СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ОСАДКА СТОЧНЫХ ВОД
METHOD AND DEVICE FOR HEAT TREATMENT OF SEWAGE SLUDGE

Изобретение относится к способам и устройствам, предназначенным для переработки осадка сточных вод с целью экологической их безопасности, существенного сокращения их объемов и, за счет выделения из них и последующего сжигания горючих газов, получения высушенного материала с минимальными энергозатратами на реализацию процесса сушки, а также для существенного снижения экологического загрязнения окружающей среды.
Для выявления закономерностей слоевой сушки отходов сточных вод были проведены экспериментальные исследования и выявлено следующее:
а. Начальная влажность материала составляла величину 75-80%. В слое толщиной 100-200 мм материал высыхал с высокой интенсивностью, масса и высота слоя уменьшались в 1,5 - 2 раза и большую часть времени сушильный агент отрабатывал в слое материала до полного насыщения (до влажности 100%). Исходя из этого и проведенных ранее аналитических исследований, процесс сушки материала целесообразно проводить в трех ярусной конвейерной установке с отработкой сушильного агента раздельно в верхнем слое и последовательно в нижнем и среднем слоях материала, а также с охлаждением материала на выходе его с нижнего слоя,
б. В начальный момент времени (до влажности материала на уровне 55%) при максимально допустимой температуре сушильного агента 190°C материал высыхал без выделения из него горючих газов, а при более глубокой сушке начиналось интенсивное их выделение, наблюдались даже очаги возгорания материала. Экспериментально установлено, что в указанный второй период сушки для минимизации выделения из материала горючих газов температуру сушильного агента следует снижать до уровня 130°C.Это условие требует проводить реализацию процесса сушки при двух температурных режимах, при температуре 190°C для верхнего слоя и температуре 130°C для нижнего и среднего слоев.
в. Для исключения возможности возгорания горючих газов необходимо исключить содержание кислорода в сушильном агенте и для исключения загрязнения окружающей среды необходимо максимально снизить выброс отработанного теплоносителя в атмосферу, а этого можно добиться при максимально возможной его рециркуляции по замкнутой системе коробов сушильной установки,
г. В начальный период сушки длительностью на уровне 60-65% времени материал спекался и это вызывало необходимость его периодического перемешивания,
д. Высушенный материал не имеет неприятного запаха, свойственного влажному материалу,
е. Масса и объем сухой фракции после выделения из него горючих газов в десяток раз меньше по сравнению с соответствующими параметрами влажного материала.
Представленные выше закономерности легли в основу предлагаемой сушильной установки.
Известно устройство для тепловой обработки хлебных сухариков (Патент RU 2233086 С1, 27.07.2004, "Устройство для тепловой обработки заготовок сухариков"), включающее каркас сушильной камеры, по три транспортера и перфорированных днища, расположенных в камере один под другим, камеры под и над перфорированными днищами, короба для подачи и отбора горячего теплоносителя, отработанного теплоносителя и охлаждающего воздуха с соответствующими патрубками, теплогенератор, вентиляторы, патрубок для загрузки влажного материала и устройство для выгрузки готовой продукции.
Из-за последовательной отработки теплоносителя в трех слоях высушиваемого материала без добавления горячего теплоносителя недостатком указанного устройства являются высокая влажность (близкая к 100%) и низкий температурный потенциал теплоносителя, отрабатываемого в среднем и верхнем слоях материала. Это приводит к существенному увеличению продолжительности процесса и габаритов сушильной установки и, как следствие, существенному удорожанию стоимости сушки обрабатываемого материала.
Известно устройство для тепловой обработки хлебных сухариков (Патент RU 2277776 С1, 20.06.2006, "Устройство для тепловой обработки заготовок сухариков"), включающее каркас сушильной камеры, по три транспортера и перфорированных днища, расположенных в камере один под другим, камеры под и над перфорированными днищами, короба для подачи и отбора горячего теплоносителя, отработанного теплоносителя и охлаждающего воздуха с соответствующими патрубками, теплогенератор, вентиляторы, патрубок для загрузки влажного материала и устройство для выгрузки готовой продукции. При этом камера под верхним решетом дополнительно соединена коробом с выходным патрубком теплогенератора для подмешивания горячего теплоносителя к теплоносителю, отработанному в среднем слое материала.
Данное устройство является наиболее близким к заявленному. К его недостаткам следует отнести повышенную влажность теплоносителя и отсутствие возможности обеспечить в нижнем слое материала температуру теплоносителя ниже, чем в верхнем его слое, что приводит к увеличению продолжительности процесса и габаритов сушильной установки. Кроме того, в рассматриваемой установке не представляется возможным исключить попадание в сушильную установку атмосферного воздуха и выброса отработанного теплоносителя в атмосферу, что необходимо из условий пожаробезопасности и требований экологии.
