Sistema di essiccazione dei fanghi

Secondo la Guida tecnica per il trattamento e lo smaltimento dei fanghi degli impianti di depurazione urbana, emanata dallo Stato, vengono proposti quattro metodi di smaltimento dei fanghi: utilizzo del suolo, discarica controllata, riutilizzo come materiale da costruzione e incenerimento a secco. A causa dei vincoli sempre più evidenti e dei fattori negativi che i fanghi rappresentano per l'agricoltura, le discariche, il mare e altri ambiti, il metodo di trattamento e smaltimento tramite incenerimento a secco è ampiamente utilizzato e promosso in diversi Paesi; non c'è dubbio che l'incenerimento a secco dei fanghi diventerà uno degli schemi di smaltimento tecnico più importanti e ideali in questa fase.

Considerando che i fanghi prodotti da un'azienda presentano caratteristiche tecniche di rifiuto pericoloso, che richiedono incenerimento e smaltimento dei prodotti dopo l'essiccazione, e che necessitano di una fonte di calore a vapore, è necessario valutare in modo completo la sicurezza, l'adattabilità tecnica, l'adattabilità economica, l'applicazione e la promozione, tenendo conto anche del tipo di apparecchiatura di essiccazione utilizzata per l'essiccazione dei fanghi già in funzione. Sono stati confrontati e selezionati sei tipi di apparecchiature per l'essiccazione dei fanghi: a letto fluidizzato, a due stadi, a strato sottile, a pale, a disco e a spruzzo. In base alla maturità tecnica, alla stabilità del sistema, alla sicurezza operativa e alla tutela ambientale dello smaltimento dei sei tipi di apparecchiature di essiccazione sopra menzionati, è stato infine determinato il tipo di apparecchiatura per l'essiccazione a film sottile.

1. Componenti dell'apparecchiatura dell'essiccatore a film sottile

In generale, un essiccatore a film sottile è composto da un involucro cilindrico con uno strato riscaldante, un rotore rotante all'interno dell'involucro e un dispositivo di azionamento del rotore. Il rotore è dotato di pale di diverse forme e specifiche, che sono fissate al rotore tramite bulloni. La configurazione può essere regolata in modo flessibile per adattarsi alle variazioni delle caratteristiche dei fanghi e alla capacità di trattamento. L'intero involucro dell'essiccatore a film sottile è composto da sezioni. A seconda delle diverse esigenze di smaltimento, può essere suddiviso in più zone di riscaldamento, consentendo il controllo individuale, la regolazione della temperatura, la commutazione flessibile e altri elementi operativi.

Le lame raschianti sono distribuite all'estremità di ingresso e di uscita del fango del rotore. Quattro lame raschianti sono installate su ciascuna colonna dell'estremità di ingresso del fango del cilindro, con un'angolazione di 45° rispetto all'asse della colonna. Lo scopo di tale installazione è quello di far aderire immediatamente il fango alla superficie della parete calda dopo l'ingresso nel cilindro e di convogliarlo verso l'estremità di scarico, per un totale di 72 pezzi; Due lame raschianti terminali sono installate su ciascuna colonna dell'estremità del fango, e le lame raschianti all'estremità di alimentazione sono installate con un'angolazione obliqua di 45°, in modo da ammortizzare la forza d'inerzia del prodotto durante lo scarico e consentire lo scarico per gravità, per un totale di 36 pezzi.

Le pale di trasmissione sono distribuite nella zona centrale del rotore, con 40 pale installate su ciascuna colonna, per un totale di 720 pale.

I diversi tipi di pale realizzano in modo completo le importanti funzioni di distribuzione, spargimento, raschiatura, miscelazione, rimescolamento, autopulizia e trasporto dei fanghi sulla superficie della parete calda. In sintesi, quando i fanghi umidi entrano da un'estremità dell'essiccatore orizzontale, vengono immediatamente distribuiti in modo continuo sulla superficie della parete calda dal rotore rotante per formare un sottile strato di materiale. Mentre le pale sul rotore fanno rotolare continuamente il sottile strato di fanghi umidi distribuito sulla superficie della parete calda, le pale di trasporto con funzione di angolo di guida installate sul rotore ruotano con la rotazione circolare del rotore. Le particelle di fanghi semiasciutte generate nel processo di formazione del sottile strato di fanghi e di essiccazione mostrano un trasferimento orizzontale nella direzione assiale del rotore a una certa velocità lineare e si muovono in avanti verso l'uscita dei fanghi all'altra estremità dell'essiccatore a film sottile. La dimensione assiale dell'essiccatore a film sottile non è solo la linea orizzontale dall'estremità di alimentazione a quella di scarico, ma completa anche l'alimentazione e lo scarico dei fanghi nell'intero cilindro orizzontale dell'essiccatore a film sottile. In questo processo, i fanghi umidi vengono riscaldati uniformemente dalla parete calda a vapore e l'acqua evapora. Il tempo di permanenza dei fanghi umidi nell'essiccatore a film sottile è di 10-15 minuti, il che consente un avvio, un arresto e uno svuotamento rapidi, e il funzionamento del processo e il controllo della regolazione dell'apparecchiatura sono molto veloci.

