راه حل تصفیه خشک کردن لجن:
وضعیت کاربرد و تحلیل موردی فرآیند دو مرحلهای خشک کردن لایه نازک افقی در میدان تولید برق با شلیک مخلوط لجن
این مقاله فرآیند دو مرحلهای دستگاه خشککن لجن لایه نازک افقی را به طور مفصل معرفی میکند و به عنوان نمونه، پروژه توسعه تصفیه و دفع لجن در پارک بامبو را تجزیه و تحلیل میکند. دستگاه خشککن لجن لایه نازک افقی دارای ظرفیت پردازش تکی بزرگ، ایمنی بالا، آببندی خوب، گاز خروجی کمتر و محیط کارگاهی دوستانه است. بر اساس مزایای فرآیند دو مرحلهای تجهیزات خشککن لجن لایه نازک افقی در ایمنی، انعطافپذیری، اقتصاد و سایر جنبهها، این فرآیند خشککن لجن بیشتر و بیشتر در زمینه مخلوط کردن و پخت لجن برای تولید برق کاربرد دارد و میتواند به عنوان یکی از فرآیندهای ترجیحی برای پروژههای تصفیه و دفع لجن در نیروگاهها مورد استفاده قرار گیرد. با توسعه سریع شهر، میزان فاضلاب همچنان در حال افزایش است و پیشرفت در ارتقاء تصفیهخانههای فاضلاب همچنان شتاب میگیرد و در نتیجه افزایش زیادی در خروجی لجن ایجاد میشود. تا پایان سال 2016، حجم تصفیه فاضلاب چین به 150 میلیون متر مکعب در روز رسیده است و کل مقدار لجن نزدیک به 30 میلیون تن است. تخمین زده میشود که خروجی لجن چین تا سال 2020 بر اساس 80 درصد رطوبت از 60 میلیون تن فراتر رود. لجن تولید شده در فرآیند جمعآوری و تصفیه فاضلاب شهری ممکن است حاوی فلزات سنگین، عوامل بیماریزا، ویروسها، میکروارگانیسمها و تعداد زیادی مواد آلی سمی باشد. اگر به درستی تصفیه و دفع نشود، باعث آلودگی ثانویه جدی در محیط اطراف منطقه تخلیه شده و سلامت انسان را تهدید میکند. مشکل تصفیه و دفع لجن در شرایط فعلی به یک مشکل زیستمحیطی برجسته تبدیل شده است. در حال حاضر، روشهای اصلی تصفیه لجن شامل تغلیظ، آمادهسازی، آبگیری، خشک کردن و غیره است که عمدتاً تغلیظ، آمادهسازی و آبگیری است و سرعت خشک کردن هنوز در سطح پایینی قرار دارد. دفع لجن به مقصد نهایی لجن پس از تصفیه اشاره دارد. در حال حاضر، روشهای اصلی دفع لجن شامل دفن بهداشتی، استفاده از زمین، استفاده از مصالح ساختمانی پس از سوزاندن و غیره است که در میان آنها دفن بهداشتی رایجترین روش است. از یک سو، به دلیل استانداردهای سختگیرانهتر و از سوی دیگر، محدود بودن منابع زمین موجود، تصفیه و دفع از طریق خشک کردن و سوزاندن، روز به روز رایجتر میشود.
فرآیند دو مرحلهای خشک کردن لجن با لایه نازک افقیخشک کردن لجن فرآیندی است که از انرژی گرمایی یا گرمای زائد صنعتی و گرمای زائد تولید شده توسط سوزاندن سوختهای فسیلی برای تبخیر سریع آب موجود در لجن از طریق فناوری و تجهیزات ویژه استفاده میکند. خشک کردن لجن، آب موجود در لجن را حذف میکند تا به هدف خشک کردن لجن، کاهش حجم لجن، بهبود ارزش حرارتی لجن و همزمان تحقق کاهش و تثبیت لجن دست یابد. فرآیند دو مرحلهای خشک کردن لجن با لایه نازک افقی، یکی از فرآیندهای اصلی پروژههای خشک کردن لجن در مقیاس بزرگ در حال حاضر است که یک فرآیند خشک کردن با گرمایش غیرمستقیم با استفاده از بخار اشباع یا روغن هدایت حرارتی به عنوان واسطه حرارتی است.