Добиться устранения указанных выше недостатков и достигнуть заявленных результатов в заявленном способе можно тем, что после среднего слоя часть отработанного теплоносителя удаляется через боковой короб и объединяется с другой частью после верхнего слоя, образуя рециркулят, при этом большую часть полученного рециркулята направляют на смесь с дымовыми газами с образованием горячего теплоносителя, вторую часть рециркулята направляют к нижнему слою, а третью - на осушение и охлаждение с последующей подачей под нижний слой в зону охлаждения, полученный горячий теплоноситель распределяют на три потока: одну часть направляют для сушки верхнего слоя, вторую часть, предназначенную для сушки среднего слоя, смешивают с теплоносителем, прошедшим через нижний слой, а третью часть смешивают со второй частью рециркулята и направляют на сушку нижнего слоя. Кроме того, к верхнему слою высушиваемого материала подается большая часть полученного горячего теплоносителя в количестве от 50 до 75%.
Для заявляемого устройства устранить указанные выше недостатки можно за счет того, что транспортеры и перфорированные днища с соответствующими перегородками сушильной камеры над и под перфорированными днищами образуют камеры, устройство дополнительно снабжено теплогенератором-смесителем, к которому подсоединены короб для подачи большей части рециркулята и короб подачи дымовых газов, после смешения которых образуется горячий теплоноситель, поступающий в распределительный короб, устройство дополнительно снабжено охладителем-осушителем с системой подачи осушенного и охлажденного рециркулята в зону охлаждения нижнего слоя, перед теплогенератором смесителем установлен дополнительно короб подачи рециркулята к коробу подачи горячего теплоносителя под нижнее перфорированное днище, между средним перфорированным днищем и перегородкой над ним в боковой стенке сушильной камеры выполнено отверстие для выхода отработанного теплоносителя в боковой короб, над нижним перфорированным днищем в боковой стенке сушильной камеры выполнено отверстие, к которому примыкает короб подачи горячего теплоносителя. Кроме того, патрубок выброса отработанного теплоносителя и выход из бокового канала над средним решетом соединены непосредственно с коробом подачи рециркулята от сушильной камеры к вентилятору и с коробом к осушителю-охладителю.
На фиг. 1 и фиг. 2 схематически изображено устройство для тепловой обработки осадка сточных вод. Устройство представляет собой каркас сушильной камеры 22, по три транспортера 14 и перфорированных днища 23, расположенных в камере один под другим, камеры под 9, 25, 28, 30 и над 4, 11, 29 перфорированными днищами при сушке и охлаждении материала, короба для подачи 2, 3, 16, 31, 32, 35 и отбора 1, 12, 17 рециркулята и газа для охлаждения материала с соответствующими патрубками 18, 21, 24, 31, теплогенератор-смеситель 34, вентиляторы 20, 36, патрубок для загрузки влажного материала 5, устройство для выгрузки готовой продукции 15. Под верхним днищем 23 предусмотрена перегородка 6, образующая камеры 4 и 9 между средним и верхним перфорированными днищами, между указанной перегородкой 6 и средним днищем 23, в боковой стенке сушильной камеры 22 предусмотрено отверстие 8 для выхода рециркулята в боковой короб 17, после вентилятора подачи рециркулята 36 предусмотрен дополнительный короб подачи рециркулята 35 к коробу подачи горячего теплоносителя 32 под нижнее днище 23, а к отверстию в боковой стенке сушильной камеры над нижним днищем 26 примыкает короб подачи горячего теплоносителя 2 над нижнее днище. При этом патрубок выброса рециркулята 21 и выход из бокового канала 17 сушильной установки соединены непосредственно с коробом 1 подачи рециркулята от сушильной камеры к вентилятору 36 и с коробом 12 к осушителю-охладителю 13, обеспечивающими движение теплоносителя преимущественно по замкнутой системе коробов сушильной установки.
Устройство для тепловой обработки осадка сточных вод работает следующим образом.
Через патрубок 5 осадок сточных вод загружают на верхнее перфорированное днище 23 и транспортерами 14 перемещают материл последовательно по верхнему, среднему и нижнему днищам 23. При этом происходит сушка и охлаждение материала до кондиционного состояния с последующей его выгрузкой через затвор 15.
