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.pdf

1、隨著我國城市污水處理基礎(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)是整個污泥熱解工藝中最重要的核心環(huán)節(jié)之一。本文設(shè)計了一個由兩級噴淋塔和除霧器組成的冷凝系統(tǒng)來實現(xiàn)熱解氣的

2、冷凝與熱解油的收集。兩級噴淋塔的構(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。熱解氣進入噴淋塔與噴淋介質(zhì)發(fā)生傳熱與傳質(zhì)進而被冷凝收集，未被收集的熱解油通過除霧器進行截留。
　　 本文主要工作有以下三個部分:
　　 首先是研究冷凝系統(tǒng)。在污泥熱解制油試驗臺中，改造設(shè)計了一個具有三級冷凝的冷凝系統(tǒng)，分別分析了三級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入冷凝系統(tǒng)之前不發(fā)生相變，并同時考慮到高溫?zé)峤鈿獾哪芰炕厥蘸捅M量降低冷凝系統(tǒng)能耗，控制進入噴淋塔的熱解氣溫度為250℃。由于第三級冷凝所獲得的熱解油數(shù)量很少，不足

4、總量的5％，而第三級冷凝對應(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)計為兩級噴淋塔，冷凝終溫分別為70℃和40℃。
　　 其次對冷凝系統(tǒng)工程應(yīng)用裝置的噴淋情況進行數(shù)值模擬和熱量平衡計算。對噴淋情況的數(shù)值模擬結(jié)果表明:在塔高、塔徑和噴淋角度這三個影響因素中，塔徑對噴淋塔熱解氣進出口的壓差影響最大。當(dāng)塔徑為350mm時，熱解氣進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)塔徑達到4

5、00mm，再繼續(xù)增加塔徑則對熱解氣進出口的壓差影響不大。而在設(shè)計的范圍內(nèi)，塔高和噴淋角度對實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°。熱量平衡的計算結(jié)果為:第一級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)進入、離開噴淋塔的溫度要求，計算得到噴淋介質(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;第二級噴淋塔的工作負(fù)荷沒有第一級高，但考慮在第一級噴淋塔需要檢修時也能擔(dān)負(fù)起大部分冷凝作用，故第二級噴淋塔的設(shè)計參數(shù)與第一級相同，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目的冷凝系統(tǒng)，設(shè)計了相關(guān)工程應(yīng)用裝置。該裝置的主體包括兩級噴淋塔，塔高均為5000mm

7、，塔徑均為400mm，噴淋塔底部設(shè)計了深度為1m的儲液段，熱解氣進氣管的下端與儲液段設(shè)計液面之間的距離為150mm，設(shè)計雙層噴嘴，噴嘴的高度距離儲液段設(shè)計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化段，其高度為1250mm。該裝置的另一個主體是冷卻噴淋介質(zhì)的箱式換熱器，其中單個箱式換熱器的換熱面積為14.9m2，采用十根長度為20m的換熱管并聯(lián)布置，同時將其分為四個區(qū)域?qū)崿F(xiàn)逆流換熱。該裝置實現(xiàn)了熱解油的分