深度脫水污泥輸送系統(tǒng)問題研究

文_章華熔 福建龍凈環(huán)保股份有限公司

根據(jù)住建部公布的《2019 城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù)顯示，截止2019 年，全國(guó)污水排放量約555 億m3，污水處理率高達(dá)96%以上，處理每萬t 污水產(chǎn)生的含水率80%的污泥量約5 ～8t，產(chǎn)生的污泥體量巨大。受地方政策、污水處理工藝、污泥處置方式等因素影響，出廠污泥的含水率一般主要分為含水率為80%左右的污泥和含水率為60%左右的污泥。目前，絕大多數(shù)污水處理廠的污泥需要進(jìn)行異地消納，以運(yùn)輸車輛進(jìn)行輸送。由于污泥處理工藝不同，產(chǎn)生的兩種污泥的理化性質(zhì)差異較大。

燃煤耦合污泥或污泥單獨(dú)焚燒發(fā)電是目前國(guó)內(nèi)污泥的主流處理工藝，污泥一般以直接摻燒或干化后焚燒的方式被消納。但無論采取何種方式，污泥在工藝處理系統(tǒng)中均涉及輸送環(huán)節(jié)。污泥輸送系統(tǒng)在整個(gè)污泥處理系統(tǒng)中至關(guān)重要，其中污泥含水率是選擇污泥輸送設(shè)備的重要指標(biāo)。物料輸送技術(shù)形式多樣，在國(guó)內(nèi)相對(duì)成熟，主要應(yīng)用于糧食、煤炭、礦石、冶金、水泥窯行業(yè)等。污泥輸送技術(shù)的研究是基于以上應(yīng)用發(fā)展起來的。其中，以含水率為80%的污泥類比為膏體類非牛頓流體進(jìn)行的管道研究相對(duì)較多，此類輸送技術(shù)也相對(duì)成熟、可靠。相比之下，含水率為60%的污泥輸送技術(shù)研究較少，出現(xiàn)的問題也較多。本文基于某電廠處理含水率為60%的污泥，采用蒸汽干化至低于40%含水率后污泥的前后端輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行問題及解決措施進(jìn)行綜合分析，以期為同類型項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與運(yùn)行提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

1 常用的污泥輸送方式

1.1 螺旋輸送

螺旋輸送技術(shù)是一種不具有撓性牽引構(gòu)件的輸送技術(shù)，輸送能力有限，單位功耗較大，有單軸與雙軸之分。單軸螺旋輸送機(jī)最遠(yuǎn)輸送距離不超過50m，雙軸螺旋輸送機(jī)的輸送距離一般可達(dá)200m。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可分為有軸螺旋與無軸螺旋。有軸式的一般適合輸送粘性小、不易結(jié)塊的小顆粒物料，可水平、傾斜、垂直輸送。無軸式的適合輸送粘性大、易纏繞的物料。輸送污泥時(shí)，無軸式傾斜角度不易大于20°。

1.2 刮板輸送

刮板輸送機(jī)一般包括雙邊鏈刮板輸送機(jī)、雙中鏈刮板輸送機(jī)和單鏈刮板輸送機(jī)。在污泥輸送領(lǐng)域，目前最適合的為雙邊鏈刮板輸送機(jī)。結(jié)合污泥的安息角，應(yīng)用較多的是低傾角刮板機(jī)，最大傾角不大于40°，一般用于輸送含水率低于60%的污泥。

1.3 泵輸送

污泥泵輸送屬于壓力輸送，主要包括柱塞泵和螺桿泵，一般適用于輸送含水率為60%以上的污泥。

1.3.1 柱塞泵

柱塞泵的動(dòng)力系統(tǒng)采用液壓方式供能，一般應(yīng)用于中高壓環(huán)境。工程上應(yīng)用較多的為S 型擺柱塞泵，泵最大流量可達(dá)120m3/h，輸送距離為1200m，壓力為32MPa。

1.3.2 螺桿泵

螺桿泵輸送距離較短、流量小、壓力較低，一般用于中低壓環(huán)境。水平輸送距離一般為500m，垂直輸送高度50m，壓力可達(dá)4.8MPa。工程應(yīng)用中，螺桿泵的壓力一般不超過額定壓力的1/2。

1.4 帶式輸送

帶式輸送技術(shù)是一種具有撓性牽引構(gòu)件的連續(xù)輸送技術(shù)，具有大運(yùn)量、長(zhǎng)距離的輸送特點(diǎn)。在污泥輸送場(chǎng)合，一般適用于含水率82%以下污泥的輸送。干化后含水率低于40%的污泥，輸送傾角一般不超過10°。因其單位輸送成本低廉，具有較大的經(jīng)濟(jì)性。

