造紙污泥太陽能干化處理工藝設(shè)計

造紙污泥太陽能干化處理工藝設(shè)計摘要:太陽能作為一種清潔能源，將其應(yīng)用在造紙污泥干化中，與傳統(tǒng)干化工藝相比具有能耗低、無污染、運行費用低廉、操作簡單、運行安全穩(wěn)定、干化后的污泥仍保留原有的價值等特點。本文以某造紙污泥的干化為例，介紹了該工藝的工作原理及流程，工藝單元設(shè)計等。關(guān)鍵詞:造紙污泥；太陽能干化；工藝設(shè)計TreatmentProcessDesignONSOLARDRYINGOFpapermakingSLUDGEAbstract:Solarenergyasoneofcleanenergywasusedtopapermakingsludgedrying.Basedonthetraditionaldryingtechnology,ithasadvantagessuchaslowenergydemand,nopollution,andoperationinlowtemperature,lowoperationcost,simpleandsafeoperation,usagereservedafterdryingandsoon.Thispaperintroducesitsworkingprinciple,process,unittechnologicaldesign.Keywords:papermakingsludge;solardrying;processdesign0引言隨著造紙工業(yè)的發(fā)展，造紙廢水產(chǎn)量逐年加大，廢水處理過程中污泥產(chǎn)量亦日益增加。而造紙污泥造成的環(huán)境問題日益顯露出來，如易腐爛、有惡臭、不便于運輸、處置難度大等，因此必須對污泥進行減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化等處理。目前造紙廢水處理站一般對污泥進行了濃縮脫水處理，但往往達不到后續(xù)利用或深度處理的要求，污泥的含水率仍較高、體積較大，不僅增加了運輸難度，而且給后續(xù)的污泥處置帶來極大的不便。這些日益突出的問題，使實現(xiàn)污泥干化/減量化變得更加迫切。太陽能是一種清潔、安全、廉價、可再生的綠色能源，取之不盡用之不竭。我國有豐富的太陽能資源，大約2/3國土的太陽能年輻射量接近或超過5000MJ/m2，相當(dāng)于目前全年的煤、石油、天然氣和各種柴草等全部常規(guī)能源所提供能量的2000多倍。利用太陽能對污泥進行干化處理具有節(jié)能降耗和減碳的現(xiàn)實意義。本文基于海南省某紙漿企業(yè)的造紙污泥資源化處置過程中的減量化要求，參照太陽能干化技術(shù)在其他行業(yè)的應(yīng)用，詳細(xì)介紹了該企業(yè)造紙污泥處置過程中的溫室型太陽能干化工藝。1造紙污泥特性1.1造紙污泥的來源本工程涉及污泥主要來源于兩部分：其一為該企業(yè)廢水處理單元產(chǎn)生的初沉污泥、生化污泥及化學(xué)污泥。其二為在建的文化紙生產(chǎn)線預(yù)計產(chǎn)生的污泥。1.2造紙污泥的處理規(guī)模與干化目標(biāo)根據(jù)業(yè)主提供的資料，產(chǎn)自廢水處理單元的初沉污泥和生物污泥共計為355噸/天，含水率80%；來自文化紙生產(chǎn)線的污泥約為260噸/天，含水率約70%。綜上，本設(shè)計處理規(guī)模按照700噸/天（含水率80%）考慮。本設(shè)計要求干化處理后污泥含水率降至50%。2溫室型太陽能污泥干化新工藝介紹2.1溫室型太陽能干化工作原理將機械脫水后（含水率約為80%）的污泥放置于溫室中，利用太陽能蒸發(fā)污泥中的水份,即可獲得40-50%的干化污泥，脫水后的污泥在溫室中主要存在兩種干化工藝：（1）輻射干化。