Поскольку обработку осадка сточных вод необходимо проводить без доступа кислорода (атмосферного воздуха) в качестве горячего теплоносителя используется смесь рециркулята и дымовых газов, получаемая в теплогенераторе-смесителе 34, и полученный горячий теплоноситель подается только под верхний слой осадка 19. Поскольку для среднего и нижнего слоев материала требуется сушильный агент с более низкой температурой, то для них это достигается за счет смешения горячего теплоносителя с рециркулятом или с теплоносителем, отработанным в нижнем слое материала. Для реализации указанного горячий теплоноситель, выходящий из теплогенератора-смесителя 34, разделяется в распределительном коробе 33 на три потока и направляется:
- для сушки верхнего слоя материала через короб 3,
- для сушки среднего слоя материала через короб 2 и отверстие 26 в боковой стенке сушильной камеры для смешения в камере 29 с отработанным теплоносителем, прошедшим через нижний слой материала из камер зон сушки 30 и охлаждения 25.
- для сушки нижнего слоя материала через короб 32 для смешения с рециркулятом из короба 35 с патрубком 31.
При этом часть отработанного теплоносителя, пройдя последовательно нижний и средний слои материала, через отверстие 8 в боковой стенке сушильной камеры через патрубок 18 поступает в боковой короб 17, а другая его часть после прохождения через верхний слой материала направляется к патрубку выброса рециркулята 21. Достигнув почти полного насыщения парами воды обе части рециркулята направляются по коробам рециркулята 1 и 12 соответственно к вентилятору 36 и осушителю-охладителю 13. Осушенные и охлажденные газы (без кислорода, отсутствующего в рециркуляте), по коробу 16 направляются через патрубок 24 под нижнее днище в зону охлаждения сушильной установки.
Для исключения спекания материала на верхнем и среднем днищах слои материала необходимо ворошить и для этой цели в сушильной установке предусмотрены два ворошителя 7.
Таким образом обеспечивается оптимальный температурный и влажностный режимы сушки осадка сточных вод, а заявленное устройство обеспечивает эффективный, качественный и безопасный режим сушки и охлаждения. Следует отметить, что при тепловой обработке осадка сточных вод, отличных от прошедших исследования, температурные и влажностные режимы тепловой их обработки могут корректироваться.
Позиции и обозначения на фиг. 1 и фиг. 2.
1 - короб подачи рециркулята от сушильной камеры к вентилятору;
2 - короб подачи горячего теплоносителя в камеру над нижним днищем;
3 - короб подачи горячего теплоносителя под верхнее днище;
4 - камера над средним днищем;
5 - патрубок для загрузки осадка сточных вод;
6 - перегородка, разделяющая камеры над и под днищами;
7 - битер;
8 - отверстие в боковой стенке для выхода отработанного теплоносителя после среднего слоя;
9 - камера под верхним днищем;
10 - крыша;
11 - камера над верхним днищем;
12 - короб подачи рециркулята к осушителю-охладителю;
13 - осушитель-охладитель;
14 - транспортер для перемещения материала;
15 - затвор роторный выгрузки обработанного материала;
16 - короб подачи газов в охладитель;
17 - короб боковой;
18 - патрубок подачи теплоносителя в боковой короб;
19 - слой материала;
20 - вентилятор подачи газов в охладитель;
21 - патрубок отбора отработанного теплоносителя с верхнего слоя;
22 - каркас камеры сушильной;
23 - перфорированное днище;
24 - патрубок подачи газов под нижнее днище зоны охлаждения;
25 - камера зоны охлаждения;
26 - отверстие в боковой стенке для подачи горячего теплоносителя в камеру над нижним слоем;
27 - перегородка, разделяющая камеры зон сушки и охлаждения;
28 - камера под средним днищем;
29 - камера над нижним днищем;
30 - камера под нижним днищем зоны сушки;
31 - патрубок подачи рециркулята под нижнее днище в зону сушки;
32 - короб подачи горячего теплоносителя в камеру зоны сушки под нижнее днище;
33 - короб распределительный от теплогенератора-смесителя;
34 - теплогенератор-смеситель;
35 - короб подачи рециркулята к коробу подачи горячего теплоносителя под нижнее днище;
36 - вентилятор подачи рециркулята из сушильной камеры;
r
t - температура горячего теплоносителя, °C;
y
t - температура отработанного теплоносителя, рециркулируемого после среднего и верхнего слоев материала, °C;
дг
t - температура дымовых газов, °C;
см
t - температура теплоносителя, поступающего под нижнее и среднее решета;
с
t - температура теплоносителя на выходе из нижнего слоя материала в зоне сушки, °C;
в
t - температура теплоносителя на выходе из нижнего слоя материала в зоне охлаждения,°C;
o
t - температура газов, поступающих в охладитель, °C.