城市污泥深度干燥化装置的制作方法

本发明属于固体废弃物处理技术领域，具体涉及一种城市污泥深度干燥化装置。

背景技术：

城市污泥通常是指城市污水处理厂（有时也包括自来水厂）在处理污水过程中产生的固态沉淀物，成分复杂，除含有大量水分外，还含有多种重金属、有机污染物、病原微生物和寄生虫卵等有害物质，因此，如不进行无害化处理，会对环境造成严重的二次污染。

在我国城市化进程加快、城市人口急剧增加、国家对环保事业投入不断增长的推动下，污水处理厂的建设越来越多，水污染治理的能力不断加大，污泥产量也越来越多，据中国环境科学研究院测算，2012年，我国各城市污水处理厂年污水处理能力约为462亿吨，产生的湿污泥(含水率80%)达4600多万吨，占我国年总固体废弃物排放量的5%以上。根据“十二五”规划计算，我国城镇湿污泥产量将达到5340万吨/年。

城市污泥是污水处理厂和污水处理的必然产物。未经恰当处理处置的污泥进入环境后，直接给水体和大气带来二次污染。存在的主要环境问题如下：

（1）污泥含水率高。未脱水污泥含水率大于90%，初步脱水污泥含水率也高达80%，造成运输成本高、堆放面积大，挤压垃圾填埋场库容，堵塞垃圾渗滤液管等问题；

（2）细菌滋生。不仅造成视觉污染，而且为其他有害生物的滋生提供了场所；

（3）大气污染。污泥堆放在露天散发出臭气和异味，日晒风刮，污染物颗粒会造成大气污染；

（4）污染水体。经水浸泡、溶解，污染物伴随污水流入河道，会污染地表水，进入地下水；

（5）含有重金属。如不加以控制，则可能污染土地。

污泥的处理处置的目标是实现污泥的减量化、稳定化和无害化，同时尽量回收和利用污泥中的能源和资源。在安全、环保和经济的前提下合理实现污泥的处理处置以及综合利用，达到节能减排和发展循环经济的目的。

污泥处理处置包括处理与处置两个阶段，污泥处理主要是对污泥进行稳定化、减量化和无害化的处理过程，主要处理方法有：浓缩脱水、厌氧消化、好氧发酵、污泥热干化、石灰稳定等；污泥处置是指处理后污泥进行消纳最终处置的过程，主要处置方法有：土地利用、建材利用、焚烧与协同处置、填埋等。污泥的处理和处置是不可分割的两部，处理作为处置的前置工序，处置作为处理的最终归宿，两者缺一不可，不可分割。但根据处置的需求，除土地利用外，其他处置工序的前置工序对应的都是污泥热干化处理工艺。土地利用对于我国污泥高重金属现状来说危害性大，所以如果在我国选择污泥处置前工艺则都需要热干化处理。

市面上现有热干化设备缺点：

脱水率低。现有污泥干燥设备在合理的经济性和能量利用率性条件下，脱水效率低，产品最终含水量高达40%左右。

热利用效率低。现有污泥干燥设备在合理的经济性和能量利用率性条件下，热利用率低，综合利用率只有55%左右。

单一干燥设备干燥污泥效果不理想。由于污泥干燥在我国属于新型领域，没有针对污泥干燥的专用设备，其干燥时多采用其他行业的干燥仪器，但是污泥结合水量高的特性决定其利用其他干化设备干燥不会有好的效果。

复合型设备各环节之间气流相互影响。根据现有污泥干燥设备中国外（或复制国外）复合型设备也有一席之地，但是对比此类设备可以发现，这类设备气流没有分段控制，对污泥也不存在二次颗粒分布，污泥颗粒干燥后表面收缩度大，颗粒水分梯度大，产品密度小，成品不能做到最大程度的减量化，利用其成品燃烧、干馏、制作活性炭等都显得差强人意，产品水分含量高，对后续处理造成很大的能量浪费。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种城市污泥深度干燥化装置。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供一种城市污泥深度干燥化装置，该装置包括加料单元、自由水干燥单元，所述加料单元设置在自由水干燥单元上方；所述加料单元包括投料口、弧形超声板、螺旋进料器、物料剪切挤出机构，所述投料口下方通道管壁外部对称设置两块弧形超声板，所述通道内设置螺旋进料器，所述通道与物料剪切挤出机构连通；所述自由水干燥单元包括若干个从上到下依次设置在壳体内的干燥带，上下相邻的干燥带的首尾之间设置有颗粒收集并重置机构；所述物料剪切挤出机构的出料口与所述加料单元的壳体的进料口连通。

上述方案中，所述物料剪切挤出机构包括叠加设置在外壳内的盘式切割刀片、挤出板、托底，所述盘式切割刀片、挤出板与剪切电机的驱动轴连接。

上述方案中，所述干燥带内设置有若干个与热空气管路连接的热空气喷嘴。

上述方案中，该装置还包括深度加热水平衡单元，所述深度加热水平衡单元设置在自由水干燥单元的下方，所述深度加热水平衡单元包括设置在干燥筒内的若干组搅拌叶片，所述若干组搅拌叶片与空心的旋转轴连接，所述旋转轴内设置有热空气管路。