太陽能污泥干化系統(tǒng)以干燥的空氣作為熱載體，直接將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，儲存在空氣中使空氣溫度升高，用熱空氣使污泥溫度升高，使其內(nèi)部水分得以向周圍空氣加速蒸發(fā)，從而增加了污泥表面的空氣濕度，甚至達到飽和；（2）通過自然循環(huán)和熱風(fēng)沖刷，將溫度內(nèi)的濕空氣排出，使污泥表面的濕度由原來的飽和狀態(tài)進入非飽和狀態(tài)，從而促使污泥內(nèi)部水分進一步向周圍空氣蒸發(fā)。為了增強集熱效率和溫室的保溫隔熱能力，運行中利用攪拌輪將污泥翻轉(zhuǎn)平鋪在地板上或增加強制通風(fēng)以提高蒸發(fā)效率。2.2太陽能干化的優(yōu)勢（1）太陽能干化與自然晾曬(大氣干燥)相比其主要優(yōu)勢是能較大幅度的縮短干燥時間，同時溫室型太陽能污泥干化系統(tǒng)內(nèi)污泥干化過程中產(chǎn)生的臭氣易于有效收集進行集中處理。（2）太陽能干化裝置與采用常規(guī)能源的干化裝置相比具有以下優(yōu)勢：①節(jié)省燃料：因為該干化工藝基本不消耗礦物燃料。②減少對環(huán)境的污染：我國大氣污染嚴(yán)重，這主要源于煤，石油等燃燒后的廢氣和煙塵的排放，采用太陽能干化，在節(jié)約礦物燃料的同時，又可以緩解環(huán)境壓力。③運行費用低:就初投資而言，太陽能與常規(guī)能源干化二者相差不大。但是在系統(tǒng)運行時，采用常規(guī)能源的干化設(shè)備其燃料的費用是很高的。若采用太陽能干燥，設(shè)備投資(初投資)二者相差不大，但太陽能干化除風(fēng)機消耗少量電能外，太陽能是免費的。即使太陽能干化不能完全取代采用常規(guī)能源的干化手段，通過設(shè)計使二者有機結(jié)合，使太陽能提供的能量占到總能量消耗的較大比例，同樣可節(jié)約大量運行費用。（3）太陽能干化裝置各部分工作溫度屬中低溫，操作簡單、安全可靠。3造紙污泥太陽能干化工藝設(shè)計3.1干化工藝流程臥螺離心機或帶式過濾機形成的脫水污泥經(jīng)過自身的傳動系統(tǒng)，輸送到皮帶輸送機上，皮帶輸送機把污泥輸送到運輸車上,運輸車運送污泥至污泥制肥廠的溫室型太陽能干化車間的污泥自動布料機的料斗內(nèi)，污泥自動布料機把污泥均勻的布置在污泥太陽能溫室內(nèi)。污泥自動布料機在溫室大棚內(nèi)自動完成污泥的自動布料、自動攪拌和干污泥的聚集。在溫室內(nèi)，熱空氣與污泥直接接觸，并以一定速度流過污泥層，在此過程中吸收污泥中的水分，并將濕氣排出，排出的濕廢氣經(jīng)無害化后排放。最后由自動收料裝置把干污泥收集在一起。為加快污泥的干燥，增加了太陽能集熱器和輔助地暖系統(tǒng)，集熱器產(chǎn)生的熱風(fēng)通過風(fēng)機或水泵輸送到溫室中。污泥太陽能干化系統(tǒng)工藝流程如圖1所示：集熱器脫水污泥→運輸車→布料機→太陽能干化溫室→干化污泥轉(zhuǎn)運至制肥車間地暖圖1太陽能污泥干化系統(tǒng)流程圖3.2干化系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)(1)溫室的溫度溫室內(nèi)的溫度根據(jù)污泥干化要求來決定，本設(shè)計溫室內(nèi)氣溫常年不低于30-50℃(2)通風(fēng)率為了加快溫室內(nèi)的通風(fēng)排濕能力，降低干化時間。通風(fēng)率保持在80%～100%。(3)透光率為充分利用太陽輻射能，透光率應(yīng)≥70。