工業用撹拌式スラッジ薄膜乾燥機 スラリー処理乾燥機
プロジェクト紹介
経済の急速な発展と工業企業の生産額の継続的な向上、そして都市化の急速な進展に伴い、工業廃水と都市下水の排出量と処理量も日々増加しています。下水・廃水処理施設の普及、下水・廃水処理効率の向上、下水・廃水処理レベルの高度化に伴い、汚泥発生量も急増しています。汚泥処理は、下水処理産業の発展を阻むボトルネック問題となっています。
国が発行した「都市下水処理場における汚泥処理・処分技術ガイドライン」によると、汚泥の処理方法としては、土地利用、衛生埋立、建材利用、乾式焼却の4つが提案されています。農業、埋立地、海洋などにおける汚泥の制約や悪影響がますます顕著になっていることから、汚泥乾燥焼却処理・処分法は各国で広く採用・推進されており、現段階では汚泥乾燥焼却が最も重要かつ理想的な技術的処分方法の一つとなることは間違いありません。
企業から発生する汚泥は、危険廃棄物、乾燥後の製品の焼却・処分、蒸気熱源の必要性などの技術的特徴を備えているため、安全性、技術適応性、経済適応性、応用推進性を総合的に考慮し、すでに稼働している汚泥乾燥に使用する乾燥工程設備の種類と合わせて、流動床式、二段式、薄層式、パドル式、ディスク式、スプレー式の6種類の汚泥乾燥工程設備を比較・選定しました。上記6種類の乾燥設備の技術的成熟度、システム安定性、運転安全性、廃棄環境保護などを総合的に考慮し、最終的に薄膜乾燥工程設備の種類を決定しました。
薄膜乾燥機の動作原理
1. 薄膜乾燥機の装置構成
一般的に、薄膜乾燥機は、加熱層を備えた円筒状のシェル、シェル内の回転ローター、およびローターの駆動装置で構成されています。ローターには様々な形状と規格のパドルが装備されており、パドルとローターはボルトで固定されており、組み立て方式は柔軟に調整できるため、汚泥の特性や処理能力の変化に適応できます。薄膜乾燥機のシェル全体は複数のセクションに分かれており、異なる処理要件に応じて複数の加熱エリアに分割でき、個別制御、温度調整、フレキシブルスイッチなどの操作要素を実現できます。
2. 薄膜乾燥機による汚泥処理プロセスと物質移動の説明
汚泥薄膜乾燥機は、装置全体が水平に配置され、加熱層を備えた円筒状のシェルと、シェル内の回転するローターが水平に設置されています。ローターには様々な種類のブレードが取り付けられており、ブレードと加熱壁との間隔は5～10mmです。これらのブレードの配列はローターに埋め込まれており、乾燥機バレルの円周に沿って放射状に合計18列のブレードが配置されています。
スプレッドブレードは、ローターの泥入口端と泥出口端に分布しています。シリンダーの泥入口端の各列には、列線に対して45°の角度で設置された4つのスプレッドスクレーパーブレードが設置されています。このような設置の目的は、スラッジがシリンダーに入った後、すぐにホットウォールの表面に付着し、排出端まで搬送する機能を実現することです。合計72枚。泥端の各列には、2つのエンドカバースプレッドスクレーパーブレードが設置されており、供給端のスプレッドスクレーパーブレードは45°の斜めの角度で設置されており、排出時に製品の慣性力を緩衝し、重力による自由排出機能を実現することを目的としています。合計36枚。
伝達ブレードはローターの中央領域に分散されており、各列に40枚のブレードが取り付けられており、合計720枚のブレードがあります。
各種ブレードは、機能面から高温壁面における汚泥の分散、拡散、掻き取り、撹拌、逆混合、自己洗浄、輸送といった重要な機能を総合的に実現します。つまり、湿った汚泥が水平乾燥機の一端から進入すると、回転するローターによって直ちに高温壁面に連続的に分散され、薄層状の物質を形成します。ローター上のブレードが高温壁面に分散された湿った汚泥の薄層を連続的に転がすと同時に、ローターに設置されたガイドアングル機能付きの搬送ブレードがローターの円回転に合わせて回転します。汚泥の薄層化と乾燥の過程で生成された半乾き汚泥粒子は、一定の線速度でローターの軸方向に水平移動し、薄膜乾燥機の他端にある汚泥出口へと前進します。薄膜乾燥機の軸長寸法は、投入端から排出端までの水平方向の長さだけでなく、水平円筒型薄膜乾燥機全体における汚泥の投入と排出を完結します。この過程で、湿った汚泥は蒸気ホットウォールによって均一に加熱され、水分が蒸発します。薄膜乾燥機内の湿った汚泥の滞留時間は10～15分で、起動、停止、排出が迅速化され、設備のプロセス操作と調整制御が非常に迅速になります。