上述方案中，该装置还包括成型单元，所述成型单元设置在深度加热水平衡单元的下方，所述成型单元包括设置在壳体内的圆辊挤压机构、颗粒切分机构，所述圆辊挤压机构由一对带槽圆辊啮合组成，所述颗粒切分机构由一对带有齿刀的圆辊轮组成并且位于圆辊挤压机构下方。

上述方案中，该装置还包括最终干燥单元，所述最终干燥单元设置在成型单元的下方，所述最终干燥单元包括保护箱体、设置在保护箱体内的搅拌机构，所述搅拌机构的下方设置有布风板；所述保护箱体的底部设置有出料口，所述保护箱体的一侧与自由水干燥单元、深度加热水平衡单元的热空气管路的进气口连通，另一侧与深度加热水平衡单元的热空气管路的出气口连通。

上述方案中，所述自由水干燥单元与深度加热水平衡单元、深度加热水平衡单元与成型单元之间分别设置有颗粒收集并重置机构。

上述方案中，所述颗粒收集并重置机构包括物料收集口和切分重置对轮，所述物料收集口的下方设置切分重置对轮。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明采用物料二次分布颗粒，在半干时重置一次颗粒水分平衡，使能量最小化，可分层控温控湿，使产品更加适合下步工序；设备热效率高，干燥消耗热量仅有2800~3200KJ/KgH2O蒸发；产品密度大，做到了深度干燥最大减量化，产品更加容易被焚烧厂、干馏厂、活性炭制造厂利用；能量分级输入不用控温，污泥中含有很高的有机质，在干燥是过温容易产生粉尘爆炸，在本装置中介质首先和污泥进行非接触性换热，温度下降后再次接触性换热，这样使介质的温度限制降低；热载介质不限，可以为空气、烟道尾气、保护气体等。

附图说明

图1为本发明实施例提供一种城市污泥深度干燥化装置的结构示意图。

图2为本发明实施例提供一种城市污泥深度干燥化装置的物料剪切挤出机构104的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供一种城市污泥深度干燥化装置，如图1所示，该装置包括加料单元1、自由水干燥单元2，所述加料单元1设置在自由水干燥单元2上方；所述加料单元1包括投料口101、弧形超声板102、螺旋进料器103、物料剪切挤出机构104，所述投料口101下方通道管壁外部对称设置两块弧形超声板102，所述通道内设置螺旋进料器103，所述通道与物料剪切挤出机构104连通；所述投料口101一般为设备与上一工作段链接处，应为密封状态，其大小和设备处理量相关，其径高比一般为1:1.5~1:1.3之间，如遇特殊状态也可不局限于上述规定，直径d=114*,单位为mm，其中x代表每小时处理量为x吨。由于污泥中含有的大量水分被污泥絮凝体、菌胶团和细胞体所束缚，单单利用干燥的方式将其脱除能耗太高，通过弧形超声板102先将这些束缚体打破，是利用最小的能量达到最高效率的方式，超声波功率为20~40kHz为宜；所述螺旋进料器103，一方面为了平稳输送原料；另一方面在超声后束缚体将水分释放，释放出的水分不均匀的分布于原料当中，所述螺旋进料器103能够重新分布一次水分，这样干燥效率会提高。

所述自由水干燥单元2包括若干个从上到下依次设置在壳体内的干燥带201，上下相邻的干燥带201的首尾之间设置有颗粒收集并重置机构202；所述物料剪切挤出机构104的出料口与所述加料单元1的壳体的进料口连通。

第一条干燥带为由于超声后，自由水含量大，此时利用非金属物料带载重负荷过大，并且金属带导热系数高，利于蒸发，所以第一条干燥带利用穿孔金属板（网目板）传输带；从第二条干燥带开始，由于游离水分减少，整体密度降低，此时选用透气性更加好的非金属传送带，例如PTFE网带等。传送带的长度和宽度由物料处理量来确定，宽度和长度之比计为系数为1:（3~60）。传送流速取0.25~2.5m/s。

所述颗粒收集并重置机构202是由物料收集口和切分重置对轮组成；物料收集口主要功能是将上一步骤的的出料收集起来，切分重置对轮是由一对带有齿刀的圆滚轮组成，其主要作用有两点，其一是将物料重新分布，使其均匀落入下一个步骤，其二是将污泥进一步打碎，使内部的物料能有接触热风介质，使内部水分也可以被蒸发出来。

由于污泥中的水分是由自由水和结合水两部分组成，自由水容易被去除，而结合水去除时较耗费能量，从通用工艺来看，深度干燥工艺一般处于机械脱水工艺之后，深度干燥的污泥含水量一般为80%左右，如果普通热干燥装置直接处理时，其中自由水含量少，但是由于加料单元1中超声波处理段将部分结合水转变成为自由水，所以本发明中的自由水含量比较客观，通过干燥带201为第一段干燥过程，将物料干燥自由水分烘干，此段温度控制在55~80℃。

