一种污泥冷冻造粒方法及装置与流程

本发明属于固废处理领域，具体涉及一种污泥冷冻造粒方法及装置。

背景技术：

随着我国社会经济和城市化的发展，城市污水的产生及数量在不断增长。根据有关预测，我国城市污水量在未来20年还会有较大增长。目前，我国年产干污泥近3×106t，随着国内污水处理事业的发展，污水处理厂的总处理水量和处理程度的不断扩大和提高，所产生的污泥量也将日益增加。大量的污泥未能得到及时、合理的处理而成为污水处理厂沉重的负担。污泥中还含有大量的n、p、k、ca及有机质，且n、p以有机态为主，可以缓慢释放，具有长效性。污泥是有用的生物资源，如能合理利用则不仅能变废为宝，还能增加经济效益，所以，有效处理处置和利用污泥的技术具有重要的现实意义。

现阶段污泥处理办法为干化然后再进行填埋，但是随着现代城市的发展，去专门拿出一片空地来进行填埋已经不现实，另外直接填埋也无法实现对资源的重复利用。还有一种办法就是对污泥进行干化、热解、气化，实现了资源的重复利用。污泥干燥技术是一种常见的可有效降低污泥含水率以便于其继续进行后续处理的技术，具体即为在专门设计的设备中对污泥进行加热，蒸发其中水分的过程，其不但可有效地实现对于污泥中的“自由水”的去除效果，同时也对其中的“间隙水”、“表面结合水”乃至“内部结合水”都可起到快速蒸发目的；由于该技术可根据后续处理工序的要求，将污泥干化至指定的含水率，因此其被广泛的应用于现有污泥干燥中。

污泥干燥通常使用专用的污泥干燥机，以蒸汽、高温烟气或就爱热的导热油乃至太阳能作为热源，采用直接或间接的加热方式，辅以混合和搅拌，进而达到其干燥目的。其中，直接传热式污泥干燥机，这在申请人为苏州市自力化工设备有限公司于2010年6月22日申请的发明专利《污泥干化工艺及设备》等文本中均有所描述，其大都是以锅炉高温烟气等作为热源，使其进入干燥机后与湿污泥直接接触，通过热对流方式以直接带出湿污泥内的水分；该种方式除湿效率高，但由于大量烟气与湿污泥的直接接触和析出，导致飞灰废热中粉尘含量巨大，又因无妥善的后续粉尘分离措施，往往易于产生粉尘爆炸等安全隐患。间接传热式污泥干燥机中，污泥和热源不直接接触，而是通过热传导的方式进行热量传递，如申请人为浙江大学于2012年4月19日申请的发明专利《污泥干化焚烧集成处理系统及其工艺》就给出了一种间接传热式污泥干燥方式，由于污泥和热源被人为的分隔开来，其加热烟气清洁度好，无相关粉尘隐患，因此使用较多；然而，由于目前的间接传热式干燥机或采用类似锅灶的静态培烘的方式，导致其内部在重力作用下产生污泥沉降而出现单面加热现象，加热不够均匀，从而导致待处理污泥无法均匀干透，除湿效率较差，即使如前述专利文本中的定、动齿交错且动齿呈空心烟道设计的方式，其方式也不但导致其结构复杂繁冗，维护极其不便，同时还会致使其内污泥在定齿下部腔室内大量淤积而出现无法烘透和直接烧结的现象，此外，由于其动齿齿面为垂直其转轴方向设置，如何保证污泥在烘干后的出料目的，就其机构而言显然是无法确凿实现的；此外，目前的污泥干燥机，由于其污泥容纳腔始终需要频繁接触或干或湿的污泥，其剧烈摩擦后的容纳腔磨损率极高，使用寿命也往往影响到整机的实际使用效率。如何研发出一种结构合理的污泥干燥设备，从而使其确实的起到便捷而高效率的污泥干燥目的，为国内外近十年来所迫待解决的技术难题。

