歐洲污泥干化技術的現(xiàn)狀與比較(一).doc

1、歐洲污泥干化技術的現(xiàn)狀與比較(一 )摘要：歐洲污泥干化技術的現(xiàn)狀與比較“一種節(jié)能新工藝 以蒸汽為載氣的渦輪薄層干化關鍵詞：污泥干化現(xiàn)狀比較”。1.歐盟各國在污泥處置方面的政策準備1.1.立法歐盟早在 1982 年就對污泥的最終處置制訂了指導性政策。其核心內容為兩個：逐步禁止向地表水系統(tǒng)排放污泥；鼓勵污泥用于農業(yè)，但必須遵循嚴格的使用規(guī)則并實施監(jiān)測、跟蹤；各成員國相繼按照歐盟的指導性政策制訂了本國的法律與法規(guī)。以意大利為例， 污泥被作為固體廢物的一種（特殊垃圾），按照法律的規(guī)定，由垃圾的制造者和所有者負責妥善處置，即污水處理廠。 其處置費用以規(guī)定的污水處理費（含排水管網和污水處理廠）形式單獨收取

2、。一些國家的污水處理費已經高于自來水費，特別是大城市。1.2.政策的執(zhí)行和監(jiān)督2000 年歐共體內的污水處理廠大約產生有790 萬噸 (干 )污泥，其中意大利約92 萬噸。意大利的污泥治理有著強烈的地區(qū)性和經濟性特點。 制訂、批準環(huán)保政策和項目的機構是相當于省政府的大區(qū)政府，項目的實施者則是一些有市政當局組成的經濟聯(lián)合體。1.3.國民的態(tài)度和意識歐盟國家一直對環(huán)境問題較為重視。 無論工業(yè)家還是普通國民， 守法意識非常重， 特別是涉及環(huán)境保護方面。法律上規(guī)定，對肇事者除處以罰款外，同時追究刑事責任。2.歐洲污泥處置的一些主要特點2.1.干化是一種必要的中間過程從直接施用到直接焚燒， 從干化后施用

3、， 到干化后焚燒， 直到最近的干化后氣化， 基本上肯定了干化作為一項必要的中間過程的重要性。其原因主要有兩個：經濟性，無論是運輸處置減量，還是能源消耗減量衛(wèi)生性，農用的必要條件2.2.最終處置方式是國情的選擇填埋無疑是不可取的，這不僅在于土地價值昂貴，主要還是從能源和生物能資源方面考慮，歐盟要求減少和限制污泥的填埋。對于有著過量能源的國家來說， 可能選擇焚燒作為有效處置手段。 污泥本身的熱量不足以維持其熱量需求， 因此必須加入新的廉價熱源， 比如森林垃圾或市政垃圾。 這一處置方式除了投資很高外，與公眾輿論有一定的沖突，雖然目前的技術可能已經可以保證相當?shù)陌踩?。對于能源進口國或焚燒爐不多的國家來

4、說， 解決污泥問題的出路最好是農用。 農用的主要問題在于對土地的保護， 避免重金屬過量沉淀在土壤中， 必須有恰當?shù)氖侄魏腕w系保證這一點。目前，有關污泥重金屬污染的知識已經有相當多的積累，生產者的記錄體系已經建立起來，至少對于使用者來說尚需一定的時間學習和管理。污泥的填埋仍然占有重要份額， 由于干化可以大幅度減量， 有效降低填埋費和運輸成本， 因此對于這種不是處置方案的方案來說，干化成為一種降低成本的必要手段。2.3.污泥的處置是以經濟效益為主要驅動力的產業(yè)化運作最終處置手段本身就是一種資源，使用這種資源必須付費。除去已經完全私有化的水供給系統(tǒng)，絕大部分的污水處理廠的所有者是市政府，一般來說，污

5、水處理廠的運作均委托市政府組成的聯(lián)合體和私有、 國有公司進行運營。 運營者不一定擁有全部、必要的處置手段。他們只能得到有限的資金，在資金范圍內采用最佳處置模式。3.歐洲污泥干化工藝的一些特點3.1.干化技術是傳統(tǒng)干燥技術的改進從七十年代以來， 世界上已經有眾多的廠商提出過或試驗過污泥的干化，這些廠商幾乎無一例外地全部來自農產品、 化工、 醫(yī)藥、食品干燥等領域， 其方法均是在原有的技術基礎上進行污泥的干化試驗， 其中有成功的， 但是更多的是失敗的。 失敗者中不乏大型知名設備集團或企業(yè)。原因在于，并非所有干化技術適合于污泥這種物料的干燥。3.2.干化的首要難題在于安全性過去二十年來， 歐洲和北美污