3. Processo di raccolta dei gas di scarico dell'essiccatore a film sottile

Il contenuto di umidità del fango alimentato dall'essiccatore a film sottile è del 75%~85% (calcolato come 80%), mentre il contenuto di umidità del fango prodotto dall'essiccatore a film sottile è di circa il 35%. Il fango semisecco, che si presenta in forma granulare, viene trasportato all'unità successiva attraverso l'apparecchiatura di trasporto dello stadio successivo. Il gas vettore misto, come vapore acqueo, polveri di scarico e gas odorosi, generato durante il processo di funzionamento dell'essiccatore a film sottile, si muove in senso inverso rispetto al fango nel cilindro e viene scaricato nel condensatore attraverso la tubazione dal serbatoio dei gas di scarico situato sopra la porta di alimentazione del fango. Nel condensatore, l'acqua del gas vettore condensa dal vapore e il gas non condensabile viene separato in goccioline e scaricato nel sistema di essiccazione attraverso il ventilatore di aspirazione dei gas di scarico. La quantità di gas di scarico del processo dell'essiccatore a film sottile è relativamente piccola, solitamente solo il 5%~10% dell'evaporazione del sistema. Il ventilatore di aspirazione forzata crea un micro-stato di pressione negativa nell'intero sistema di asciugatura, evitando così la fuoriuscita di gas maleodoranti e polveri.

2. Parametri tecnici delle principali apparecchiature per il processo di essiccazione di film sottili

Secondo le esigenze di questo progetto, la capacità di trattamento dei fanghi di un singolo sistema di essiccazione dei fanghi è determinata in 2,5 t/h (in base a un contenuto di umidità dell'80%) e il contenuto di umidità dei fanghi è del 35%. La capacità di trattamento giornaliero dei fanghi di un singolo essiccatore a film sottile è di 60 t/d (in base a un contenuto di umidità dell'80%), la capacità di evaporazione nominale di un singolo essiccatore a film sottile è di 1,731 t/h, la superficie di scambio termico di un singolo essiccatore a film sottile è di 50 m2 e il contenuto di umidità dei fanghi in ingresso è dell'80%, mentre il contenuto di umidità dei fanghi in uscita è del 35%. La fonte di calore dell'essiccatore a film sottile è il vapore saturo e la qualità del vapore fornito è importato. I parametri sono: temperatura del vapore 180 ℃, pressione del vapore 1,0 MPa, consumo di vapore di un singolo essiccatore a film sottile 2,33 t/h e il numero di essiccatori a film sottile è 2, uno per ogni utilizzo.

Il vapore saturo a 180 °C viene trasportato all'essiccatore lineare attraverso una tubazione in pressione e viene utilizzato come fonte di calore per riscaldare indirettamente i fanghi semisecchi. L'acqua presente nei fanghi semisecchi viene ulteriormente evaporata nell'essiccatore lineare. In base alle effettive esigenze del prodotto (avvio e arresto), i fanghi finali possono raggiungere un contenuto di umidità del 10% e passare al refrigeratore di prodotto.

La capacità di lavorazione dell'essiccatore lineare è di 0,769 t/h (contenuto di umidità 35%), l'evaporazione nominale è di 0,214 t/h, l'area di scambio termico è di 50 m2, il contenuto di umidità dei fanghi in ingresso all'essiccatore lineare è del 35%, il contenuto di umidità dei fanghi in uscita è del 10%, i parametri di qualità del vapore in ingresso all'essiccatore lineare sono: la temperatura del vapore è di 180 ℃, la pressione del vapore è di 1,0 MPa, il consumo di vapore di un singolo essiccatore lineare è di 0,253 t/h e la quantità è di 1 set.

