污泥干化的安全意识及危险防范

污泥的处理和处置渐渐提上议事日程，一些企业已经先行一步，使用干化手段进行污泥的处理。国外在经历了几十年的试验特别是发生了多起危险事故后，一些国家甚至着手建立了污泥干化的安全控制措施规范，供决策者参考。 这里谨根据我们自身的经验，谈谈对国内干化选型中有关安全性的几个值得注意的问题。 1 安全意识的重要性 污泥是所有垃圾中最难处理的一种，其本身的特性决定了我们从一开始就应该抱着极为慎重的态度来对待。 1.1 安全问题涉及干化的全过程 干燥器内以及后续处理工艺的粉尘量取决于不同的干燥工艺。所有干燥工艺中，有部分工艺会产生粉尘。污水污泥产生的粉尘是St1级的爆炸粉尘，其粉尘爆炸常数范围为0～200 bar.m.sec-1。根据干化厂的设计，主干燥器中、粉尘收集和处理装置、造粒和最终处理装置均有潜在的粉尘爆炸的危险。干燥后，干燥设施内的干燥产品也可因自热导致燃烧或因另有空气加入导致燃烧的加剧。储料仓的干燥产品也可能自燃。在欧美已经发生了很多起干燥器爆炸/着火和附属设施着火的事件。 1.2 安全隐患的不可预见性 干化的难点一般被认为是开机、停机、紧急停机、尤其是短暂停机后重新启动时。 开机时，原有设备中会有一定的干泥留存，此时，温度升高后，干燥器内的氧气水平接近外部环境，极少量的干泥遇到大量的热，将会迅速蒸发掉表面水分，干泥表面形成过热，此时形成的粉尘团就变得极为危险； 同样，关机时，由于上料器不再喂料，此时，热量仍然大量存在，干燥器内的总蒸汽浓度下降，热量的撤除需要一定时间，大量的余热可能对残留的物料形成焖燃，此时也将形成危险的环境； 然而，危险并不限于此，往往在人们自以为最安全的时候，一些特殊因素的变化常常是意想不到的： (1)因为操作失误如絮凝剂增加，或脱水机器运行异常，导致污泥含水率突然下降； (2)因为天气、停机等原因，一些在空气中部分干化、含水率低的污泥混入； (3)污水进水导致污泥的物理/化学特性发生较大变化。工业废物，如造纸纤维、食物废渣、脂肪、油脂和清洁剂，意外事件的污染物如汽油泄漏等； (4)不同来源的污泥混入，如污水处理工艺添加三氯化铁等； (5)由于储存、搬运等条件的异常，金属或碎石混入污泥。 以上诸多原因，都可能严重影响干化工艺的安全性。 1.3 干化系统的安全余量非常有限 众所周知，干化系统是以单位时间内的水蒸发能力来衡量的。蒸发能力一定，热量供给也确定了，之后一般只能根据进料量来调节。假设一个每小时处理1000公斤泥饼的设备，蒸发能力750公斤/小时，泥饼含固率20%，产品含固率80%；此时，正常工况下物料平衡如下(单位：公斤)： 蒸发750 绝干污泥200+水800 ======> 绝干污泥200+水50 (1) 如果由于前述某些特殊因素导致泥饼的含固率发生波动，而系统的进料速率未变，此时的含固率不再是20%，而是25%，情形将如何呢? 蒸发750 绝干污泥250+水750 ======> 绝干污泥250+水0 (2) 此时，由于水分低于预计，而热能供给未变，系统内温度立即飞升，污泥颗粒严重过热，产生大量粉尘，这种情况仅需数秒钟，即可形成大量危险的粉尘团。 正是由于以上的原因，干燥厂运行期间，用户必须确保质量控制程序可以检测到影响安全运行的进厂污泥的变化。如果污泥是来自于其他处理厂，必须另作进一步检测。 季节的变化，进料性质的变更如果是出于计划中可见的原因，尚能引起足够重视，然而，污水厂管理方面的波动(因人为过失)而形成的漏洞，却足以导致污泥干化轻易超过其特性安全临界值。