污泥低温冷凝干化机运行效果影响因素和蒸发除湿控制参数

文_梁静 薛会鸽 袁刚

1 上海净泥新能源科技有限公司 2 盖罗（上海）自动化控制设备有限公司 3 MTI环境工程(北京)有限公司

常规污泥脱水工艺如离心机或板框脱水机，减水效果有限，而污泥热干化能有效脱水减量，是污泥处理过程的重要环节。热干化技术中一种利用密闭式带式干化耦合制冷除湿技术不仅具有能有效脱水、所得污泥颗粒性质稳定、热值高、无病原微生物的特点，而且由于采用密闭式干燥箱，没有尾气排出，系统配置简单节省，现场仅需提供电能或者热能，非常适合污水厂内进行减容减量，近年来该技术在市场上得到大量应用。但随着项目建成落地，低温冷凝干化在污泥处理领域的应用问题也随之而来，亟需工程技术人员解决。本文就实际应用中发现的问题，探讨低温冷凝干化机运行效果的影响因素和蒸发除湿控制参数，以便为现场操作人员和工艺设计人员提供参考。

1 工程背景

抚州市城市污水处理厂位于江西省抚州市抚北路与梦湖东路交叉口东南侧的西津渡，污水厂总占地面积约107.6亩。三期项目提标改造工程设计规模按远期18.0×104m3/d，出水水质标准由一级B提高至一级A排放标准，污泥处理采用板框脱水→低温冷凝干化→制备燃料棒→协同处置工艺路线。设计市政污泥日处置量100t/d（含水率80%计）。

该项目污泥处置采用两套每天脱水量20t的低温冷凝干化机，将板框污泥含水率从65%脱水至20%左右。干化后的污泥颗粒混合生物质秸秆，通过造粒机制成8mm燃料棒，送往固废处置中心协同焚烧。

1.1 工艺原理

污泥低温冷凝干化机采用密闭网带式冷凝除湿技术，系统内配置有污泥造粒机、网带机运系统、回热循环风系统、低温冷凝除湿系统、污泥上料出料系统等。其运行原理是湿污泥经造粒成型并静态铺摊在透气网带上，并由网带机运转输，网带机运系统一般设计多层，上下叠加布置，首尾错开。网带上污泥颗粒在干燥通道内缓慢的往前送，由上层网带跌落至下层网带并转换方向继续移动，推进过程中，污泥的体积和重量都不断下降，最终通过出料机构排至系统外。污泥水分蒸发至箱体内，通过循环风系统将湿冷空气带至冷却器进行降温除湿，所得冷凝水经收集后排至厂区污水管网。

由于整个干燥过程在密封箱体内进行，且在除湿腔体内形成局部负压，不会有臭味和粉尘逸出，所以不需配套复杂的尾气处理装备和排放烟囱。系统内采用低于80℃的蒸发温度，能有效避免污泥中除硫化氢和氨以外更多有机份的挥发，减少系统腐蚀和臭气问题。热风干燥干化过程约90～150min，有效杀灭90%以上大肠杆菌和病原生物。

低温冷凝干化机内循环空气加热所需的外界热能可以由电能提供，也可以是厂区热能如余热蒸汽、锅炉热水所得，加热器设计采用90℃热水进水，70℃热水回水；除湿冷却器的冷却热量由冷却塔或者厂区中水提供，设计采用33℃冷却进水，45℃冷却回水。

1.2 污泥减量效果

经测算，经干燥机热干化脱水后，干泥含水率保持在20%左右，减量比例达57%，污泥减量效益显著。同时，污泥干燥后污泥颗粒物质稳定，污泥颗粒热值约3000kcal，经掺加生物质秸秆制备燃料棒后其热值可作为传统燃煤的替代热源，运输至协同处置公司进行掺烧处理。

2 运行效果影响因素

2.1 外界气温变化的影响

低温冷凝干化机采用全密闭结构，在箱体内污泥水分经蒸发除湿后收集排至系统外，除湿污泥进口、干污泥出口和冷凝水排出口外，系统没有任何和外界相连通的接口，因而从其工作原理上分析，外界气温环境对密闭式干燥设备主机本身没有影响。然而从实际使用上看，外部条件如湿料温度、循环冷却水水温，季节性变化等，对除湿效果和稳定性仍有较大影响，以致影响处理能力。

当冬季出现气温-10℃以下的偶发天气，湿污泥气温与夏季相比温差30℃左右，循环热空气需先将物料升温再蒸发水分，此时的蒸发效果和能效都在下降，现场管理人员需要增加网带停留时间以保证出料效果。夏季冷却塔循环冷却水需全马力开机保障干燥机内部能量差及时排出，而冬季严寒天气冷却水仅需要部分循环。此时，需要工艺设计时考虑短流保护措施和相应管道保温措施，防止停机后管路结冰。

2.2 挤条装置卡堵问题

来料污泥内如有硬质固体如螺丝头，或者污泥块本身较硬，如使用高压板框工艺添加石灰和铁盐药剂，并压滤至固含量38%以上时，如果设计时没有考虑防止卡堵的措施，硬质固体没有被排除，则会经常性卡堵污泥挤条机。主要排除措施为①机械优化：可以在挤条机设备本体加装对辊伸缩装置，通过伸缩器的弹性变化，使得硬质固体通过时，对辊产生相对位移。建议相对位移8～10mm，以防位移变量太大而影响恢复初始位置的准确性。②自控优化：挤条机运行加入过载保护程序，PLC设定额定电流和预警电流时，硬质固体通过时，运行电流达到预警电流，挤条机启动反转程序，同时要求PLC能够区分是达到了过载极限还是在允许的范围内的微量过载，PLC能够监测功率变化和临界时间的关系，避免不必要的停机。

