Sludge-droogsysteem

Volgens de door de overheid uitgegeven technische handleiding voor de behandeling en verwijdering van slib van stedelijke rioolwaterzuiveringsinstallaties worden vier methoden voor de verwerking van slib voorgesteld: landgebruik, stortplaatsen, hergebruik in bouwmaterialen en droge verbranding. Gezien de toenemende beperkingen en negatieve effecten van slib in de landbouw, op stortplaatsen, in de zee en andere sectoren, wordt droge verbranding van slib al op grote schaal toegepast en gepromoot in diverse landen. Het lijdt geen twijfel dat droge verbranding van slib een van de belangrijkste en meest ideale technische verwerkingsmethoden zal worden.

Gezien het feit dat het door een bedrijf geproduceerde slib de technische kenmerken van gevaarlijk afval heeft, en dat de verbranding en verwijdering van de producten na droging een stoomwarmtebron vereist, is het noodzakelijk om de veiligheid, technische aanpasbaarheid, economische aanpasbaarheid, toepassing en promotie ervan uitgebreid te overwegen. In combinatie met het type drooginstallatie dat al in gebruik is voor het drogen van slib, werden zes typen drooginstallaties voor slib vergeleken en geselecteerd: wervelbed, tweetraps, dunnefilm, peddel, schijf en sproeier. Op basis van de technische volwassenheid, systeemstabiliteit, operationele veiligheid en milieuvriendelijkheid van de verwijdering van de zes genoemde drooginstallaties, werd uiteindelijk gekozen voor het type dunnefilmdrooginstallatie.

1. Apparatuurcomponenten van een dunnefilmdroger

Een dunnefilmdroger bestaat over het algemeen uit een cilindrische behuizing met een verwarmingslaag, een roterende rotor in de behuizing en een aandrijfmechanisme voor de rotor. De rotor is voorzien van schoepen in diverse vormen en specificaties. De schoepen en de rotor zijn met bouten aan elkaar bevestigd. De montagewijze kan flexibel worden aangepast aan veranderende slibeigenschappen en verwerkingscapaciteit. De gehele behuizing van de dunnefilmdroger is opgebouwd uit secties. Afhankelijk van de specifieke verwerkingseisen kan deze worden opgedeeld in meerdere verwarmingszones, waardoor individuele regeling, temperatuuraanpassing, flexibele schakeling en andere bedieningselementen mogelijk zijn.

De spreidbladen zijn verdeeld over de modderinlaat en de modderuitlaat van de rotor. Aan de inlaatzijde van de cilinder zijn vier spreidbladen gemonteerd onder een hoek van 45° ten opzichte van de kolomlijn. Deze montage zorgt ervoor dat het slib zich direct aan de hete wand hecht na het binnenkomen van de cilinder en naar de uitlaat wordt getransporteerd (in totaal 72 stuks). Aan de inlaatzijde zijn twee spreidbladen gemonteerd onder een hoek van 45°. Deze spreidbladen dempen de traagheidskracht van het product tijdens het lossen, waardoor het product door zwaartekracht kan worden afgevoerd (in totaal 36 stuks).

De aandrijfbladen zijn verdeeld over het middelste gedeelte van de rotor, en er zijn 40 bladen op elke kolom gemonteerd, wat neerkomt op een totaal van 720 bladen.

De verschillende typen schoepen vervullen gezamenlijk de belangrijke functies van slibverdeling, -verspreiding, -schrapen, -roeren, -terugmengen, zelfreiniging en -transport over het hete wandoppervlak. Kort samengevat: wanneer het natte slib aan één uiteinde van de horizontale droger binnenkomt, wordt het onmiddellijk continu over het hete wandoppervlak verdeeld door de roterende rotor, waardoor een dunne laag materiaal ontstaat. Terwijl de schoepen op de rotor deze dunne laag nat slib continu over het hete wandoppervlak rollen, draaien de transportschoepen met geleidingshoekfunctie mee met de rotatie van de rotor. De halfdroge slibdeeltjes die tijdens het droogproces ontstaan, bewegen horizontaal met de rotor mee met de asrichting en worden naar de slibuitlaat aan het andere uiteinde van de dunnefilmdroger getransporteerd. De axiale lengte van de dunnefilmdroger is niet alleen de horizontale lijn van de invoer- tot de uitvoerzijde, maar omvat ook het aanvoeren en afvoeren van het slib in de gehele horizontale cilindervormige dunnefilmdroger. Tijdens dit proces wordt het natte slib gelijkmatig verwarmd door de stoom in de hete wand en verdampt het water. De verblijftijd van het natte slib in de dunnefilmdroger bedraagt ​​10-15 minuten, waardoor snel starten, stoppen en legen mogelijk is. De procesbesturing en -regeling van de apparatuur verlopen daardoor zeer snel.