1.5 斗提輸送

斗提輸送機(jī)被廣泛應(yīng)用于水泥、化肥等工業(yè)物料的輸送，具有輸送量大、提升高度大等優(yōu)點(diǎn)，但易發(fā)生堵料現(xiàn)象。斗提機(jī)在污泥輸送方面也在不斷改進(jìn)，目前主要表現(xiàn)在對(duì)于粘性較大的污泥，輸送過程中極易發(fā)生堵料現(xiàn)象。

2 工程應(yīng)用

2.1 項(xiàng)目概況

某電廠現(xiàn)役4×330MW 燃煤機(jī)組，采用國(guó)產(chǎn)亞臨界燃煤鍋爐，機(jī)組于2005 年投入運(yùn)行。2020 年為解決當(dāng)?shù)匚鬯幚韽S污泥填埋造成的環(huán)境問題，當(dāng)?shù)卣ㄟ^對(duì)各種污泥處理技術(shù)的綜合評(píng)判，最終確認(rèn)由該電廠采用“污泥干化＋焚燒”工藝來處理污泥。污泥干化主設(shè)備采用技術(shù)成熟且廣泛使用的圓盤干燥機(jī)，利用廠內(nèi)二段過飽和蒸汽作為污泥干化的熱源，干化后的污泥被輸送至輸煤皮帶與煤混合，經(jīng)磨煤機(jī)破碎研磨送至鍋爐燃燒。

2.2 工藝流程

本項(xiàng)目共設(shè)計(jì)兩條污泥干化生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線用于干化100t/d、含水率為60%的深度脫水污泥（簡(jiǎn)稱“濕污泥”），污泥被干化至含水率40%以下。經(jīng)過方案比選，來源濕污泥采用螺旋輸送機(jī)和刮板機(jī)組合輸送，干化后的污泥采用螺旋輸送機(jī)、刮板機(jī)、帶式輸送機(jī)組合輸送。其中，濕污泥的存儲(chǔ)、輸送與干化設(shè)備采用兩套獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)行，互不影響。經(jīng)過兩臺(tái)圓盤干燥機(jī)干化后的污泥分別通過兩臺(tái)刮板機(jī)輸送至同一臺(tái)干料倉內(nèi)。干料倉出口干污泥通過螺旋輸送系統(tǒng)輸送至輸煤皮帶，干污泥共用一條輸送系統(tǒng)，先后通過螺旋輸送機(jī)、皮帶輸送機(jī)、Z 型刮板輸送機(jī)送至輸煤皮帶與煤混合。具體流程見圖1。

圖1 污泥輸送系統(tǒng)工藝流程圖

2.3 污泥輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)

污泥輸送系統(tǒng)的合理選型關(guān)系到整個(gè)污泥干化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

本項(xiàng)目濕污泥包括經(jīng)脫水設(shè)備脫水、板框壓濾后的含水率為60%左右的污泥。為改善污泥的脫水性能，降低污泥的含水率，目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)污水處理廠沿用傳統(tǒng)的深度脫水工藝，添加大量絮凝劑，同時(shí)加入大量石灰，致使其剪切力及粘性等理化特性發(fā)生了較大變化。

本項(xiàng)目的濕污泥，即是來源于大量石灰與板框壓濾相結(jié)合進(jìn)行深度脫水的工藝。方案設(shè)計(jì)選型采用單軸有軸螺旋輸送機(jī)和刮板機(jī)進(jìn)行組合輸送污泥。螺旋輸送機(jī)通過變頻電機(jī)控制進(jìn)入刮板機(jī)的污泥量。螺旋輸送機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 水平螺旋輸送機(jī)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)

濕污泥經(jīng)螺旋輸送機(jī)后，因距離較長(zhǎng)，經(jīng)由一段刮板機(jī)輸送至圓盤干燥機(jī)入料口進(jìn)行干燥。由于場(chǎng)地限制，污泥需要垂直抬升，因此本次污泥輸送系統(tǒng)采用Z 型刮板機(jī)設(shè)備，刮板機(jī)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表2 濕污泥刮板輸送機(jī)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)

帶式輸送機(jī)主要將干化后暫存在料倉內(nèi)的干污泥輸送至電廠輸煤皮帶，然后與煤摻混燃燒。由于輸煤皮帶與干料倉落料口存在高度差，將皮帶輸送機(jī)安裝角度設(shè)計(jì)為10°，保證帶式輸送設(shè)備污泥的穩(wěn)定輸送，其主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表3。

項(xiàng)目名稱 單位 參數(shù)物料 干化后污泥輸送傾角 ° 10輸送量 t/h 40輸送速度 m/s 1.0輸送距離 mm 45625電機(jī)功率 kW 9.2

