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污泥干化系統運行安全性及危險預防措施!

發布時間:2020-04-09 14:07:36

污泥干化使得污水處理廠“水、氣、渣、泥”得到全面達標,是實現污泥穩定化、減量化、無害化的重要手段,得到了人們的接受和認可。但由于干化事故的頻發,使得污泥干化的安全性問題成為人們關注的重心。該文通過對污泥干化系統可能出現的安全隱患進行分析論述,提出保障系統運行安全性的措施建議,為污泥干化系統設計中安全性的問題,提供借鑒和參考。


概述


在污泥減量填埋、減量焚燒、無害化土地利用,以及其它污泥資源化的實踐和摸索中,污泥干化逐步成為能夠大規模減量、無害化和資源化處置的有效工藝之一,也是某些污泥最終處置的預處理方法。


上世紀90年代末,歐洲、北美等國家市政污水處理設施的普及,大量的市政污泥產生,污泥干化廠數量增加,污泥得到了較好的處置。但污泥干化廠的事故時有發生,從污泥的自燃,到設備的爆炸;從個別小型附屬設備,到整個干燥生產線;無論安全措施設計得多么復雜、完備,污泥干化廠事故始終沒有斷絕;究其原因主要是早期人們對干燥污泥的性質認識不足。

在污泥熱干化過程中,存在著嚴重的自燃與粉塵爆炸的危險。污泥在全干狀態下(含固率大于80%)一般呈微細顆粒狀,粒徑較小,同時由于污泥之間、污泥與干燥器之間、污泥與介質之間的摩擦、碰撞,使得干化環境中可能產生大量粒徑低于150μm的粉塵。這種高有機質含量的粉塵,在一定的氧氣、溫度和點燃能量條件下可能發生燃燒和爆炸,即所謂的粉塵爆炸。


污泥干化事故風險特性


污泥干化工藝中粉塵爆炸特性主要包括粉塵濃度、含氧量、點燃能量、含濕量4個參數。


一、 粉塵濃度

發生粉塵爆炸必須達到一定的濃度,該濃度被稱為該有機質的“粉塵爆炸濃度下限”。粉塵細度沒有統一的規定,考慮其危險性,一般以150μm以下的粉塵顆粒作為判斷標準。

粉塵的細度是不均一的,污泥干化產品粒度分布變化范圍極廣。根據有關粉體的研究,在粗粉(>150μm)中摻入5%~10%的細粉,就足以使有機粉塵混合物成為可爆炸的混合物,且爆炸組分可出現最大的爆炸壓力?;旌媳却蟠笥绊懕◤姸?,只有當可燃粉塵的粒度均大于400μm時,即使有強點燃源也不能使粉塵發生爆炸。一般認為有機質粉塵爆炸濃度下限在20~60g/m3,市政污泥的取值大約在40~60g/m3。

二、含氧量

氧氣作為助燃氣體,是形成危險狀況的基本要素之一。絕大多數干化工藝因為無法進一步降低粉塵濃度,因此,降低介質含氧量成為避開風險的主要手段。

填注惰性氣體是降低介質含氧量的主要方式,目前,主要填注的惰性氣體有:氮氣、二氧化碳、蒸汽。根據英國HSE公司實驗值得到以上三種氣體的惰性化效率,如表1所列。

通過表1中實驗數據可以看出,如果采用氮氣進行惰性化處理,空氣質量不能超過18.5%,另外81.5%需惰性氣體填充;如果采用水蒸氣進行惰性化處理,空氣質量允許達到64%,則此時混合濕氣體的相對濕度為47.5%。根據實驗數據,氮氣、二氧化碳、蒸汽進行惰性化處理含氧量的操作值分別為4%、6%、10%。在實際工程運行過程中,為保證操作的安全性、可靠性,需將最低含氧量降低2%,即氮氣、二氧化碳、蒸汽進行惰性化處理含氧量分別為2%,4%、8%。

三、點燃能量

污泥干化過程中產生的粉塵發生爆炸需一定的點燃能量。摩擦、靜電、熾熱顆粒物、機械碰撞等產生的火花均可成為點燃能量的提供點。

干燥溫度的高低與點燃能量沒有直接的聯系。點燃能量是指粉塵環境下瞬間給出的能量,它與粉塵粒徑的大小關系密切;而點燃溫度是指在粉塵云環境下無點燃源時所需溫度或厚度為5mm的粉塵層在一個靜態金屬熱表面上導致燃燒的溫度。點燃能量可在20℃的環境中由金屬摩擦產生,而污泥的粉塵云點燃溫度高達360~550℃,粉塵層的點燃溫度約為160~375℃。

較低的能量就可以滿足污泥粉塵的點燃,因此只要粉塵濃度和含氧量超標,任何點燃源都可以造成粉塵爆炸的危險。

四、含濕量

當干燥氣體的濕度較大時,親水性粉塵會吸附水分,從而使粉塵難以彌散和著火,傳播火焰的速度也會減小。根據有關研究,有機粉塵的濕度超過30%便不易引起爆燃,超過50%是絕對安全的。水分的存在可大大提升粉塵爆炸的濃度下限,也就是提高了干燥介質的最低需氧濃度。