3. Proces voor het opvangen van uitlaatgassen van een dunnefilmdroger

Het vochtgehalte van het slib dat aan de dunnefilmdroger wordt toegevoerd, bedraagt ​​75% tot 85% (berekend op 80%), en het vochtgehalte van het slib dat door de dunnefilmdroger wordt geproduceerd, is ongeveer 35%. Het halfdroge slib, in korrelvorm, wordt via de transportband naar de volgende eenheid getransporteerd. Het gemengde draaggas, zoals waterdamp, stof en geurstoffen, dat tijdens het werkproces van de dunnefilmdroger ontstaat, beweegt in tegengestelde richting met het slib in de cilinder en wordt via een pijpleiding vanuit de uitlaatgastank boven de slibtoevoeropening naar de condensor geleid. In de condensor condenseert het water in het draaggas tot stoom en wordt het niet-condenseerbare gas in druppels afgescheiden en via een afzuigventilator naar het droogsysteem afgevoerd. De hoeveelheid procesgas van de dunnefilmdroger is relatief klein, meestal slechts 5% tot 10% van de totale verdamping van het systeem. De afzuigventilator zorgt ervoor dat het hele droogsysteem een ​​lichte onderdruk heeft, waardoor het ontsnappen van geurstoffen en stof wordt voorkomen.

2. Technische parameters van de belangrijkste apparatuur voor het droogproces van dunne films

Volgens de eisen van dit project is de verwerkingscapaciteit van een enkelvoudig slibdroogsysteem vastgesteld op 2,5 t/u (bij een vochtgehalte van 80%) en een vochtgehalte van 35%. De dagelijkse verwerkingscapaciteit van een dunnefilmdroger bedraagt ​​60 t/d (bij een vochtgehalte van 80%), de nominale verdampingscapaciteit is 1,731 t/u, het warmtewisselingsoppervlak is 50 m², het vochtgehalte van het inkomende slib is 80% en het vochtgehalte van het uitgaande slib is 35%. De warmtebron van de dunnefilmdroger is verzadigde stoom, en de kwaliteit van de stoomtoevoer wordt bepaald door geïmporteerde parameters: stoomtemperatuur is 180 ℃, stoomdruk is 1,0 MPa, stoomverbruik van één dunnefilmdroger is 2,33 t/u, en er zijn 2 dunnefilmdrogers, één voor één gebruik.

De verzadigde stoom van 180 ℃ wordt via een drukleiding naar de lineaire droger getransporteerd en gebruikt als warmtebron om het halfdroge slib indirect te verwarmen. Het water in het halfdroge slib verdampt verder in de lineaire droger. Afhankelijk van de daadwerkelijke vraag naar het slibproduct (start- en stopcyclus) kan het uiteindelijke slib een vochtgehalte van 10% bereiken en naar de productkoeler worden getransporteerd.

De verwerkingscapaciteit van de lineaire droger is 0,769 t/u (vochtgehalte 35%), de nominale verdamping is 0,214 t/u, het warmtewisselingsoppervlak is 50 m², het vochtgehalte van het slib dat de lineaire droger binnenkomt is 35%, het vochtgehalte van het slib dat de lineaire droger verlaat is 10%, de stoomkwaliteitsparameters van de inkomende stoom van de lineaire droger zijn: de stoomtemperatuur is 180 ℃, de stoomdruk is 1,0 MPa, het stoomverbruik van een enkele lineaire droger is 0,253 t/u, en er is 1 set geïnstalleerd.

De draaggascondensor is van het type directe injectie hybride condensor, met een luchttoevoer van 3500 Nm³/h, een inlaatgastemperatuur van 95-110 ℃, een uitlaatgastemperatuur van 90-180 Nm³/h en een uitlaatgastemperatuur van 55 ℃.