3. 薄膜乾燥機の排ガス回収プロセス
薄膜乾燥機に投入される汚泥の水分含有量は75%～85%（80%として計算）であり、薄膜乾燥機で生成される汚泥の水分含有量は約35%です。粒状の半乾き汚泥は、次段の搬送設備を経て次のユニットに搬送されます。薄膜乾燥機の稼働過程で発生する水蒸気、排気粉塵、臭気ガスなどの混合キャリアガスは、シリンダー内で汚泥と逆方向に動き、汚泥投入口上部の排ガスタンクから配管を通って凝縮器に排出されます。凝縮器では、キャリアガス中の水分が蒸気から凝縮され、非凝縮ガスは液滴に分離され、排ガス誘引通風機を通して乾燥システムに排出されます。薄膜乾燥機のプロセス排ガス量は比較的少なく、通常、システムの蒸発量の5%～10%にすぎません。排気誘引通風ファンにより乾燥システム全体を微小負圧状態にし、臭気ガスや粉塵の溢れを防ぎます。
薄膜乾燥システムの機器選定
1. 薄膜乾燥システムのプロセスフロー
汚泥中性化処理：湿式汚泥受入槽＋汚泥送出ポンプ＋薄膜乾燥機＋半乾式汚泥排出装置＋リニア乾燥機＋製品冷却機。
排ガス媒体処理：蒸発蒸気（混合蒸気）＋排ガスボックス＋凝縮器＋ミストエリミネーター＋誘引通風機＋脱臭装置。
汚泥受槽内の汚泥は、汚泥スクリューポンプによって薄膜乾燥機に直接送られ、乾燥処理されます。薄膜乾燥機の汚泥入口には空気圧式ナイフゲートバルブが装備されており、供給ポンプ、供給スクリュー、薄膜乾燥機の安全保護装置、その他の機器および検出機器のロジック制御パラメータと連動しています。
薄膜乾燥機本体モデル、単機正味重量33,000kg、設備正味サイズΦ1 800×15 180、水平配置設置、薄膜乾燥機に入る汚泥は回転過程でローターによって乾燥機の熱い壁面に均一に分散され、同時にローター上のパドルが熱い壁面の汚泥を繰り返し再混合し、汚泥出口まで前進させ、その過程で汚泥中の水分を蒸発させる。 薄層から乾燥後の半乾き汚泥粒子は、汚泥コンベア（汚泥製品の水分含有量の要求に応じて起動）を介して線形乾燥機に輸送され、その後、汚泥冷却機に入る。 汚泥製品は、冷却機内を流れる空気とシェルおよび回転軸内を流れる冷却水によって冷却される。含水率を80％から35％まで低減します（汚泥含水率35％は薄膜乾燥機単体の工程管理上限値です）。
薄膜乾燥機から排出されるキャリアガスには、多量の水蒸気、粉塵、および一定量の揮発性ガス（主にH2SとNH3）が含まれています。そのまま排出すると、ある程度の環境汚染を引き起こします。そのため、本プロジェクトでは、回転シリンダ内のスラッジの移動方向とは反対方向に、キャリアガス収集システムとコンデンサー、ミスト除去装置を設置し、排ガス中の粉塵と水蒸気を除去します。スラッジ上部の排ガス管出口はコンデンサーに入り、蒸発排ガスから水を冷却します。間接熱交換により、プレート熱交換器と冷却塔で噴霧水を除去し、節水と汚水排出量の削減を実現します。非凝縮性ガス（少量の蒸気、N2、空気、スラッジの揮発分）はデミスターを通過します。最後に、排気誘引通風機によって乾燥システムから脱臭装置に排出されます。
熱源需要は蒸気と決定され、プロジェクト実施場所近傍に敷設された熱供給配管網から供給されます。蒸気供給条件は、蒸気圧力1.0MPa、蒸気温度180℃、蒸気供給量2.5t/hです。
2. 薄膜乾燥プロセスの主な装置の技術的パラメータ
本プロジェクトの要求に基づき、汚泥乾燥システム1基の汚泥処理能力は2.5t/h（含水率80%基準）、汚泥水分率は35%と決定しました。薄膜乾燥機1基の1日あたりの汚泥処理能力は60t/d（含水率80%基準）、定格蒸発容量は1.731t/h、熱交換面積は50m2、汚泥入口の含水率は80%、汚泥出口の含水率は35%です。薄膜乾燥機の熱源は飽和蒸気であり、蒸気供給品質は輸入パラメータです。蒸気温度は180℃、蒸気圧力は1.0MPa、薄膜乾燥機1台の蒸気消費量は2.33t/h、薄膜乾燥機の台数は2台で、1台ずつ使用します。