当系统因为以上原因所造成的温度骤然升高、湿度急剧下降而做出反应时，已经是紧急状况下的处理。 其实，干化系统的真正安全瓶颈在于最终含固率的设定，这是干化工艺最重要的参数。 对比举例 (1)和 (2)时不难看出，系统设定的进料含固率20%，干燥到80%，其进料湿度的最大理论波动范围为5%。假如干燥到90%，这一幅度是多少呢? 蒸发750 绝干污泥193+水771 ======> 绝干污泥193+水21 (3) 蒸发750 绝干污泥214+水750 ======> 绝干污泥214+水0 (4) 其进料含固率的最大理论波动范围仅有2.22%。干化的最终含固率越高，系统安全余量越小。而对于大多数采用干泥返混的系统来说，最终含固率高于90%是一种必要性，这就形成了一对不可解的矛盾。 1.4 控制安全的手段十分有限 科技发达的今日，使得我们对复杂的仪器抱有某种幻想，人们希望通过对所处理的物质进行鉴别和测定，以确定某些临界特性，并根据这些特性来决定干燥厂不同设施的基本安全值。但是这种期待的实际可行性不高。以下是四个用来判断粉尘爆炸和燃烧的参数： (1)污泥最低爆炸浓度(MEC) 经测量为60g/m3。MEC指数只能用于设计者设计干燥厂的保护系统。由于MEC变化范围较大，该值不可能作为干燥厂不同部位的不同的粉尘浓度要求。 (2)测量污泥的粒度以确定最小点燃能量(MIE) 各个干化厂、厂内不同的部位的粒度也均不同，目前还无法获得应用于干燥厂设计中的数据。而且干燥器内的能量如果远远超过MIE时就没有必要测量MIE。唯一的例外是在装袋装置。 (3)最低着火温度(MIT) 范围很宽，360～550℃。对于使用高温烟气进行直接干燥的工艺，这个数值成为相关参数。着火时往往超过MIT值，因而MIT不太可能作为控制参数。 (4)含氧量最低值(LOC) 参考样本间的差距较大，在5～15%，尚不明确实验室测得的LOC值是否代表工厂高温、高湿度运行工况下的LOC值。由于颗粒粒度和形状也会影响LOC值，因此实际中必须修正。目前较为精确的仪器尚不多见。 实际上目前干化厂赖以运行和做出报警事故判断的参数仍然只有两个：温度、湿度。由于一般干化工艺均采用微负压运行，爆炸所形成的压力只能作为系统设计中耐受瞬间增压的一个参照值。氧气的浓度也仅能作为参考值。不难理解，焖烧过程中的氧气含量并不高，真正起作用的可能是物料内部的氧原子，对于污泥这种高有机质物料来说氧含量并不少。 因此，至少在目前污泥干化仍然是一种难以依赖分析仪器来完全控制和掌握的复杂工艺。 2 危险防范的措施 2.1 预防性措施 理论上的预防性措施有以下几个： (1)避免爆炸性气体进入；阻止污染物进入干燥器中，例如：甲烷、汽油和柴油液滴、化工污染源等。鉴于气体的在线分析和控制要求的仪器灵敏度高，反应速度快，实施起来困难较大，成本高昂。 (2)全程使用惰性气体系统，降低含氧量。有各种措施来确保惰性气体工况，如全氮气、全蒸汽干燥回路等。仅对有些工艺可行，但可能导致运行成本的增加。 (3)避免一切火源；去除诸如含铁物质、金属，石块等会产生火花的潜在火源，这样做无疑也将增加成本，系统管理和操作更为复杂。但仍然难以避免焖烧产生的火源。 (4)严密监测进料含固率，杜绝一切非正常混料的可能性；比如因紧急停车导致的各种不同半干产品单独管理，进场污泥的分别储存等。这将增加管理成本和操作的复杂性。 由于成本和管理原因，真正可行并可实现的只有第二点。 