De ventilator voor de geforceerde afzuiging van het draaggas is een hogedrukcentrifugaalventilator. Het maximale luchtaanzuigvolume bedraagt ​​400 Nm³/h, de luchtdruk is 4,8 kPa. De fysische parameters van het draaggasmedium zijn: een temperatuur van 45 ℃ en een vochtigheidsgraad van 80% tot 100% (vochtige lucht, geurgasmengsel). Een enkel droogsysteem is uitgerust met één set ventilatoren.

De verwerkingscapaciteit van de productkoeler is 1,8 ton/uur, de slibtoevoertemperatuur is 110 °C, de slibafvoertemperatuur is ≤45 °C, het warmtewisselingsoppervlak is 20 m² en er wordt 1 exemplaar geleverd.

3. Analyse van het economische energieverbruik tijdens de inbedrijfstelling van de dunnefilmdroger

Na bijna een halve maand van inbedrijfstelling met één enkele tank en inbedrijfstelling met modderbelasting van het dunnefilmdroogprocessysteem zijn de resultaten als volgt.

De ontwerpconfiguratie voor de verwerkingscapaciteit van een enkele dunnefilmdroger in dit project is 60 ton/dag. Momenteel bedraagt ​​de gemiddelde natte slibverwerking tijdens de inbedrijfstellingsperiode 50 ton/dag (vochtgehalte 79%), wat neerkomt op 83% van de ontworpen schaal voor de natte slibverwerking en 87,5% van de ontworpen schaal voor de droge slibverwerking.

Het gemiddelde vochtgehalte van het halfdroge slib dat door de dunnefilmdroger wordt geproduceerd, is 36%, en het vochtgehalte van het halfdroge slib dat door de lineaire droger wordt afgevoerd, is eveneens 36%, wat in principe overeenkomt met de beoogde waarde van het ontwerpproduct (35%).

Gemeten met de externe verzadigde stoommeter in de slibdroogwerkplaats bedraagt ​​het verzadigde stoomverbruik 25 t/d. Het theoretische totale dagelijkse warmteverbruik van de latente verdampingswarmte van stoom is 25 t × 1000 × 2014,8 kJ/kg ÷ 4,184 kJ = 1,2038719 × 10⁷ kcal/d. De gemiddelde dagelijkse totale verdamping van water door het droogsysteem is (50 t × 0,79) - [50 t × (1 - 0,79)] ÷ (1 - 0,36) × 1000 = 23875 kg/d. Het warmteverbruik per kg verdampt water bedraagt ​​dus 1,2038719 × 10⁷ ÷ 23875 = 504 kcal/kg. Omdat het slibdroogsysteem onderhevig is aan veranderingen in het vochtgehalte van het natte slib, de kwaliteit van de externe stoom en de eigenschappen van de transportapparatuur voor het halfdroge slibproduct met betrekking tot de korrelgrootte-eisen en andere factoren, is het noodzakelijk om de waarden van verschillende variabelen te optimaliseren tijdens toekomstige langdurige proefbedrijfsvoering, om zo de beste bedrijfsomstandigheden en de meest economische energieverbruiksindex van het systeem samen te vatten.

1. Dunnefilmdroogmachine

De apparatuurstructuur van de dunnefilmdroger bestaat uit een cilindrische behuizing met een verwarmingslaag, een roterende rotor in de behuizing en een aandrijfmechanisme voor de rotor: motor + reductiekast.

De rotor is voorzien van schoepen voor coating, menging en aandrijving. De afstand tussen de schoepen en de binnenmantel bedraagt ​​5 tot 10 mm. Het verwarmingsoppervlak is zelfreinigend en de schoepen kunnen afzonderlijk worden afgesteld en verwijderd.

Aandrijfinrichting: (motor + reductiekast) frequentieomvormer of motor met constante snelheid kan worden gekozen, riemreductor of tandwielkast kan worden gekozen, directe aansluiting of koppeling is mogelijk, rotorsnelheid kan worden geregeld op 100 tpm, lineaire snelheid van de rotorrand kan worden geregeld op 10 m/s, verblijftijd van het slib is 10-15 min.