中国专利公布号cn103693829a公开了一种污泥处理设备及工艺，设备包括有污泥输送机、污泥破碎成型机与污泥干化机，污泥破碎成型机的污泥料斗内自上而下设置有由变频电机驱动的一对碎泥辊和一对泥条压制成型辊；污泥干化机的干化仓内腔分隔为干化室与循环风加热室，干化室内设置有若干层不锈钢网带式传送台，污泥破碎成型机的污泥料斗的出料口位于干化仓中最顶层的不锈钢网带式传送台的传送始端的正上方。该污泥处理设备及工艺在用于城市生活污泥处理的过程中，具有持续处理能力强、周期短效率高、处理效果好、无二次污染、环保、设备运行稳定安全、能耗低、自动化程度高等显著优点。

然而，该设备在处理污泥压制泥条过程中，由于含水量和黏性大的污泥容易粘接，故使本装置仅能处理含水量小和黏性不大的污泥，使用范围明显较小；另一方面，由于污泥的黏性不足以使其保持条状，在翻转过程中容易断裂堆积，使得该装置的干化效率变低，不利于节约能源，该装置采用使用添加剂的方式，保持污泥条粒的成型效果，且增加了干化成本，也不利于绿色处理；由此可知，污泥成粒的效果对干化处理至关重要。

技术实现要素：

针对现有技术中的问题，本发明的目的是要提供一种污泥冷冻造粒方法及装置，利用冷冻技术轧制成粒，并采用逐级干化处理的方式，使得本发明的能源利用率和干化效果更好。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种污泥冷冻造粒方法，包括，首先通过上料机将经过简单风干和沉淀处理的污泥运输至辊压机进料漏斗；然后，进料漏斗将物料收集后进入辊压机冷冻并轧制成薄泥饼；再次，齿刀成粒机将薄泥饼切成条，并冷冻进一步降低其水分含量，条状污泥受重力作用碎裂形成不固定长度的颗粒；同时，通过抽风机和进气孔吸入0.01℃的冷空气，并使辊压机和齿刀成粒机的设备内部形成约610.75pa的负压，使得冷冻后的污泥中的水分部分升华；最后，冷冻后的污泥颗粒进入封闭的搅拌式干燥机经过多次加热和翻动，将污泥颗粒的水分通过升华或汽化，降低至指定范围，经过出料机运往指定位置，完成污泥干化处理。

一种污泥冷冻造粒装置，由上至下依次包括辊压机、齿刀成粒机和搅拌式干燥机；

所述辊压机进料口设置进料漏斗，所述辊压机包括对旋滚筒，所述对旋滚筒出料口设置贴紧对旋滚筒表面的刮料板；

所述齿刀成粒机进料口对接所述辊压机的出料口，所述齿刀成粒机包括对旋齿刀，所述对旋齿刀表面沿旋转方向设置凹槽，所述齿刀成粒机出料口设置紧贴对旋齿刀表面的清槽板；

所述辊压机和齿刀成粒机的主轴为空心轴，所述空心轴设置进入段和排出段，所述进入段和排出气段通过隔断或实芯分开，所述隔断或实芯两端分别设置入孔和出孔；所述辊压机和齿刀成粒机的内部设置空腔，所述空腔分别与入孔和出孔连接；所述齿刀成粒机和所述辊压机通过外壳连接在一起，在齿刀成粒机下部设置进风口，在辊压机顶部设置排风口，所述排风口设置抽风机；

所述搅拌式干燥机通过多个隔板分为若干层，所述隔板分为外圆开口的大隔板和内圆开口的小隔板，所述隔板内部设置空腔，所述隔板上部设置刮板，所述刮板通过预设不同的角度在同样的旋转方向将隔板的物料运往不同的位置；所述搅拌式干燥机的进料口和排料口均设置密封式输送机。