6、泥干化的項目上已經發(fā)生過大大小小眾多的事故案例，燥污泥的自燃，到設備的爆炸，使得一些國家甚至制訂了專門的污泥干化設備的安全導引，以敦促經營者慎重考慮干化過程中各種潛在危險因素。3.3.干化工藝的理論和實踐存在較大差別從已干對大多數(shù)人來說，污泥干化應該是非常簡單的，無非是靠熱量將水從污泥中蒸發(fā)出來而已。蒸發(fā)水份需要一定的熱能，每公升蒸發(fā)量最低需要620 大卡，加上一定的效率損失難道還不夠嗎？所有的干化設備處理商似乎都標稱其系統(tǒng)的熱能需求是800 850 大卡，大家基本上不分彼此。 如果污泥干化是如此簡單， 一些有著數(shù)臺、 數(shù)十臺銷售業(yè)績的大型工藝集團就大可不必退出這一領域了。 事實上，正是由于在

7、理論和實踐上污泥干化工藝存在著較大的差異，使得一些設備的運行存在著極大的不可預測性和不穩(wěn)定性，導致其“不堪重負 ”。3.4.干化設備的效率與效益差別顯著工藝和設備的穩(wěn)定性是非常重要的， 對于人力資源昂貴的歐洲廠商來說， 無論是使用者還是設備提供者，如果設備的效率低，意味著極高的人力費用支出。能源費用對于歐洲廠商來說顯然不如發(fā)展中國家敏感， 但是由于能源在一個干化系統(tǒng)的經營總成本中占去一半以上，節(jié)能哪怕是很少的部分，也都具有重要意義。4.歐洲干化設備的主要工藝類型4.1.工藝分類根據熱能供給的形式，可以分為兩個系列，每個系列分別有幾種代表性的工藝：4.1.1.直接加熱方式：轉鼓式 (rotary

8、/drumdryers)傳送帶式 (conveyorbeltdryers)氣動傳輸式 (pneumatictransportdryers)其它間歇式包括太陽能式(batchaswellassolardryers)4.1.2.間接加熱方式：轉碟式 (discdryers)槳式 (paddledryers)薄層式 (thinfilmdryers)流化床式 (fluidizedbeddryers)渦輪薄層式 (turbothinfilmdryer)4.2 換熱效率差別產生的原因眾所周知， 蒸發(fā)意味著在單位時間里將一定數(shù)量的熱能傳給蒸發(fā)的對象。一般都需要通過一個介質，要么是空氣，要么是蒸汽，要么是金屬

9、等。通過金屬熱壁， 水分子與金屬分子直接換熱，即所謂熱傳導； 通過或不通過熱交換器將熱傳給空氣、 通過熱交換器將熱傳給蒸汽，然后蒸汽或空氣的分子與水分子進行熱交換，即所謂熱對流。衡量熱傳遞效率的一個參數(shù)是導熱率，即在單位時間、 單位面積里能夠傳遞 （通過）的熱量。金屬的導熱率明顯好于空氣或蒸汽，熱量通過金屬表面與介質進行換熱，是效率最高的熱傳遞。需要介質時，熱交換器的有效換熱面積將決定熱量供給的供方效率。同樣，熱量的接受方，其接受熱量的能力也有限制。比熱的定義是：單位重量的物質、每升高 1 度所需要的熱量。 物質要接受一定的熱量，必須有足夠的質量來獲得和攜帶它。雖然熱交換器通過金屬表面可以在單

10、位時間里給出足夠的熱量，但是在單位時間里如果沒有足夠的氣量來接受它， 也是枉然。因此，熱對流系統(tǒng)不僅需要龐大的氣量進行物料的搬運，也需要這些氣量來攜帶足夠溫度的熱量。此外，空氣、蒸汽的運動是有時間和空間限制的，也就是說要受到換熱表面積、 管線、流速、摩擦力、熱量散失等因素的影響。升溫的溫度越高，氣量越大，總的熱能損失也越大?？諝鈱諝獾膿Q熱效率最低，其它介質對空氣的換熱也有較大損失。減少換熱損失的方法，只能是選擇最佳材料（導熱率）、增加換熱表面積、減少換熱次數(shù)、延長換熱時間、增加保溫等。不幸的是， 大多數(shù)能源均來自于某種燃料的焚燒，而焚燒是空氣的不斷供給過程，有著特定的速率， 在這個速率下獲得