180℃の飽和蒸気は圧力パイプラインを通じて直線乾燥機に輸送され、熱源として利用され、半乾き汚泥を間接的に加熱します。半乾き汚泥中の水分は直線乾燥機内でさらに蒸発します。汚泥製品の実際の需要（起動・停止）に応じて、最終汚泥の水分含有量は10%に達し、製品冷却機へと送られます。
リニア乾燥機の処理能力は0.769t /h（水分含有量35%）、定格蒸発量は0.214t /h、熱交換面積は50m2、リニア乾燥機の汚泥入口の水分含有量は35%、汚泥出口の水分含有量は10%、リニア乾燥機の蒸気品質入口パラメータ：蒸気温度は180℃、蒸気圧力は1.0MPa、リニア乾燥機1台の蒸気消費量は0.253t/h、数量は1セットです。
キャリアガスコンデンサーの設備形式は直噴ハイブリッドコンデンサーで、空気吸入量は3500Nm3/h、入口ガス温度は95〜110℃、出口ガス温度は90〜180Nm3/h、出口ガス温度は55℃です。
キャリアガス誘引通風機の設備タイプは高圧遠心ファンで、最大空気吸引量は400Nm3/h、空気圧力は4.8kPa、キャリアガス媒体の物理的パラメータ：温度は45℃、湿度は80％〜100％の湿った空気臭気ガス混合物で、乾燥システムは1セット装備されています。
製品冷却機の処理能力は1.8t /h、汚泥入口温度は110℃、汚泥出口温度は≤45℃、熱交換面積は20㎡、数量は1台です。
3. 薄膜乾燥機の試運転時の経済的なエネルギー消費の分析
薄膜乾燥プロセスシステムの単独試運転および泥負荷試運転を半月近く経て、結果は次の通りです。
本プロジェクトにおける薄膜乾燥機1基の設計構成処理能力は60t/日です。現在、試運転期間中の平均湿式汚泥処理量は50t/日（水分含有率79%）で、設計汚泥湿式処理規模の83%、設計汚泥乾式処理規模の87.5%に達しています。
薄膜乾燥機で生産された半乾き汚泥の平均水分含有量は36％であり、直線乾燥機で排出された半乾き汚泥の水分含有量も36％であり、これは基本的に設計製品の目標値（35％）と一致しています。
汚泥乾燥工場に設置された外部飽和蒸気計で測定した飽和蒸気消費量は25t/日であり、理論上の蒸気蒸発潜熱による1日の総消費熱量は25t×1 000×2 014.8 kJ/kg÷4.184 kJ =1.203 871 9×107 kcal/日です。乾燥システムの1日あたりの平均総蒸発水量は(50t×0.79)-[50t×(1-0.79)]÷(1-0.36)×1 000=23 875 kg/日です。したがって、汚泥乾燥システムの単位消費熱量は1.203 871 9×107÷23 875=504 kcal/kg蒸発水となります。汚泥乾燥システムは、湿潤汚泥水分含有量、外部蒸気の品質、半乾き汚泥製品輸送設備の粒度要件などの特性の変化の影響を受けるため、将来の長期試運転でさまざまな変数の値を最適化し、システムの最良の運転条件と経済的なエネルギー消費指標をまとめる必要があります。
薄膜乾燥システム装置の構造
1.薄膜乾燥機
薄膜乾燥機の装置構造は、加熱層を備えた円筒形のシェル、シェル内の回転するローター、およびローターの駆動装置であるモーター＋減速機で構成されています。
スラッジ乾燥機のシェルは、ボイラー鋼を加工・製造した容器です。熱媒体はシェルを通して間接的にスラッジ層を加熱します。スラッジの性質と砂含有量に応じて、乾燥機の内シェルには耐摩耗性高強度構造鋼（Naxtra--700）P265GH耐高温ボイラー構造鋼コーティング、または特殊高温処理による耐摩耗コーティングを採用しています。ローターやブレードなど、スラッジと接触するその他の部品はステンレス鋼316L製で、シェルはP265GH耐高温ボイラー構造鋼です。
ローターには、コーティング、混合、推進用のブレードが装備されています。ブレードと内殻の間の距離は5～10mmです。加熱面はセルフクリーニング機能を備え、ブレードは個別に調整および取り外しが可能です。
駆動装置：（モーター＋減速機）周波数変換または定速モーターを選択可能、ベルト減速機またはギアボックスを選択可能、直結またはカップリング接続を使用可能、ローター速度は100r/minで制御可能、ローター外縁線速度は10m/Sで制御可能、スラッジ滞留時間は10～15分。
2. リニアドライヤー本体