进一步的，所述辊压机为单级或多级，所述辊压机的级数为不大于10的自然数，所述多级辊压机的对旋滚筒的间距依次减小。

进一步的，所述对旋滚筒的间距可以调整。

进一步的，所述齿刀成粒机为单级或多级，所述齿刀成型机的级数为不大于10的自然数，所述多级齿刀成粒机的对旋齿刀的间距依次减小。

进一步的，所述对旋齿刀的间距可以调整。

进一步的，所述隔板的数量为不大于20的正整数。

本发明的有益效果是：

本发明在轧制过程中，在轧制滚筒中通入冷媒，在污泥轧制成泥饼的过程中，使泥饼中的水分凝结，使泥饼更易成型，便于下一步的处理；

在污泥饼切割成粒的过程中，加入了冷媒进一步尽快使泥饼中的水分凝结，保证成粒效果；

同时，利用外部环境或设备形成0.01℃的冷空气进入设备，并通过抽风机使辊压机和齿刀成粒机的设备内部形成约610.75pa的负压，达到污泥颗粒中冰屑的三相点，在不破坏污泥颗粒形态的情况下使冰屑升华，同时也减少了异味的产生；

基本成粒的污泥进入封闭的搅拌式干燥机后，刮板将颗粒的污泥运往多级的隔板加热干燥和翻动，在干燥机内形成高温高压的环境，使得污泥内的冰水升华或/和汽化，使干化成粒更加的彻底。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的主视结构示意图。

图2为本发明辊压机的仰视结构示意图。

图3为本发明辊压机的a-a剖面结构示意图。

图4为本发明齿刀成型机的仰视结构示意图。

图5为本发明齿刀成型机的b-b剖面结构示意图。

图6为本发明搅拌式干燥机的主视结构示意图。

图7为本发明搅拌式干燥机的c-c剖面结构示意图。

图8为本发明搅拌式干燥机的d-d剖面结构示意图。

图中：1-上料机，2-辊压机，21-辊压机冷媒出口，22-进料漏斗，23-排风口，24-辊压机冷媒入口，25-对旋滚筒，26-刮料板，27-对旋滚筒主轴；3-齿刀成型机，31-齿刀成型机冷媒进口，32-齿刀成型机冷媒出口，33-进风口，34-对旋滚齿刀，35-清槽板，36-对旋滚齿刀主轴；4-搅拌式干燥机，41-热风进口，42-干燥机热媒进出口，43-动力装置，44-减速机，45-干燥机排料口，46-干燥机进料口，47-排湿口，48a-正向刮板，48b-反向刮板，49a-小隔板，49b-大隔板；5-出料机，6-抽风机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

如图1所示，一种污泥冷冻造粒装置，由上至下依次包括辊压机2、齿刀成粒机3和搅拌式干燥机4。

如图2和3所示，所述辊压机2进料口设置进料漏斗22，所述辊压机2包括对旋滚筒25，所述对旋滚筒25的间距可以调整，所述间距调整的装置包括分别设置在滚筒两端的丝杠、气缸或/和油缸；通过间距的调整，使得污泥饼的厚度在适当的范围内，以便于下一步的切条。所述对旋滚筒25出料口设置贴紧对旋滚筒25表面的刮料板26，刮料板26可以防止污泥饼由于黏性粘接在滚筒表面，使得污泥饼的成型率和生产速度降低。

如图4和5所示，所述齿刀成粒机3进料口对接所述辊压机2的出料口，所述齿刀成粒机3包括对旋齿刀34，所述对旋齿刀34表面沿旋转方向设置凹槽，所述对旋齿刀34的间距可以调整，所述间距调整的装置包括分别设置在滚筒两端的丝杠、气缸或/和油缸；通过间距的调整，使得污泥条的形状在合适的范围内，使得更易断裂成更小的颗粒。所述齿刀成粒机3出料口设置紧贴对旋齿刀34表面的清槽板35，清槽板35的缺口形状与对旋齿刀34的槽底和槽面的形状吻合，清槽板35及时清除粘接在对旋齿刀34槽底和槽面的污泥颗粒，增加设备的运行效率。

所述辊压机2的对旋滚筒主轴27和所述齿刀成粒机3的对旋齿刀主轴36均为空心轴，所述空心轴设置进气段和排气段，对旋滚筒主轴27的进气段和排气段分别连接辊压机冷媒出口21和辊压机冷媒入口24，所述对旋齿刀主轴36的进气段和排气段分别连接齿刀成粒机冷媒进口31和齿刀成粒机冷媒出口32。