3 污泥輸送系統(tǒng)存在的問題及改進(jìn)措施

3.1 濕污泥輸送系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題

濕污泥經(jīng)螺旋輸送機(jī)輸送至刮板機(jī)時(shí)，塊狀污泥易架在刮板機(jī)上部鏈條及刮板上，并隨上端鏈條及刮板回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，最終引起刮板機(jī)尾部堆積大量污泥，進(jìn)而造成卡機(jī)。通過對(duì)污泥樣品進(jìn)行成分檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，該污泥為板框壓濾后的泥，含有大量石灰，實(shí)測(cè)含水率為50%左右，石灰（以CaO 計(jì)）含量一般達(dá)12%，最高達(dá)20%。分析其原因?yàn)槲勰嗪伊枯^大，板框壓濾后呈塊狀；污泥硬度較大，單軸螺旋輸送機(jī)對(duì)污泥的破碎作用較小；塊狀污泥不易落入刮板機(jī)送料層，容易造成設(shè)備堵塞。

濕污泥經(jīng)刮板機(jī)下料至圓盤干燥機(jī)時(shí)，由于污泥成塊狀，污泥與干燥機(jī)盤片接觸面積降低，干燥機(jī)加熱盤片有效利用率降低，造成干燥機(jī)的出力下降。另外，干燥機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，需要對(duì)污泥進(jìn)行破碎，增加了干燥機(jī)的出力，電耗增加，同時(shí)也加劇了圓盤干燥機(jī)內(nèi)部的磨損。

3.2 干污泥輸送系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題

經(jīng)干燥機(jī)干化后的污泥，含水率在30%～35%之間，污泥呈松散顆粒狀。通過后端Z 型刮板將物料輸送至干料倉內(nèi)，在Z 型刮板機(jī)垂直提升段，污泥易掉落，長(zhǎng)期運(yùn)行下，在Z 型刮板機(jī)的彎頭處易發(fā)生堵泥現(xiàn)象。

3.3 改進(jìn)措施及效果

通過對(duì)出現(xiàn)的問題分析，提出將單軸螺旋輸送機(jī)更改為雙軸螺旋輸送機(jī)的技術(shù)改造方案。濕污泥經(jīng)螺旋輸送機(jī)下料至刮板機(jī)時(shí)，板框壓濾后的塊狀污泥經(jīng)破碎，順利落入刮板機(jī)槽體內(nèi)，在刮板的推動(dòng)下，向刮板機(jī)機(jī)頭部位的落料口運(yùn)動(dòng)，機(jī)尾積泥現(xiàn)象消失，刮板機(jī)可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。成顆粒狀的污泥與干燥機(jī)盤片的接觸面積增加，干燥機(jī)處理能力恢復(fù)到額定處理量，電耗下降至設(shè)計(jì)值。更換Z 型刮板機(jī)，將原刮板機(jī)出力提高兩倍，同時(shí)刮板鏈條加粗，垂直段增設(shè)支撐，減低運(yùn)行時(shí)的震動(dòng)，保證運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性。調(diào)整前端污泥的輸送量，保證干化后污泥的連續(xù)穩(wěn)定出泥，同時(shí)在垂直刮板機(jī)彎頭段設(shè)置污泥料斗，料斗底部增設(shè)一段小傾角螺旋輸送機(jī)，將掉落的污泥直接送入干料倉。通過以上的改進(jìn)調(diào)整，整個(gè)輸送系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，達(dá)到額定出力，滿足電廠每日污泥處理需要。

4 結(jié)語

螺旋輸送技術(shù)對(duì)污泥輸送的適應(yīng)性良好，可以輸送含水率為80%及以下的污泥。根據(jù)污泥的特性需選擇不同結(jié)構(gòu)的螺旋輸送機(jī)，當(dāng)污泥為板框壓濾后的泥時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選取雙軸螺旋輸送機(jī)進(jìn)行輸送。

Z 型刮板輸送機(jī)對(duì)于干污泥的輸送適應(yīng)性較差，在輸送過程中容易造成刮板機(jī)堵塞現(xiàn)象，應(yīng)盡量避免采用Z 型刮板機(jī)輸送污泥。需要對(duì)污泥抬升輸送時(shí)，可采用多段大傾角刮板機(jī)組合對(duì)污泥進(jìn)行輸送。若水平空間局促，必須采用Z 型刮板機(jī)時(shí)，刮板機(jī)的設(shè)計(jì)出力至少要達(dá)到理論出力的3 倍。

氣力輸送技術(shù)成本低、氣密性好，應(yīng)開展污泥氣力輸送技術(shù)的研究及應(yīng)用工作，進(jìn)而推廣氣力輸送技術(shù)在污泥輸送領(lǐng)域的應(yīng)用，降低污泥輸送設(shè)備的投資成本。目前我司已經(jīng)在1500m 的試驗(yàn)管道中進(jìn)行了不同含水率污泥的試驗(yàn)，效果良好，下一步我們將借助污泥干化項(xiàng)目在工業(yè)領(lǐng)域開展應(yīng)用。