リニアドライヤーはU字型スクリューコンベア式を採用し、伝動ブレードは特殊設計・加工により、汚泥粒子の押し出しや切断を回避しています。リニアドライヤーのシェルと回転軸は加熱部であり、シェルは分解可能です。加熱部を除き、汚泥と接触する部分はステンレス鋼316Lまたは同等の材質で作られており、その他の部分は炭素鋼で作られています。つまり、リニア乾燥装置はSS304+CSで作られています。
3. コンデンサー
キャリアガスコンデンサーの機能は、汚泥乾燥機からの排ガスを洗浄し、排ガス中の凝縮性ガスを凝縮させることです。装置の構造はダイレクトスプレーコンデンサーで、処理材質はSS304です。
4.製品クーラー
製品冷却器の機能は、110℃の半乾き汚泥を約45℃まで冷却することです。伝熱面積は21m2、出力は4kWです。主な加工・製造材料はSS304+CSです。
薄膜汚泥乾燥プロセスの技術的特徴
薄膜汚泥乾燥プロセスは、その技術的特徴から近年普及が進み、効率的かつ効果的な汚泥処理方法となっています。このプロセスでは、薄膜乾燥機を用いて汚泥から水分を迅速かつ効率的に除去し、取り扱いや輸送が容易な乾燥した粒状製品を得ます。汚泥乾燥および焼却分野における様々な技術のプロセスシステム機器の運用経験と組み合わせると、汚泥薄膜乾燥プロセスの技術的特徴は以下のようになります。
1. 薄膜式汚泥乾燥機の主な技術的特徴は、そのシンプルな統合にあります。この方法は必要な補助設備が最も少なく、操作と制御が簡単です。乾燥プロセスでは逆混合が不要で、汚泥は「塑性段階」（汚泥粘性域）を直接通過するため、プロセスの効率化と合理化が図られます。さらに、排ガス発生量も比較的少なく、排ガス処理プロセスもシンプルなため、経済的で効率的、かつ環境に優しい汚泥乾燥オプションとなります。
2. 薄膜式汚泥乾燥機のもう一つの重要な側面は、経済性です。比較的低いエネルギー消費量と、一貫して高い蒸発効率で知られています。加熱媒体の回収・リサイクルも可能なため、エネルギーコストをさらに削減できます。さらに、本装置は堅牢でメンテナンスコストが低く、監視も最小限で済むため、汚泥乾燥のための費用対効果の高いソリューションとなります。
3. 操作の柔軟性も、薄膜式汚泥乾燥機の注目すべき特徴です。様々な種類のペースト状汚泥の乾燥に適しており、あらゆる水分含有量で均一な製品汚泥粒子を生成できます。このプロセスは固形物負荷が低く、起動・停止が容易で、排出時間が短いため、操作の柔軟性がさらに高まります。
4. 薄膜汚泥乾燥プロセスは、安全性と環境保護に優れていることで知られています。窒素、蒸気、自己消火検知などの多面的な不活性設計を採用しており、負圧密閉システムで運転するため、酸素濃度が低く、臭いや粉塵の漏洩がなく、粉塵爆発の可能性を低減し、汚泥乾燥プロセスの安全性と環境保護を確保します。
まとめると、薄膜汚泥乾燥プロセスの技術的特徴は、効率的で経済的、かつ環境に優しい汚泥処理オプションとなることを示しています。このプロセスは、包括的な簡便性、運用の経済性、運用の柔軟性、安全性、環境保護などの特徴を備えており、汚泥乾燥装置にとって貴重なソリューションとなります。
薄膜汚泥乾燥技術の普及と展望
汚泥乾燥工程は、最終処分汚泥焼却の中間工程として、焼却処理の操作性を向上させ、焼却処理施設建設への投資を効果的に抑制する上で重要な意義を持っています。
すでに運用に成功した各種の汚泥処理プロジェクトと合わせて、汚泥薄膜乾燥技術のプロジェクト事例運用研究結果を分析したところ、熱媒体として飽和蒸気を使用し、不活性飽和蒸気を使用することで、過熱がなく、短時間で高速で、排気ガスと開回路放電が少なく、乾燥プロセスガス中の炭化水素物質の濃縮を完全に回避できることが示されました。操作が安定して信頼できる、安全で環境に優しいという特徴があります。石油化学工業分野の有害廃棄物汚泥の処理と処理に適しているだけでなく、都市汚泥の処理と処理にも優れた参考と推進意義があります。各種汚泥処理の問題を効果的に解決し、最大限の削減を実現し、汚泥処理コストの削減などの工事の有益な実践、泥水共処理テーマの実現にも高い参考意義があります。
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