11、的熱量如果無法全部利用，必然又回到大氣， 形成物理上的能量損失，即所謂 “燃燒效率 ”問題，這一損失根據燃料類型變化。無論直接還是間接加熱的干化，都存在同樣的燃燒效率問題。直接加熱方式將燃料燃燒后直接引入系統(tǒng)，煙氣沒有向大氣直接排掉， 也沒有通過熱交換器，因此有著較高的熱效率， 但是這部分煙氣連同整個系統(tǒng)的氣體均必須洗滌，從而有一次熱損耗。此外，不完全燃燒是一個潛在問題。問題在于，由于空氣本身的換熱性質較差，在污泥方面必須干泥返混之外， 還需考慮一系列的“廢熱回收 ”，才能在整體熱能消耗上保持競爭力。間接加熱的干化無論如何要通過一個乃至多個熱交換器，這形成第一個損失。 之后，洗滌氣體成為第二個

12、損失點， 因此應該考慮燃燒效率。間接加熱方式要獲得高的熱效率，必須依靠有效的熱傳導，以獲得高換熱效率。4.3.干化工藝的主要問題下面分別列舉熱對流和熱傳導在污泥干化方面分別可能存在的問題。4.3.1.熱對流系統(tǒng)依賴干泥返混粉塵含量高安全隱患多換熱效率低干化速度慢氣量高，熱損失大設備數(shù)量多，關鍵控制點多設備體積大停機所需的時間長維護復雜，特別是緊急情況后的清理繁重對能源要求較高4.3.2.熱傳導系統(tǒng)依賴干泥返混（薄層除外）粉塵含量高（僅流化床）金屬磨損（流化床和轉碟式）安全隱患（與金屬磨損、粉塵相關）工藝氣量高，熱損失大（僅流化床）設備數(shù)量多（薄層除外）動能損失大設備體積大（僅流化床）污泥粘壁降

13、低導熱率維護復雜，特別是緊急情況后的清理繁重4.4.主要缺陷的解決方法及其問題減少單位時間里的物流量， 取消干泥返混， 可以減少設備臺數(shù)一半以上，將控制關鍵點減少到最低程度；不幸的是，對于絕大多數(shù)系統(tǒng)來說是不可能的；采用蒸汽回路避免氧氣含量所造成的安全隱患；這一方案僅能適用于間接加熱方式，在直接加熱系統(tǒng)中無法應用；提高工藝氣量（速度） ，以提高干化效率；這樣做的結果將造成更大的熱量損失；增加熱交換系統(tǒng)， 以盡可能降低熱損失； 從理論上看是非常出色的想法，但是在實際運用中意義有限，這主要是因為其廢熱溫度較低，回收的比例也較低；采用更耐磨和防黏附的材料與工藝來制造設備；無論什么耐磨材料， 都是有一

14、定壽命的， 何況干化工況復雜， 影響其使用壽命的因素太多，如果需要特殊材料的部分太多，將失去經濟可行性；使用廢熱或廉價能源；廢熱包括廢熱蒸汽、煙氣、沼氣等，廉價能源包括燃煤、重油等。直接加熱方式除了采用熱交換器利用廢熱蒸汽進行一次預熱外，仍需以來其它能源， 燃煤、 重油等含二氧化硫的能源在高濕環(huán)境下可能形成硫酸，將損害設備， 除非安裝昂貴的干法除硫設備，但這將大大降低系統(tǒng)所需的工藝溫度。間接加熱方式可以使用所有廢熱或廉價能源。4.5.渦輪薄層是如何解決兩種換熱方式的局限性的渦輪薄層工藝是意大利VOMM 公司研制的一種特殊干燥技術，它既采用熱傳導也采用熱對流。其有效的熱對流占換熱總量的40左右，熱傳導占60以上。這一工藝徹底取消了干泥返混，使得工藝簡潔，設備數(shù)量極少，整體可靠性提高；工藝采用相當于普通熱對流工藝不到一半的氣量，起到物料搬運的作用，并配合熱傳導， 形成最佳的蒸發(fā)效率，干化時間僅為2.5-3 分鐘，同時利用蒸汽的表面保護作用，避免污泥顆粒的過熱，進而減少了粉塵問題；利用高速渦輪產生的渦流形成攪拌，使得物料不但不會貼附的金屬熱壁上，相反，有著強烈的自清潔效果。易磨損金屬件數(shù)量和范圍極為有限，因此可以采用較好的熱處理技術提高其壽命。由于處理時