Il tipo di apparecchiatura del condensatore del gas vettore è un condensatore ibrido a iniezione diretta, con una portata d'aria di 3.500 Nm³/h, una temperatura del gas in ingresso di 95~110 ℃, una temperatura del gas in uscita di 90~180 Nm³/h e una temperatura del gas in uscita di 55 ℃.

Il tipo di apparecchiatura del ventilatore a tiraggio indotto del gas vettore è un ventilatore centrifugo ad alta pressione, il volume massimo di aspirazione dell'aria è di 400 Nm3/h, la pressione dell'aria è di 4,8 kPa, i parametri fisici del mezzo gas vettore sono: temperatura 45 ℃, umidità 80%~100% miscela di gas odorosi di aria umida, un singolo set di sistema di essiccazione è dotato di 1 set.

La capacità di trattamento del raffreddatore del prodotto è di 1,8 t/h, la temperatura di ingresso dei fanghi è di 110 °C, la temperatura di uscita dei fanghi è ≤45 °C, la superficie di scambio termico è di 20 m2 e la quantità è di 1 unità.

3. Analisi del consumo energetico economico durante la messa in servizio dell'essiccatore a film sottile

Dopo quasi due settimane di collaudo singolo e collaudo del carico di fango del sistema di essiccazione a film sottile, i risultati sono i seguenti.

La capacità di trattamento prevista per un singolo essiccatore a film sottile in questo progetto è di 60 t/giorno. Attualmente, il trattamento medio dei fanghi umidi durante il periodo di messa in servizio è di 50 t/giorno (con un contenuto di umidità del 79%), che ha raggiunto l'83% della capacità di trattamento di base dei fanghi umidi prevista e l'87,5% della capacità di trattamento di base dei fanghi secchi prevista.

Il contenuto di umidità medio del fango semisecco prodotto dall'essiccatore a film sottile è del 36%, e il contenuto di umidità del fango semisecco esportato dall'essiccatore lineare è del 36%, il che è sostanzialmente in linea con il valore obiettivo del prodotto di progetto (35%).

Misurato dal misuratore di vapore saturo esterno nell'officina di essiccazione dei fanghi, il consumo di vapore saturo è di 25 t/giorno e il consumo totale giornaliero teorico di calore latente di vaporizzazione del vapore è 25 t × 1000 × 2014,8 kJ/kg ÷ 4,184 kJ = 1,2038719 × 107 kcal/giorno. L'evaporazione totale media giornaliera dell'acqua del sistema di essiccazione è (50 t × 0,79) - [50 t × (1 - 0,79)] ÷ (1 - 0,36) × 1000 = 23875 kg/giorno, quindi il consumo di calore unitario del sistema di essiccazione dei fanghi è 1,2038719 × 107 ÷ 23875 = 504 kcal/kg di acqua evaporata; Poiché il sistema di essiccazione dei fanghi è soggetto alla variazione del contenuto di umidità dei fanghi umidi, alla qualità del vapore esterno e alle caratteristiche delle apparecchiature di trasporto del prodotto di fanghi semisecchi in base ai requisiti di granulometria e ad altri fattori, è necessario ottimizzare il valore di varie variabili nelle future prove operative a lungo termine, in modo da riassumere le migliori condizioni operative e l'indice di consumo energetico economico del sistema.

1. Macchina essiccatrice a film sottile

La struttura dell'apparecchiatura dell'essiccatore a film sottile è costituita da un involucro cilindrico con strato riscaldante, un rotore rotante all'interno dell'involucro e un dispositivo di azionamento del rotore: motore + riduttore.

Il rotore è dotato di pale per la rivestitura, la miscelazione e la propulsione. La distanza tra le pale e il guscio interno è compresa tra 5 e 10 mm. La superficie riscaldante è autopulente e le pale possono essere regolate e rimosse singolarmente.

Dispositivo di azionamento: (motore + riduttore) è possibile selezionare un motore a velocità variabile o a velocità costante, è possibile selezionare un riduttore a cinghia o un cambio, è possibile utilizzare un collegamento diretto o un collegamento con accoppiamento, la velocità del rotore può essere controllata a 100 giri/min, la velocità lineare del bordo esterno del rotore può essere controllata a 10 m/s, il tempo di permanenza dei fanghi è di 10~15 min.