所述进气段和排气段通过隔断或实芯分开，所述隔断或实芯两端分别设置入孔和出孔；所述辊压机2和齿刀成粒机3的内部设置空腔，所述空腔分别与入孔和出孔连接；所述冷媒5通过进气段的入孔进入所述辊压机2和齿刀成粒机3的内部空腔，降低设备和设备上的污泥的温度，使其冻结，通过出孔和排气段排出设备外的指定位置，所述冷媒为外部设备提供的低温流体；所述辊压机2和齿刀成粒机3在处理污泥的过程中，通过冷冻不断加快污泥的轧制冻结，使得最终成粒效果更佳突出。

所述齿刀成粒机3和所述辊压机2外部连接在一起，在轧制过程中通过设置在齿刀成粒机3下部的进风口33进气，通过设置在辊压机2顶部排风口23的抽风机6排气。

如图6、7和8所示，所述搅拌式干燥机4为上下带有端盖圆柱形，上端盖设置干燥机进料口46和排湿口47，下端盖设置干燥机排料口45、干燥机热媒进口41和干燥机热媒出口42；所述干燥机内部通过多个隔板分为若干层，所述隔板分为外圆开口的大隔板49b和内圆开口的小隔板49a，所述隔板内部设置加热腔，所述加热腔通过管路分别与干燥机热媒进口41和干燥机热媒出口42连接，通过加热隔板，间接加热污泥颗粒，使干燥机内形成高温高压的环境，使得污泥颗粒中的水分或冰屑汽化升华，达到干燥污泥颗粒的目的；所述排湿口47通过阀门不定时对外排放高温蒸汽，保证内部环境的同时，排除污泥中的水汽；所述热媒包括由外部设备提供的高温流体。

所述隔板上部设置刮板，所述刮板预设不同的角度，通过骨架固定在干燥机主轴上，所述干燥机主轴在同样的旋转方向时，通过正向布置的正向刮板48a或反向布置的反向刮板48b将隔板的物料运往不同的位置，掉在下层外圆开口的大隔板49b或内圆开口的小隔板49a，直至掉出干燥机排料口45；所述主轴下部设置动力装置43和减速机44，为主轴旋转提供动力，所述动力装置43包括电动机和燃油或燃气发动机，所述减速机44包括锥齿轮减速机、平行齿轮减速机和行星轮减速机。

所述搅拌式干燥机的进料口46和排料口45均设置密封式输送机，所述密封式输送机包括密封式无轴螺旋输送机，所述密封式无轴螺旋输送机的螺旋叶片设置隔板，使密封式无轴螺旋输送机的o型外壳和带有隔板螺旋叶片形成多个密封空腔，工作中在保证物料输送的同时，保持设备的密封性。

所述辊压机2和齿刀成粒机3蒸发产生的水蒸汽从排风口23排出，搅拌式干燥机4蒸发产生的水蒸汽从设在顶盖上的排湿口47排出，如有异味，排风口23和排湿口47排出的气体可经收集进入喷淋塔处理脱臭后排空。

一种污泥冷冻造粒方法，包括，首先通过上料机1将经过简单风干和沉淀处理的污泥运输至辊压机2进料漏斗22；然后，进料漏斗22将物料收集后进入辊压机2冷冻并轧制成薄泥饼；再次，齿刀成粒机3将薄泥饼切成条，并冷冻进一步降低其水分含量，条状污泥受重力作用碎裂形成不固定长度的颗粒；同时，通过抽风机6和进风口33吸入冷空气，使得冷冻后的污泥中的水分部分升华；最后，冷冻后的污泥颗粒进入封闭的搅拌式干燥机4经过多次加热和翻动，将污泥颗粒的水分通过升华或汽化，降低至指定范围，经过出料机5运往指定位置，完成污泥干化处理。

实施例2

本实施例与实施例一的主要结构大体相同，其区别在于：所述辊压机2级数为不大于10的自然数，优选3级，所述辊压机2的对旋滚筒25的间距依次减小；所述齿刀成粒机3级数为不大于10的自然数，优选2级，所述齿刀成粒机3的对旋齿刀34的间距依次减小。这样设计的目的是在保证成型率的同时，能源的利用更加高效。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。