(4)抗風(fēng)載荷海南地區(qū)應(yīng)考慮臺風(fēng)的影響，因此系統(tǒng)設(shè)計可抗高達120km/h的強風(fēng)。(5)污泥指標(biāo)進泥含固率：平均15-25%；出泥含固率：根據(jù)要求的不同，平均50-60%；干化前污泥床高度：10-30mm；干化后污泥床高度：5-15mm。（6）太陽能保障率根據(jù)該紙漿廠所在地區(qū)氣象資料：區(qū)太陽輻射總量約為87x103MJ/(m·a)，總?cè)照諘r間約為3328.8h/a，平均每天日照為9.12h，太陽輻射的利用系數(shù)為0.85。（7）自動化程度自動測量溫度、風(fēng)力，自動控制天窗開啟和遮陽裝置。3.3干化系統(tǒng)設(shè)計3.3.1干化溫室設(shè)計溫室內(nèi)按照污泥鋪設(shè)厚度平均為20mm/層設(shè)計。則每日處理700噸污泥則需要溫室面積為：700÷0.02=350000㎡。在滿足強度、剛度和使用壽命的前提下，整個溫室的骨架采用輕型鋼結(jié)構(gòu)，屋頂粱采用熱鍍鋅鋼管，頂窗框架采用輕型鋁合金，立柱間距9.6m，高6m，立柱材料選100mm×50mm×2.5mm方管，在立柱頂端裝有高0．45m，長9.6m的格溝梁，格溝梁由上下弧(50mm×30mm×2.5mm方管)和斜撐(20mm×20mm×1.2mm方管)焊接麗成，格溝梁焊接后整體熱鍍鋅。格溝梁每間隔3.2m安裝有專用的大流量的排水槽，該水槽采用厚2-5mm鋼板滾壓而成，它除了用于排水外，還可供人行走，以便檢修。3.3.2太陽能集熱器設(shè)計（1）污泥干燥所需熱量的計算處理每噸原脫水污泥蒸發(fā)水分（含水率有80%降為50%）0.3t。相當(dāng)于將0.3t水由室溫20℃加熱成100[80(顯熱)+619（潛熱）]×300=209700kcal=876.546KJ(1kcal=4.18J下同)。（2）太陽能單元集熱器所產(chǎn)熱量的計算地球大氣外層的太陽光能量密度約為1kw/㎡，經(jīng)大氣吸收、散射、折射、反射，到達地面后的陽光能量密度約為630w/㎡[2]。單元集熱器接收陽光的實際透光面積為1㎡，本裝置的理論功率為：P=0.63×1=0.63kw單元集熱器效率以40%～55%計，則得熱功率為：P得熱=P×40%～P×55%=0.252～0.3465kw在透明頂板的溫室效應(yīng)下，集熱器的效率會顯著提高，實際得熱功率P得熱’>P得熱。假設(shè)該集熱器每天工作8h，則該集熱器一天內(nèi)可轉(zhuǎn)化有效熱能為：Q日=P得熱×60×60×8=7257.6～9979.2KJ。（3）太陽能集熱器面積的計算該廠日處理污泥量為700噸，需耗費的熱量為：Q=700×876.546KJ=613582.2KJ設(shè)該太陽能集熱器實際透光面積為A，則：A=Q/Q日=613582.2/9979.2～613582.2/7257.6≈61.49～84.54㎡考慮最大值，A實際=84.54.02㎡，即需要85塊單元集熱器。考慮一定的保障率，設(shè)計采用90塊單元集熱器。3.3.3通風(fēng)除濕系統(tǒng)設(shè)計如前所述，溫室面積35000㎡，高度6m，按照通風(fēng)率80%～100%計算，則換氣量180000立方米/h3.4其他（1）溫室頂、側(cè)面全部采用厚5mm，透光率在85以上的平板玻璃覆蓋，并設(shè)置有自動開窗裝置，窗戶開度的大小及方向由連接室內(nèi)溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速傳感器的單板機來控制。在溫室的頂部設(shè)有自動開閉的透光率較小的外遮陽裝置。（2）溫室內(nèi)鋪設(shè)散熱管進行地暖加溫，地暖熱源采用該