2. Corpo essiccatore lineare

L'essiccatore lineare adotta un trasportatore a coclea a forma di U, e la pala di trasmissione è appositamente progettata e lavorata per evitare l'estrusione e il taglio delle particelle di fango. Il corpo e l'albero rotante dell'essiccatore lineare sono elementi riscaldanti, e il corpo è smontabile. Ad eccezione degli elementi riscaldanti, la parte a contatto con il fango è realizzata in acciaio inossidabile 316 L o materiale equivalente, mentre le altre parti sono in acciaio al carbonio, ovvero l'apparecchiatura di essiccazione lineare è realizzata in SS304+CS.

3. Condensatore

La funzione del condensatore del gas vettore è quella di lavare i gas di scarico provenienti dall'essiccatore di fanghi in modo che il gas condensabile in esso contenuto si condensi. Il tipo di struttura dell'apparecchiatura è un condensatore a spruzzo diretto e il materiale di lavorazione è acciaio inossidabile SS304.

4. Frigoriferi per prodotti

La funzione del raffreddatore di prodotto è quella di ridurre la temperatura dei fanghi semisecchi da 110 °C a circa 45 °C, con una superficie di scambio termico di 21 m2 e una potenza di 4 kW. Il suo principale materiale di lavorazione e fabbricazione è SS304+CS.

Il processo di essiccazione dei fanghi a film sottile ha acquisito popolarità negli ultimi anni grazie alle sue caratteristiche tecniche, che lo rendono un metodo di trattamento dei fanghi efficiente ed efficace. Il processo prevede l'utilizzo di un essiccatore a film sottile per rimuovere rapidamente ed efficacemente l'umidità dai fanghi, ottenendo un prodotto granulare secco, facile da maneggiare e trasportare. Sulla base dell'esperienza operativa maturata con diverse tecnologie nel campo dell'essiccazione e dell'incenerimento dei fanghi, le caratteristiche tecniche del processo di essiccazione dei fanghi a film sottile sono le seguenti.

1. La caratteristica tecnica principale dell'essiccatore di fanghi a film sottile è la sua semplicità di integrazione. Questo metodo richiede un numero minimo di apparecchiature ausiliarie ed è semplice da utilizzare e controllare. Il processo di essiccazione non richiede miscelazione inversa e i fanghi saltano direttamente la "fase plastica" (zona di viscosità dei fanghi), rendendo il processo più efficiente e snello. Inoltre, la quantità di gas di scarico generati è relativamente bassa e il processo di trattamento dei gas di scarico è semplice, il che lo rende un'opzione di essiccazione dei fanghi economica, efficiente ed ecocompatibile.

2. L'economia di esercizio è un altro aspetto importante della macchina per l'essiccazione dei fanghi a film sottile. È nota per il suo consumo energetico relativamente basso e per l'efficienza di evaporazione costantemente elevata. È inoltre possibile il recupero e il riciclo del fluido termovettore, riducendo ulteriormente i costi energetici. Inoltre, l'apparecchiatura è robusta, ha bassi costi di manutenzione e richiede un monitoraggio minimo, il che la rende una soluzione economicamente vantaggiosa per l'essiccazione dei fanghi.

3. La flessibilità operativa è un'altra caratteristica notevole dell'essiccatore di fanghi a film sottile. È adatto all'essiccazione di diversi tipi di fanghi pastosi e può produrre particelle di fango uniformi con qualsiasi contenuto di umidità. Questo processo ha un basso carico di solidi, un avvio e un arresto facili e tempi di svuotamento brevi, il che ne aumenta ulteriormente la flessibilità operativa.

4. Il processo di essiccazione dei fanghi a film sottile è noto per la sua sicurezza e il rispetto dell'ambiente. Adotta un design inerte multifaccettato che include azoto, vapore e rilevamento autoestinguente. Il processo opera in un sistema chiuso a pressione negativa con basso contenuto di ossigeno, senza odori e senza perdite di polvere, riducendo la possibilità di esplosione di polveri e garantendo la sicurezza e la tutela ambientale del processo di essiccazione dei fanghi.

In sintesi, le caratteristiche tecniche del processo di essiccazione dei fanghi a film sottile lo rendono un'opzione di trattamento dei fanghi efficiente, economica ed ecocompatibile. Questo processo presenta caratteristiche quali semplicità complessiva, economicità di esercizio, flessibilità operativa, sicurezza e protezione ambientale, ecc., e rappresenta una soluzione valida per le apparecchiature di essiccazione dei fanghi.