2.2 补救性措施 理论上的补救性措施有以下几个： (1)爆炸泄压口；这是任何系统都会准备的，但仍然会造成设备的损害。 (2)封锁系统；由于爆炸发生的时间非常短，封锁系统的实际意义不大。 (3)安全场地；同上。 (4)两部分之间的爆炸隔离装置；同上。 (5)干泥清空；为了防止焖燃，必须将干燥器内的干泥清空，对于很多系统来说需要较长时间。 (6)喷水或混合湿污泥进行稳定、冷却； (7)撤除热量；备用系统庞大，需要较长时间； (8)吹送氮气；以阻止火势蔓延或粉尘团的二次爆炸，效果不甚明显。 真正具有实际意义的紧急状况处理手段事实上只有喷水。喷水量的控制、紧急状况后的处理，与干燥器内污泥总量的多少直接相关，并对设备的负荷、寿命产生重要影响。 2.3 提高设备的安全级别 设备的安全性对处理商是显而易见的关注点，鉴于污泥是一种?夏言げ獾奈锪希渌峒钚浴⒏葱浴⒛ナ葱栽诟呶乱约巴；肪诚拢芊衲褪芑肪潮浠⒆钪沼玫某ぞ茫馐欠浅Ｖ档霉匦牡奈侍狻? (1)设备的材质 鉴于污泥的特性和不可预测变化，甚至没有人敢肯定不锈钢就能解决一切问题。然而，在干化设备领域，铁仍然是某些工艺的主要制作材料。做出这种选择的原因主要在于成本，某些庞大的工艺设备无法承受使用昂贵的金属材料。但是这将大大提高投资的成本和减少使用寿命，投资者必须注意。 (2)热源的腐蚀性 有些工艺直接将燃煤燃烧的烟气引入干燥器。由于我国燃煤中普遍含有大量的硫，在污泥干化这样典型的高湿热环境中，停机等必然容易造成二氧化硫与水蒸汽的结合，从而对设备产生腐蚀。也许初期使用不明显，但是长期使用，在所有可能形成冷凝的部位都将成为潜在问题。 (3)设备工艺的合理性 有些工艺直接将热源装置直接置于干化系统的底部，这对操作安全性来说形成长期隐患；有些工艺要撤除热源需要很长的时间，并必须保证庞大的制冷体系随时备用，这对运行成本和系统的安全性也产生潜在影响；有些工艺的物料量极大，采取喷水等紧急措施时将会带来非常繁重的清理工作量；凡此种种，如果从安全性角度考虑，均可能成为关键点。 3 实现安全生产的重要思路 事实上，污泥干化的安全性是一个在理论上尚待解决的课题，我们只有在现有的条件下，采取可能采取的措施，减低这种风险。这些建议包括： 3.1 提高系统的安全余量 干化系统的安全余量空间过于狭窄，如果有可能，扩大这一空间将给系统的安全性带来莫大好处。一个理想的干化系统不仅应该能够处理进料有一定波动的物料，还应该能够实现不同含固率的产品干化，变化区间可以从60%到90%以上。事实上，农用产品的卫生化在含固率大约85%时即可得到充分保证，而这几个百分点将给系统带来宝贵的安全余量。 3.2 从工艺选型中预留更多空间 如果湿泥进料的变化较大，当最终含固率提供的安全余量也不足以满足要求时，还可以考虑采用氮气或者蒸汽回路工艺，以便大大降低氧气和粉尘浓度。这种工艺上的选型，将会提高整体的安全性。 3.3 简化操作是最大的安全保障 无论如何，干化设备的操作应该简化，当过多的参数成为系统的参考点时，操作人员的失误将不可避免，系统本身的错误率也会增加。无论是预防性还是补救性，人为的干预越少越好，干预的手段越直接有效越好，报警和事故的处理越简单越好。 无论开机、关机、紧急停机还是其它情况，系统能够以监测到的最可靠的数据——温度和湿度，判断并执行必要的安全措施，以定量喷水这种最简单也最有效的方式，调整工艺内部的湿度平衡，任何这种干预应不会造成工艺环境的破坏，导致长时间停机，以及大量无谓的清理工作。 来源：污泥处理处置技术与装备国际研讨会