2. Lineaire drogerbehuizing

De lineaire droger maakt gebruik van een U-vormige schroefconveyor, waarbij de aandrijfbladen speciaal zijn ontworpen en bewerkt om extrusie en beschadiging van slibdeeltjes te voorkomen. De behuizing en de roterende as van de lineaire droger zijn verwarmingselementen, en de behuizing is demonteerbaar. Met uitzondering van de verwarmingselementen is het deel dat in contact komt met het slib gemaakt van roestvrij staal 316L of een gelijkwaardig materiaal, terwijl de overige onderdelen van koolstofstaal zijn gemaakt. De lineaire drooginstallatie is dus vervaardigd van SS304+CS.

3. Condensor

De functie van de draaggascondensor is het reinigen van de uitlaatgassen van de slibdroger, zodat de condenseerbare gassen in het gas condenseren. De constructie van de installatie is een directsproeicondensor en het verwerkte materiaal is SS304.

4. Productkoelers

De functie van de productkoeler is het verlagen van de temperatuur van het halfdroge slib van 110 °C tot ongeveer 45 °C, met een warmteoverdrachtsoppervlak van 21 m² en een vermogen van 4 kW. Het belangrijkste verwerkings- en fabricagemateriaal is SS304+CS.

Het dunnefilm-slibdroogproces is de laatste jaren populair geworden vanwege de technische kenmerken, waardoor het een efficiënte en effectieve methode voor slibverwerking is. Het proces maakt gebruik van een dunnefilm-droger om snel en efficiënt vocht uit het slib te verwijderen, waardoor een droog korrelig product overblijft dat gemakkelijk te hanteren en te transporteren is. Op basis van de operationele ervaring met procesapparatuur van verschillende technologieën op het gebied van slibdroging en -verbranding, zijn de technische kenmerken van het dunnefilm-slibdroogproces als volgt.

1. De belangrijkste technische kenmerken van de dunnefilmslibdroger zijn de eenvoudige integratie. Deze methode vereist minimale hulpapparatuur en is eenvoudig te bedienen en te controleren. Het droogproces vereist geen terugmenging en het slib slaat de "plasticiteitsfase" (het viscositeitsgebied van het slib) direct over, waardoor het proces efficiënter en gestroomlijnder verloopt. Bovendien is de hoeveelheid geproduceerd restgas relatief klein en is de behandeling ervan eenvoudig, waardoor het een economische, efficiënte en milieuvriendelijke optie is voor het drogen van slib.

2. De operationele kosten zijn een ander belangrijk aspect van de dunnefilm-slibdroogmachine. Deze machine staat bekend om zijn relatief lage energieverbruik en consistent hoge verdampingsrendement. Terugwinning en recycling van het verwarmingsmedium is ook mogelijk, wat de energiekosten verder verlaagt. Bovendien is de apparatuur robuust, heeft lage onderhoudskosten en vereist minimale bewaking, waardoor het een kosteneffectieve oplossing is voor slibdroging.

3. Operationele flexibiliteit is ook een opvallend kenmerk van de dunnefilmslibdroger. Deze machine is geschikt voor het drogen van verschillende soorten pasteus slib en kan uniforme slibdeeltjes met elk gewenst vochtgehalte produceren. Het proces kenmerkt zich door een lage vaste-stofbelasting, eenvoudige start- en stopmogelijkheden en een korte ledigingstijd, wat de operationele flexibiliteit verder vergroot.

4. Het droogproces van slib met behulp van dunnefilmtechnologie staat bekend om zijn veiligheid en milieuvriendelijkheid. Het maakt gebruik van een veelzijdig inert ontwerp, zoals N2, stoom en zelfdovende detectie. Het proces vindt plaats in een gesloten systeem met onderdruk, weinig zuurstof, geen geur en geen stoflekkage, waardoor de kans op stofexplosies wordt verkleind en de veiligheid en milieuvriendelijkheid van het slibdroogproces worden gewaarborgd.

Samenvattend maken de technische kenmerken van het dunnefilmslibdroogproces het een efficiënte, economische en milieuvriendelijke optie voor slibverwerking. Dit proces kenmerkt zich door algehele eenvoud, operationele kostenbesparing, operationele flexibiliteit, veiligheid en milieuvriendelijkheid, enzovoort, en is een waardevolle oplossing voor slibdrooginstallaties.