تجهیزات اصلی
تجهیزات اصلی فرآیند دو مرحلهای خشک کردن لجن لایه نازک افقی، دستگاه خشک کن لایه نازک افقی است. محصولات تجهیزات زیستمحیطی شرکت فناوری حفاظت از محیط زیست شینجییوان شامل حوزههای پتروشیمی، دارویی، غذایی، محیط زیست و انرژی میشود. شرکت شینجییوان دارای یک مرکز تحقیق و توسعه کامل محصولات و پایگاه آزمایش است. این شرکت در زمینه راهکارهای جداسازی حرارتی برای مواد مخلوط نسوز و فناوری تبخیر لایه نازک، و همچنین در زمینه توسعه و تولید تجهیزات برای خشک کردن مواد با ویسکوزیته بالا، پیشرو در جهان است.
شکل، نمودار ساختار دستگاه خشککن فیلم نازک افقی را نشان میدهد. دستگاه خشککن فیلم نازک افقی عمدتاً از سه بخش تشکیل شده است: پوسته، روتور و تیغه، و دستگاه محرک. پوسته یک مخزن تحت فشار است و پوشش پوسته را میتوان با بخار اشباع یا روغن هدایت حرارتی به عنوان واسطه حرارتی فرآیند خشک کردن لجن پر کرد. جنس آن از فولاد دیگ بخار مقاوم در برابر دمای بالا با استاندارد اروپایی است. دیواره داخلی، قسمت انتقال حرارت در تماس با لجن است که ناحیه تبادل حرارت اصلی و حامل لایه نازک لجن را فراهم میکند. مقاومت در برابر خوردگی و سایش آن از سایر مواد بهتر است. روتور یک شفت توخالی یکپارچه است و فناوری پردازش ویژه آن میتواند تضمین کند که روتور در حین گرم شدن و چرخش با سرعت بالا، انحراف ایجاد نمیکند و فاصله بین لبه بیرونی تیغه و دیواره داخلی همیشه در حد 5-10 میلیمتر حفظ میشود. تحت چرخش روتور و پوشش تیغه، لجن ورودی به خشککن، یک لایه نازک پویا را به طور یکنواخت روی دیواره داخلی تشکیل میدهد و لایه نازک لجن دائماً بهروز میشود. با پیشروی به سمت خروجی، همچنان خشک میشود.
جریان فرآیند
پس از آبگیری سانتریفیوژ دکانتر، لجن مرطوب با رطوبت ۸۰٪-۸۵٪ از طریق وسیله نقلیه یا خط لوله به سیلوی لجن مرطوب منتقل میشود. سیلو دارای یک قاب کشویی برای جلوگیری از ایجاد پلهای لجن است و در قسمت پایین آن پیچ تخلیه و پمپ تحویل لجن مرطوب تعبیه شده است.
پمپ انتقال لجن مرطوب، لجن را به ورودی خشککن لایه نازک منتقل میکند و لجن ورودی به خشککن لایه نازک توسط تیغه روی روتور، روی سطح دیواره داغ پوشانده میشود. تیغه نه تنها لجن را به طور مکرر روی سطح دیواره داغ میچرخاند و مخلوط میکند، بلکه آن را به سمت خروجی گل نیز هل میدهد. در این فرآیند، آب موجود در لجن گرم شده و به بخار آب تبخیر میشود که به صورت معکوس با لجن درون دستگاه خشککن حرکت میکند و از مخزن اگزوز بالای دریچه تغذیه لجن وارد سیستم تراکم گاز خروجی میشود.
پس از اینکه گاز خروجی تبخیر تولید شده در دستگاه خشککن لایه نازک از طریق جعبه اگزوز وارد سیستم تراکم میشود، ابتدا وارد کندانسور میشود. در کندانسور، بخار زائد توسط آب شسته میشود و آب از گاز خروجی تبخیر متراکم میشود. مقدار کمی گاز غیر متراکم (مواد فرار موجود در هوا و لجن) پس از جداسازی قطرات توسط دستگاه مهزدا، توسط فن اگزوز از سیستم خشککن تخلیه شده و در سیستم بوزدایی یا سیستم سوزاندن پردازش میشود. مقدار گاز خروجی تخلیه شده توسط سیستم خودخشککن بسیار کم است، تنها 5 تا 10 درصد از آب تبخیر سیستم. فن گاز خروجی کل سیستم خشککن را در حالت فشار منفی قرار میدهد تا از سرریز بو و گرد و غبار جلوگیری شود.