所述物料剪切挤出机构104包括叠加设置在外壳内的盘式切割刀片105、挤出板106、托底107，所述盘式切割刀片105、挤出板106与剪切电机的驱动轴连接。所述物料剪切挤出装置104其实起到整个系统中物料进行烘干前最后一次均匀分布物料的功能，在挤出的基础上上加入剪切功能是由于污泥中不可避免的存在一些毛发和硬物，这些毛发和硬物如果不做处理，直接挤出会堵塞挤出孔，而由电机带动切割刀片对穿过挤出板的物质做切割处理就能够解决这样的问题，切割电机的转速不易过快或过慢一般控制在110~230r/min。

所述干燥带201内设置有若干个与热空气管路连接的热空气喷嘴203。

所述热空气喷嘴203主要的作用是喷出热空气管路内的热空气（或携热其他介质），使得与污泥进行接触，达到干燥目的；通过模拟热空气（或携热其他介质）由热空气喷嘴203喷出的气流运动状况得出，碰嘴设计为XY面为正方形，XZ面为箭头形状；XY面长和宽为1：1，其长度为管径的1.1~1.7倍；所述热空气碰嘴203上的喷口为一排圆形的小孔组成，小孔直径为0.5~1.8mm，小孔之间间隔0.5倍小孔直径的距离均匀分布，空气流速控制在10~20m/s的速度。

所述自由水干燥单元2的壳体的顶部设置有排气口，所述排气口使携带水蒸气的空气排出，保证自由水干燥单元2运行时的压力平稳，水汽的畅通排出，由于排气口排出气体有一定污染性，它和深度加热水平衡单元3的排气口排出气体汇总后净化再排放。

该装置还包括深度加热水平衡单元3，所述深度加热水平衡单元3的功能主要是让物料处于相对无风阶段稳定的重新平衡水分，弱化水分梯度，本部分干燥介质不和物料直接接触，纯属于物料的加温并相对静置过程。

所述深度加热水平衡单元3设置在自由水干燥单元2的下方，所述深度加热水平衡单元3包括设置在干燥筒内的若干组搅拌叶片301，所述若干组搅拌叶片301与空心的旋转轴302连接，所述旋转轴302内设置有热空气管路。

外部热空气（其他热源介质）通过热空气管路进入空心的回旋轴内部空间，再进入到搅拌叶片301中，在搅拌叶片301充当换热器的情况下，将外热源介质中的热量交换给自由水干燥单元2处理完的污泥，再经热空气管路流出进入下一个工艺阶段。

所述干燥筒主要是防止物料和外界接触、保温，并且起到设备安全有效的运行作用。

该装置还包括成型单元4，所述成型单元4用于将污泥挤压增加密度，减少其中毛细孔孔径，增大水分挥发的可能性，固定产品的密度。

所述成型单元4设置在深度加热水平衡单元3的下方，所述成型单元4包括设置在壳体内的圆辊挤压机构401、颗粒切分机构402，所述圆辊挤压机构401由一对带槽圆辊啮合组成，所述圆辊挤压机构401由直径为700~2000的带槽圆辊组成，所述带槽圆辊中的凹槽为每隔5mm，凹陷5mm宽，5mm深的设计，两辊凹槽能够互相镶嵌，所述带槽圆辊下面设计有刮板器，目的是将黏附在凹槽中的物料产出；所述颗粒切分机构402由一对带有齿刀的圆辊轮组成并且位于圆辊挤压机构401下方，用于将带槽圆辊挤压成型的物料切割成小颗粒。

该装置还包括最终干燥单元5，用于将污泥中由于深度加热水平衡单元3的扩散作用和成型单元4的挤压作用变得有利于干燥的水分最终烘干。

所述最终干燥单元5设置在成型单元4的下方，所述最终干燥单元5包括保护箱体501、设置在保护箱体501内的搅拌机构502，所述搅拌机构502的下方设置有布风板503；所述保护箱体501的底部设置有出料口504，所述保护箱体501的一侧与自由水干燥单元2、深度加热水平衡单元3的热空气管路的进气口连通，另一侧与深度加热水平衡单元3的热空气管路的出气口连通，用于将由热空气出口吹出的介质携热介质吹向布风板503，由布风板503调配。

所述布风板503用于将热空气重新分布吹出，使污泥半悬浮于搅动装置下方，由携热介质和污泥颗粒直接接触将水分带出，所述布风板503为密集分布1~3.5mm小孔壁板。

所述搅动机构502是由一组电机带动的板耙型履带，随着履带的转动将半浮空的污泥播向出料口504。

所述自由水干燥单元2与深度加热水平衡单元3、深度加热水平衡单元3与成型单元4之间分别设置有颗粒收集并重置机构202。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。