污泥干化事故主要影響因素


通過以上分析論述,污泥的點燃能量很低,而干化工藝本身就是憑借溫度進行的,加上污泥干化所涉及的一系列設備,以及污泥在干燥器內本身的流動性,即使在靜電、金屬碰撞等條件都得到控制的情況下,污泥燃燒所需的點火能量是難以避免的問題。因此,污泥干化工藝中粉塵爆炸的主要影響因素有以下3個方面:粉塵粒徑、含濕量、環境溫度與壓力。


一、粉塵粒徑

粉塵顆粒越細越易擴散。粒徑小的粉塵,比表面積大,表面能大,所需點燃能量小,所以容易發生粉塵爆炸。當可燃性粉塵粒徑大于150μm時,相對安全。

二、含濕量

采用蒸汽作為填充的惰性氣體,可有效地增加污泥干化系統的濕度,同時降低了系統內粉塵的濃度,提高點燃能量,降低氧氣含量,是提高干化系統安全性的重要手段。

三、環境溫度與壓力

環境溫度的升高及干化系統內壓力的增大,可使污泥粉塵的點燃能量降低。因此,需對污泥干化系統的環境溫度及工作壓力進行控制,防止由于環境因素造成的安全事故。


污泥干化事故預防措施


污泥是一種具有潛在粉塵爆炸性質的有機物。干化的安全性,涉及整個干化系統。大部分干化工藝具有存儲、分離、除塵、過濾、篩分、傳輸、混合、干燥、供熱、稱重等設備,這些設備以串聯的方式,通過管線、閥、泵等連接,在整個干化工藝生產線上,形成互相影響的復雜系統。干燥器以外的輔助設備存在的風險遠高于干燥器本身。因此,污泥干化事故的預防不僅需著重關注工藝本身,而且需從整個系統來分析工藝設備的可靠性、穩定性。此外,污泥干化產品在離開料倉后的存儲過程也是較易發生干化事故的方面。


一、工藝安全性

工藝安全性的核心問題是“干泥返混”。由于污泥本身的物理特性,污泥在干燥的過程中易產生粘結,從而影響產品干燥的質量和干燥器的效率。為此,部分污泥干化工藝采用“干泥返混”的辦法,即通過將部分已干燥的污泥與未經干化的污泥進行混合,以降低污泥的黏性,提高污泥顆粒間的透氣性,提高干燥效率。

污泥返混在反復冷卻加溫過程中損失了大量的能量,而且產生安全性問題:

(1)返混過程中的污泥顆粒有的可能循環了一次,有的可能循環了數次,污泥干化至含固率90%以上時,具有短時間難以復水的特點,因此,當干燥污泥返混時,遇到高溫,會造成部分干燥污泥顆粒過熱,導致粉塵產生。

(2)干燥污泥含固率達到90%,造粒過程難以保證產品的密實,在返混過程中將出現吸濕反應,產生大量的粉塵,粉塵與污泥顆粒的混合,將導致更高的氧化速率,增大了粉塵爆炸的危險性。因此,在實際工程中應盡量降低污泥的返混量。

二、設備可靠性、穩定性

現在的污泥干化技術都非常重視設備的安全性,并針對性的采取措施保證設備可靠、穩定的運行。

在含氧量方面,設備須對系統內氧氣含量進行實時監測,間接加熱器中填充氮氣確保系統內氧氣含量小于2%;直接加熱器通過氣體循環控制氧氣含量小于8%;當氧氣含量超過10%時,系統自動停機。

在顆粒溫度的控制房方面,設備須嚴格控制污泥在干燥器內的停留時間,保持干污泥中適量的水份,以避免污泥過熱燃燒。當污泥含固率達到90%時,必須離開干燥器。設有濕污泥料倉的工藝,須控制濕污泥倉內甲烷濃度在1%以下,避免甲烷爆炸事故的發生。

三、產品安全性

干化后污泥產生自燃的事故原因在于氧化。污泥在氧化過程中產生放熱反應,如果熱量不能及時散發掉,將使污泥的堆積溫度升高,反過來又加速污泥的氧化,放出更多的可燃物質及熱量,造成污泥的自燃。從氧化到自燃有一個過程,因此,避免堆積的死角和過長的儲存期是避免干化污泥自燃的有效途徑。對污泥進行造粒,造粒后污泥具有較高的密度和硬度,且可供氧化面積減小,造成污泥自燃的幾率降低。

為防止干污泥自然,設備須對干燥后污泥進行冷卻,保證干污泥顆粒的溫度在40℃以下。


結語


污泥干化是目前實現大規模污泥減量和污泥處置的重要措施。而安全性則是研究污泥干化的首要課題。


污泥干化系統的設計,不僅要對正常工作狀況下的運行條件進行分析,而且需要從非正常工況下,考量一個污泥干化系統的穩定性和可靠性,保證污泥干化系統的安全運行。


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