لجن خشکشده با رطوبت 30%-40% که از دستگاه خشککن لایه نازک تولید میشود، در دستگاه خشککن خطی بعدی بیشتر خشک میشود و حداقل رطوبت میتواند تا 5% خشک شود. هنگامی که لجن خشک بهطور موقت ذخیره میشود، خنککننده لجن راهاندازی میشود. لجن پس از خشک شدن توسط خشککن خطی ابتدا خنک میشود و دمای لجن به زیر 50 درجه سانتیگراد کاهش مییابد تا ایمنی بهبود یابد و از سوختن یا احتراق خودبهخودی لجن جلوگیری شود. سپس به ترتیب از طریق شیر تخلیه و نوار نقاله خراشنده به سیلوی لجن خشک برای ذخیرهسازی ارسال میشود. هنگامی که سیستم سوزاندن بعدی متصل میشود، سیستم خشککن میتواند مستقیماً از طریق تجهیزات انتقال به سیستم سوزاندن به صورت سری متصل شود. فرآیند خشک کردن لایه نازک افقی دو مرحلهای میتواند از طریق تبخیر آب در لجن، نیاز به خود بیاثرسازی در سیستم را برآورده کند. در حالت راهاندازی و اضطراری، بخار کمفشار، آب شیرین یا گاز نیتروژن به عنوان واسطه بیاثرسازی سیستم خشککن استفاده میشوند. آنالایزر میزان اکسیژن در خروجی مخزن اگزوز تنظیم شده است و با کنترل میزان اکسیژن در سیستم خشک کن، میتوان عملکرد ایمن و پایدار سیستم خشک کن لجن را محقق کرد.
مزایای فرآیند
۱) ایمنی: سیستم خشککن لجن لایه نازک، هوابندی خوبی دارد، همیشه فشار منفی میکرو بین -۰.۵ تا -۱ کیلوپاسکال را حفظ میکند، بدون بو و سرریز گرد و غبار؛ این سیستم میتواند خود-خنثی باشد و با انواع وسایل بیاثر تنظیم شود، میزان اکسیژن در پروژههای شهری زیر ۵٪ کنترل میشود؛ دمای لجن خشککن در خروجی خشککن میتواند به ۱۰۰ درجه سانتیگراد برسد، که میتواند به طور کامل نقش استریلیزاسیون را ایفا کند و استاندارد EPA503 کد دفع لجن آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده را برآورده کند. هیچ حادثه ایمنی در سابقه کاربرد وجود ندارد. ۲) پایداری: در پروژه سوزاندن لجن و زغال سنگ به صورت مشارکتی، هنگامی که رطوبت لجن ورودی به دیگ بخار نیروگاه زیاد باشد، به راحتی میتوان تأثیر منفی بر تجهیزات دیگ بخار گذاشت که ممکن است منجر به آسیب جدی به تجهیزات شود. اول، دیواره داخلی کوره به طور جدی شسته و ساییده میشود و دوم اینکه به راحتی میتواند منجر به انسداد سیستم انتقال و در نتیجه خاموش شدن کوره شود. فرآیند دو مرحلهای خشک کردن لجن لایه نازک، رطوبت لجن پایینی دارد و میتواند با تنظیم فشار بخار در دستگاه خشککن، رطوبت لجن را بین 20 تا 33 درصد به سرعت تنظیم کند. در مقایسه با سایر فرآیندها، این فرآیند مزایای آشکاری دارد و نقش مثبتی در حفظ پایداری تجهیزات نیروگاهی و عملکرد شبکه برق ایفا میکند.
۳) ساده: یکنواختی و دانهبندی محصولات لجن میتواند پایداری عملکرد دیگ بخار نیروگاه را افزایش دهد. سایر فرآیندها نیاز به افزایش تجهیزات خردایش یا دانهبندی دارند، در حالی که خشککن لایه نازک میتواند خود دانهبندی شود، محصول لجن دانهبندی یکنواخت و بدون تجهیزات دانهبندی اضافی است؛ تعداد کمی تجهیزات کمکی، فضای اشغالی کم، عملکرد و کنترل ساده؛ بدون گردش گاز حامل، بدون اختلاط برگشتی لجن؛ طبق "مقررات نگهداری مخازن تحت فشار"، انواع دستگاههای خشککن نیاز به بازرسی دورهای دیواره داخلی دارند، نگهداری دستگاه خشککن لایه نازک بدون سایر تجهیزات بالابری، نگهداری راحت و کارآمد.
