污泥熱解制油的冷凝系統(tǒng)研究及工程應(yīng)用裝置設(shè)計(jì).pdf

1、隨著我國(guó)城市污水處理基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐的加快，污水處理產(chǎn)生的剩余污泥成為了城市中最主要的固體廢棄物之一。目前在眾多城市生活污泥處置方法中，污泥低溫?zé)峤饧夹g(shù)作為一種新型的處置技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注。其中，冷凝系統(tǒng)的主要作用為污泥熱解油的收集。由于污泥熱解油收集的質(zhì)量直接影響了污泥熱解中資源的循環(huán)利用以及污泥無害化處理的效果，因此冷凝系統(tǒng)是整個(gè)污泥熱解工藝中最重要的核心環(huán)節(jié)之一。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)由兩級(jí)噴淋塔和除霧器組成的冷凝系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)熱解氣的

2、冷凝與熱解油的收集。兩級(jí)噴淋塔的構(gòu)造相同，噴淋介質(zhì)為經(jīng)過箱式換熱器冷卻后的熱解油。熱解氣進(jìn)入噴淋塔與噴淋介質(zhì)發(fā)生傳熱與傳質(zhì)進(jìn)而被冷凝收集，未被收集的熱解油通過除霧器進(jìn)行截留。
　　 本文主要工作有以下三個(gè)部分:
　　 首先是研究冷凝系統(tǒng)。在污泥熱解制油試驗(yàn)臺(tái)中，改造設(shè)計(jì)了一個(gè)具有三級(jí)冷凝的冷凝系統(tǒng)，分別分析了三級(jí)冷凝所獲得的熱解油組成成分，以此來確定后續(xù)冷凝系統(tǒng)工程應(yīng)用裝置的冷凝溫度及其操作區(qū)間。研究發(fā)現(xiàn)，熱解氣所含的組

3、分主要有:170℃以上的重質(zhì)組分，包括帶苯環(huán)類物質(zhì);70～170℃左右的中溫組分，主要包括長(zhǎng)鏈烴類和某些羧酸與脂類物質(zhì);70℃以下的低溫組分，主要包括含氮類有機(jī)物和短鏈烴類。熱解氣組分的冷凝溫度基本都≤203℃，其中含量最多的是凝結(jié)溫度在70～170℃的物質(zhì)。為了使得熱解氣在進(jìn)入冷凝系統(tǒng)之前不發(fā)生相變，并同時(shí)考慮到高溫?zé)峤鈿獾哪芰炕厥蘸捅M量降低冷凝系統(tǒng)能耗，控制進(jìn)入噴淋塔的熱解氣溫度為250℃。由于第三級(jí)冷凝所獲得的熱解油數(shù)量很少，不足

4、總量的5％，而第三級(jí)冷凝對(duì)應(yīng)的溫度很低（約10℃），所需要消耗的能量較大，因此將冷凝系統(tǒng)的工程應(yīng)用設(shè)計(jì)為兩級(jí)噴淋塔，冷凝終溫分別為70℃和40℃。
　　 其次對(duì)冷凝系統(tǒng)工程應(yīng)用裝置的噴淋情況進(jìn)行數(shù)值模擬和熱量平衡計(jì)算。對(duì)噴淋情況的數(shù)值模擬結(jié)果表明:在塔高、塔徑和噴淋角度這三個(gè)影響因素中，塔徑對(duì)噴淋塔熱解氣進(jìn)出口的壓差影響最大。當(dāng)塔徑為350mm時(shí)，熱解氣進(jìn)出口的壓差均明顯大于其他擁有相同塔高和噴淋角度的噴淋塔。然而，當(dāng)塔徑達(dá)到4

5、00mm，再繼續(xù)增加塔徑則對(duì)熱解氣進(jìn)出口的壓差影響不大。而在設(shè)計(jì)的范圍內(nèi)，塔高和噴淋角度對(duì)實(shí)際的氣液分離效果的影響有限。因此最終選擇噴淋塔基本結(jié)構(gòu)參數(shù)為:塔高5000mm、塔徑400mm、噴淋角度120°。熱量平衡的計(jì)算結(jié)果為:第一級(jí)噴淋塔中熱解氣的放熱量為207MJ/h，根據(jù)熱解氣的放熱量和噴淋介質(zhì)進(jìn)入、離開噴淋塔的溫度要求，計(jì)算得到噴淋介質(zhì)的循環(huán)量為6m3/h;根據(jù)噴淋介質(zhì)的冷卻要求和外部冷卻水源條件，計(jì)算得到冷卻噴淋介質(zhì)的箱式換熱

6、器中換熱管的面積為2×14.9m2，冷卻水量為5.85m3/h;第二級(jí)噴淋塔的工作負(fù)荷沒有第一級(jí)高，但考慮在第一級(jí)噴淋塔需要檢修時(shí)也能擔(dān)負(fù)起大部分冷凝作用，故第二級(jí)噴淋塔的設(shè)計(jì)參數(shù)與第一級(jí)相同，箱式換熱器中換熱管的面積為14.9m2，冷卻水量為5.85m3/h
　　 最后將上述結(jié)論應(yīng)用于江蘇省句容市50t/d城市污泥熱解制備生物油和活性炭工程項(xiàng)目的冷凝系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了相關(guān)工程應(yīng)用裝置。該裝置的主體包括兩級(jí)噴淋塔，塔高均為5000mm

7、，塔徑均為400mm，噴淋塔底部設(shè)計(jì)了深度為1m的儲(chǔ)液段，熱解氣進(jìn)氣管的下端與儲(chǔ)液段設(shè)計(jì)液面之間的距離為150mm，設(shè)計(jì)雙層噴嘴，噴嘴的高度距離儲(chǔ)液段設(shè)計(jì)液面之間的距離分別為1750mm和2750mm，噴淋塔的上部分為氣液分離強(qiáng)化段，其高度為1250mm。該裝置的另一個(gè)主體是冷卻噴淋介質(zhì)的箱式換熱器，其中單個(gè)箱式換熱器的換熱面積為14.9m2，采用十根長(zhǎng)度為20m的換熱管并聯(lián)布置，同時(shí)將其分為四個(gè)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)逆流換熱。該裝置實(shí)現(xiàn)了熱解油的分