی در مصرف انرژی یکی دیگر از جنبه‌های مهم دستگاه فرآیند خشک کردن لجن لایه نازک است. این دستگاه به دلیل مصرف انرژی نسبتاً کم و راندمان تبخیر بالا شناخته شده است. بازیابی و بازیافت محیط گرمایش نیز امکان‌پذیر است که هزینه‌های انرژی را بیشتر کاهش می‌دهد. علاوه بر این، این تجهیزات مقاوم هستند، هزینه‌های نگهداری کمی دارند و به حداقل نظارت نیاز دارند، که آن را به یک راه حل مقرون به صرفه برای خشک کردن لجن تبدیل می‌کند.

۳. انعطاف‌پذیری عملیاتی نیز از ویژگی‌های قابل توجه دستگاه خشک‌کن لجن لایه نازک است. این دستگاه برای خشک کردن انواع مختلف لجن خمیری مناسب است و می‌تواند ذرات لجن یکنواخت با هر میزان رطوبتی تولید کند. این فرآیند دارای بار جامد کم، شروع و توقف آسان و زمان تخلیه کوتاه است که انعطاف‌پذیری عملیاتی آن را بیشتر می‌کند.

۴. فرآیند خشک کردن لجن لایه نازک به دلیل ایمنی و حفاظت از محیط زیست شناخته شده است. این فرآیند از طراحی چندوجهی بی‌اثر مانند N2، بخار و تشخیص خودخاموش‌شوندگی استفاده می‌کند. این فرآیند در یک سیستم بسته با فشار منفی و اکسیژن کم، بدون بو و بدون نشت گرد و غبار عمل می‌کند که احتمال انفجار گرد و غبار را کاهش می‌دهد و ایمنی و حفاظت از محیط زیست فرآیند خشک کردن لجن را تضمین می‌کند.

به طور خلاصه، ویژگی‌های فنی فرآیند خشک کردن لجن لایه نازک، آن را به گزینه‌ای کارآمد، اقتصادی و سازگار با محیط زیست برای تصفیه لجن تبدیل می‌کند. این فرآیند دارای ویژگی‌های سادگی جامع، اقتصاد عملیاتی، انعطاف‌پذیری عملیاتی، ایمنی و حفاظت از محیط زیست و غیره است و یک راه حل ارزشمند برای تجهیزات خشک کردن لجن محسوب می‌شود.