۴) انعطافپذیر: طیف وسیعی از کاربردها، مناسب برای انواع مختلف لجن، میتواند رطوبت ۶۵٪ تا ۹۰٪ لجن مرطوب را به گل تبدیل کند. فرآیند دو مرحلهای میتواند هر محصولی با محتوای جامد یکنواخت تولید کند. زمان شروع، توقف و تخلیه کوتاه است و برای شروع مجدد نیازی به عملیات تمیزکاری نیست. ۵) اقتصادی: راندمان تبخیر بالا. در پروژه سوزاندن همزمان لجن، بخار نیروگاه میتواند مستقیماً به عنوان واسطه گرما استفاده شود. آب تبخیر شده در هر متر مربع از خشککن لایه نازک میتواند به بیش از ۴۵ کیلوگرم در ساعت برسد. پروژههای شهری را میتوان با سایر سیستمها (مانند سیستم گوارش) ترکیب کرد و به بیش از ۸۰٪ راندمان بالای بازیابی انرژی گرمایی دست یافت. هزینه نگهداری کم، تنها یک بازرسی سالانه ۵ تا ۱۰ روز در سال؛ بو بسیار کم، هزینه تصفیه کم؛ کنترل کاملاً خودکار، نیازهای نظارتی کم.
مطالعه موردی فرآیند دو مرحلهای خشک کردن لجن با لایه نازک افقی در میدان تولید برق با شلیک مخلوط لجن
هدف از پروژه توسعه تصفیه و دفع لجن منطقه ژویوان شانگهای، لجن آبگیری شده حاصل از تصفیه فاضلاب تصفیه خانههای فاضلاب اول و دوم ژویوان است که به استاندارد پساب درجه A ارتقا یافتهاند و پس از تکمیل پروژه جدید ارتقا و تکمیل، تصفیه فاضلاب با ظرفیت ۲.۲ میلیون متر مکعب در روز را انجام میدهند. مقیاس ساخت این پروژه ۲۲۳ تن در روز است که معادل حجم لجن با رطوبت ۸۰٪، ۱۱۱۵ تن در روز است. پیکربندی تأسیسات، شرایط نگهداری خط سوزاندن فاز اول پروژه را در نظر میگیرد و مقیاس اوج تصفیه پروژه ۲۸۸.۵ تن در روز است که معادل حجم لجن با رطوبت ۸۰٪، ۱۴۴۲.۵ تن در روز است. مسیر فرآیند تصفیه لجن، روش دو مرحلهای خشک کردن لایه نازک + فرآیند اختلاط و پخت نیروگاهی را اتخاذ میکند. لجن آبگیری شده با رطوبت ۸۰٪ توسط کامیون کمپرسی به تصفیه خانه لجن منتقل میشود. پس از سیستم دریافت و ذخیره لجن، لجن مرطوب به سیستم خشککن لجن لایه نازک پمپ میشود و سپس پس از تصفیه سیستم خشککن، میانگین رطوبت آن به 30٪ (محدوده قابل تنظیم 20٪ ~ 30٪) کاهش مییابد. لجن خشک تولید شده توسط کامیونهای سرپوشیده به نیروگاه شماره 2 شانگهای وایگائوکیائو یا نیروگاه شماره 3 برای سوزاندن همزمان با زغال سنگ منتقل میشود.
شکل، نمودار سیستم خشک کردن لجن پروژه توسعه تصفیه و دفع لجن در منطقه ژویوان است. پس از اینکه کامیون لجن توسط باسکول وزن شد، لجن مرطوب به مخزن دریافت زیرزمینی ریخته میشود و سپس از طریق سیستم پمپ پیستونی به مخزن ذخیرهسازی لجن مرطوب منتقل میشود. سپس لجن مرطوب از طریق پیچ تخلیه و پمپ پیچی به دستگاه خشککن لایه نازک منتقل میشود. لجن مرطوب برای مرحله اول خشک شدن وارد دستگاه خشککن لایه نازک میشود و لجن خشک شده از طریق ناودان به دستگاه خشککن خطی میریزد. لجن خشک شده در دستگاه خشککن خطی بیشتر خشک میشود. با تنظیم فشار بخار در دستگاه خشککن، میتوان رطوبت لجن را به سرعت در محدوده 20 تا 33 درصد تکمیل کرد. پس از مرحله دوم خشک شدن، لجن برای خنک شدن وارد پیچ خنککننده میشود و سپس از طریق شیر تخلیه و اسکرابر به سیلوی لجن خشک برای ذخیرهسازی موقت منتقل میشود.