2.3 两器腐蚀问题

耐腐蚀性能也是系统稳定运行的关键因素之一。腐蚀出现的部件主要是两器（蒸发器、冷凝器），腐蚀机理主要是前述蒸发成分如硫化氢、氨形成的离子腐蚀，浓度越高、温度越高，腐蚀问题越严重。为此工艺设计时，需考察污水或污泥性质，针对含氯离子、硫酸根离子较高的污泥，建议选择耐腐蚀材料，如对两器进行整体电泳防腐，或者选择不锈钢材料制作两器翅片和管路，都能有效延长其使用寿命。但是，不锈钢管导热系数较低，仅为铜管的1/8～1/10，为保证模块机结构尺寸，设计时需考虑导热系数对换热器尺寸的影响，而选择电泳防腐处理的铜管铜翅片也需要考虑管壁厚度和涂层厚度对换热效率的影响。

2.4 灰尘堵塞问题

随着循环空气夹杂着一些干灰尘颗粒，部分灰尘穿透空气过滤网，堵塞表冷器和两器，使得其通过的风量减少，降低了表冷器和两器的换热效率，使得压缩机排气压力升高，吸气压力降低，压缩比增大。表现的主要故障是压缩机报警，如报高压和电流过载。不及时排除故障会缩短压缩机使用寿命，蒸发除湿能力下降，并导致压缩机和循环风机功耗增大。主要解决措施：①及时清灰。空气过滤器和表冷器需要按照操作说明上的要求及时清理灰尘，同时可以配备手持式工业吸尘器或者安装自动吸灰装置来解决。②结构优化。结构设计时应特别注重空气滤网短流的部位，如钣金结合部位和两个滤网衔接的部位的气密性。同时，由于一级加热器处于结构上部，详见图1，上部灰尘相对更容易聚集，现场运行大多也是一级制热系统报故障，所以建议将一级初效过滤网风道前移以便保护一级系统的洁净。

图1 污泥低温干燥机温湿度与空气流速分区图

3 蒸发除湿控制参数

3.1 空气温湿度的控制

干燥箱内温度和湿度是影响其运行影响的主要因素之一，国内外相关研究已经证实，污泥干燥效果随干燥空气温度升高而升高、随相对湿度升高而下降。

干燥器每个分区的温湿度均不同，污泥干燥器出口的循环空气温度约80℃，相对湿度约5%，循环空气进入下层网带污泥表面有效蒸发温度70℃左右，相对湿度50%左右，此时空气内含湿量未达到饱和，进入到上层网带有效蒸发温度60℃左右，相对湿度95%左右，空气内含湿量接近饱和。此时一路循环空气进入干燥器降温除湿，除湿后空气温度约40℃，相对湿度20%左右，另一路循环空气进入一级加热器，制热后温度约70℃，制热后的热空气与箱体内气体混合。通过表冷器和冷却器除湿温度差约30℃，空气湿度饱和而凝结成冷凝水。

干燥器出口温度和湿度的控制对整个系统蒸发除湿效果至关重要。上层机运网带的污泥主要是湿污泥，水分蒸发主要是表面蒸发，而随着干燥进行，下层机运网带的污泥水分的蒸发主要是内部水分迁移和表层蒸发，污泥干燥路径长，所需干燥时间长，因此对干燥箱体下层要求高温度低湿度，温度越高更容易克服表面水分压差，内部水分更容易迁移并蒸发。

3.2 空气流速的控制

干燥器内风速也是影响污泥干燥和空气除湿的关键因素之一。干燥器上层部分要求大风量，污泥表面风量风速越大，污泥水分更容易尽快蒸发。上层部分设计风量是下层的3倍，主要通过循环风回路加大循环风量实现。循环风由上而下穿过一级制热器，由下而上穿过上层机运网带，和污泥表面充分接触。建议下层部分设计风速1m/s，上层部分设计风速3m/s，冷凝除湿部分风速1m/s,一级加强循环风部分2m/s。

3.3 污泥成型比表面积的控制

污泥比表面积也是影响蒸发效果的因素之一，主要体现在污泥堆积厚度、挤条成型尺寸、网带蒸发面积等参数。污泥和空气接触的面积直接影响干燥的效果，颗粒越小接触面积越大，水分蒸发效果越好，但是颗粒越小干燥后的粉尘越多，容易堵塞过滤网和两器，反而影响除湿效果，因此污泥堆积厚度、挤条成型尺寸、网带蒸发面积需要按照设计规范，考虑三个因素叠加对蒸发强度的影响。建议参数为污泥堆积厚度20mm、含水率高的污泥挤条成型尺寸5mm、含水率低的污泥挤条成型尺寸6mm、蒸发强度按10～12kg/m2·h设计。

4 结语

密闭带式热干化耦合低温冷凝除湿技术，适用于污泥含水率65%～83%的湿污泥干化处理，干化后污泥含水率达20%以下，污泥颗粒性质稳定热值高，非常适合污水厂内污泥减容减量。同时，基于近几年在工程应用中发现的问题，工程设计人员和设备厂家可以注重了三个方面的研究研发，即污泥挤条机防卡堵装置的研究、蒸发器和冷凝器耐腐蚀材料的研究、表冷器和空气过滤器自动清灰装置的研究。