گاز زائد تبخیری تولید شده توسط دستگاه خودخشککن به صورت معکوس با لجن حرکت میکند و جعبه اگزوز بالای دستگاه خودخشککن وارد سیستم تراکم گاز زائد بعدی میشود. گاز زائد تبخیری در کندانسور اسپری و متراکم میشود و گاز غیر متراکم وارد مهزدای بعدی میشود. پس از جداسازی قطرات در مهزدا، گاز زائد نهایی از طریق فن از سیستم خشککن تخلیه شده و برای تصفیه وارد سیستم تصفیه بو میشود. شرایط مهندسی عمومی مورد استفاده در سیستم خشککن لایه نازک افقی عمدتاً شامل بخار اشباع، آب متوسط، هوای ابزار دقیق، آب خنککننده در گردش و آب شیرین است. بخار مورد استفاده در سیستم خشککن از نیروگاه میآید و از طریق زیرسیلندرها به 10 خط تولید توزیع میشود. سیستم خشککن مجهز به سیستم فشار هوا برای تأمین هوای ابزار دقیق است، سیستم بازیابی میعانات برای بازیابی میعانات بخار دستگاه خشککن استفاده میشود و سیستم آب خنککننده در گردش، آب خنککننده در گردش را برای سیستم فراهم میکند. فاضلاب تولید شده توسط سیستم خشککن، عمدتاً آب اسپری شده پس از شستشوی گاز انتهایی تبخیر با اسپری آب متوسط است و این بخش از فاضلاب برای تصفیه به تصفیهخانه فاضلاب بازگردانده میشود. گاز خروجی برای تصفیه متمرکز وارد سیستم تصفیه بو میشود. پس از خشک شدن، لجن برای سوزاندن همزمان با زغال سنگ به نیروگاه وایگائوکیائو ارسال میشود. سیستم خشککن لجن پروژه توسعه تصفیه و دفع لجن منطقه ژویوان با موفقیت ارزیابی عملکرد را در آگوست 2020 پشت سر گذاشت. زمان اجرای سالانه این پروژه میتواند به 8000 ساعت و ظرفیت تصفیه لجن سالانه آن به بیش از 400000 تن برسد. تکمیل و بهرهبرداری از این پروژه، مشکل خروجی لجن در منطقه ژویوان را اساساً حل میکند و به اقتصاد شانگهای در دستیابی به توسعه پایدار کمک میکند. این پروژه میتواند مرجعی برای پروژههای تصفیه و دفع لجن خانگی با سوزاندن همزمان نیروگاه باشد.
خلاصه
۱) سیستم خشککن لایه نازک افقی، هوابندی خوبی دارد، میتواند کنترل دقیقی بر میزان اکسیژن داشته باشد و از ایمنی بالایی برخوردار است. در طول بیش از ۳۰ سال استفاده، هیچ حادثه ایمنی رخ نداده است و امروزه یکی از ایمنترین فرآیندهای خشککن در زمینه خشککن لجن است.
۲) در پروژه تولید برق از مخلوط کردن و پخت لجن، کنترل شکل و رطوبت لجن خشک بسیار حیاتی است که بر عملکرد سیستم سوزاندن بعدی سیستم خشککن تأثیر میگذارد. از یک طرف، فرآیند دو مرحلهای خشک کردن لایه نازک افقی میتواند محصولات دانهای با اندازه ذرات یکنواخت و بدون گرد و غبار تولید کند و از طرف دیگر، میتواند با تغییر فشار بخار و سرعت دستگاه خشککن خطی دو مرحلهای، به سرعت تنظیم رطوبت را انجام دهد. کنترل خوب شکل و رطوبت لجن خشک میتواند عملکرد پایدار کل سیستم را تضمین کند.
۳) خشک کردن لایه نازک افقی دو مرحلهای لجن به روش دفع مشارکتی، روند توسعه تصفیه و دفع لجن شهری است که مزایای آشکاری در ایمنی، پایداری، قابلیت اطمینان، جنبههای پیشرفته و سایر جنبهها دارد. کاربرد فرآیند دو مرحلهای خشک کردن لایه نازک افقی در دفع مشارکتی لجن، یک انتخاب علمی و معقول برای تصفیه و دفع لجن شهری امروزی است.
