(整理)圆盘式污泥干化安全性技术说明

超圆盘污泥干化工艺安全性说明

一.爆炸极限理论与分析

专业解释——爆炸性混合气体与火源接触，便有原子或自由基生成而成为连锁反应的作用中心。热以及活化中心引起临近层爆炸混合气体起化学反应，这种作用逐渐传播。同时，火焰也逐层传播，如果爆炸性气体浓度处于爆炸极限范围，则反应放出的热量足以维持化学反应和火焰的持续传播，最终导致爆炸的发生。

简单的说——可燃性气体的动力燃烧成为爆炸，是可燃性气体在燃烧前按一定比例均匀混合，形成混合气体，在明火或点燃能量时，发生瞬时的燃烧，即燃爆现象。

可燃气体的爆炸极限受诸多因素影响，主要有下列几种因素：

（1）初始温度。混合气体的原始温度越高，则爆炸下限越低，上限提高，爆炸极限范围扩大，爆炸危险性增加。这是因为混合物温度升高，其分子内能增加，引起燃烧速度加快，从而改变爆炸极限的范围。

（2）含氧量。混合气体中含氧量的增加，爆炸极限范围扩大，尤其爆炸上限提高得更多。

（3）压力。爆炸性混合物初始压力对爆炸极限影响很大。一般爆炸性混合物初始压力在增压的情况下，爆炸极限范围扩大。这是因为压力增加，分子间更为接近，碰撞几率增加，燃烧反应更容易进行，爆炸极限范围扩大。

（4）惰性介质

爆炸性混合物中惰性气体含量增加，其爆炸极限范围缩小。当惰性气体含量增加到某一值时，混合物不再发生爆炸。惰性气体的种类不同对爆炸极限的影响亦不相同。在一般情况下，爆炸性混合物中惰性气体含量增加，对其爆炸上限的影响比对爆炸下限的影响更为显著。这是因为在爆炸性混合物中，随着惰性气体含量的增加氧的含量相对减少，而在爆炸上限浓度下氧的含量本来已经很小，故惰性气体含量稍微增加一点，即产生很大影响，使爆炸上限剧烈下降。

（5）容器

容器大小对爆炸极限的影响与器壁效应相似。燃烧是自由基进行一系列连锁反应的结果。只有自由基的产生数大于消失数时，燃烧才能继续进行。随着管道直径的减小，自由基与器壁碰撞的几率增加，有碍于新自由基的产生。当管道直径小到一定程度时，自由基消失

数大于产生数，燃烧便不能继续进行。

容器材质对爆炸极限也有很大影响。如氢和氟在玻璃器皿中混合，即使在液态空气温

度下，置于黑暗中也会产生爆炸。而在银制器皿中，在一般温度下才会发生反应。

（6）点燃能源

火花能量、热表面面积、火源与混合物的接触时间等，对爆炸极限均有影响。

综上，爆炸是可燃性气体一系列连锁反应的结果，在特定空间内的燃爆需要

具备一定的条件要素。以上六点主要要素之间也是相互影响，相互联系。例如

温度、含氧量、压力能提高爆炸极限范围，而惰性介质的含量稍微增加一点，

也大大降低燃烧的可能性。

二.超圆盘污泥干化工艺安全性说明

如果对爆炸的分析还是过于宏观的话，那么我们可以对照上述六点爆炸要素说明工艺

安全特点，在正常工况和最不利工况下分别讨论分析圆盘干化工艺的安全特点，特别是针对

石油化工污泥干化时，为什么超圆盘污泥干化工艺是国际最安全可靠的干化工艺之一。

干污泥

SDK370超圆盘干化机污泥干化物料平衡见上图：

——正常工况下

从污泥热干化过程中可以看出，干燥的是为了去除水分，不同于污泥热解（高温高压），

水分的去除要经历两个主要过程：

（1）蒸发过程：物料表面的水分汽化，由于干燥机内污泥表面的水蒸气压高于干燥介

质（气体）中的水蒸气分压，水分从物料表面移入干燥介质。

（2）扩散过程：是与汽化密切相关的的传质过程。当物料表面水蒸气被蒸发后，形成物料表面湿度低于物料内部湿度。

污泥与热源的间壁接触过程中，水分不断释放到干燥机腔体内，逐渐趋于水蒸汽的饱和状态，随着环境空气的载入，饱和状态不断被环境空气扰动，水蒸气不断从污泥中得到补充，周而复始，污泥中的水分逐渐被风机带走。

以SDK370型污泥干燥机为例，经过机械脱水后污泥（含固率15%）输送至干燥机内，不需要通过“返混”工艺直接干化成型，每小时蒸发水量3.43t/hr，干燥系统的尾气回路是为微负压，干化回路内的工艺气体温度低于100°C，通常在95°C左右，工艺气体温度越低，环境空气（载气量）增多。常温常压下气体性质十分接近理想气体。按照理想气体状态方程(克拉伯龙方程[1]）pV=nRT，估算如下：

1.013×105Pa·V=0.8×103/18×8.314×(273+100)

V=5831m3

上述状态方程中，在系统工作运行时，离心风机的将尾气从干燥机内排除，维持干燥机腔体内的微负压，这个压力是一个稳定值，也是可在线监测的，因而环境空气的载气量也是相对稳定值。依据日本三菱的运行经验，SDK370型号的载气量约在2850m3/hr，尾气排放体积约为3433m3/hr。

在此状态下，工艺气体的湿度密度约为0.37kg/m3，对照该状态下饱和水蒸气的密度表，在100°C常压下，饱和水蒸气的密度为0.59kg/m3，相对湿度为63%，含湿量为50%。研究表明，混合气体的含湿量超过30%就不易起爆，50%就完全是安全的。实际上，在干化过程中，污泥中的水分膨胀了1700倍，工艺气体中的大量存在的水蒸汽将可燃性气体点燃产生的热量吸附过来，从而杜绝了爆炸的可能性。

因此，仅从水蒸气惰性气体保护的角度上来看，超圆盘污泥干化工艺便是安全可靠的。

从含氧量方面来看，氧气作为助燃空气，是形成危险状况的基本要素之一，绝大多数的干化工艺无法降低含氧量，降低含氧量是避开风险的主要乃至唯一手段。

国外权威机构做过类似相关试验，研究惰性气体（水蒸气、氮气、二氧化碳）对粉尘的爆炸极限影响。研究表明，三种惰性气体的效率依次排列为水蒸气、二氧化碳、氮气。下图给出了最低含氧量百分比。

在以水蒸气为惰性介质的超圆盘干化工艺气体中，经过换算LOC在7%左右，有略微波动的特征，但也低于可燃性物爆炸范围。

此外，在超圆盘干化工艺气体中，系统为常压，温度为低于100℃工艺气体温度。温度和压力对可燃性气体爆炸极限影响较小。

最后，爆炸需要在一个相对密闭的环境容器内，而在正常工况下，大量的气体被风机引风外排，新鲜环境空气得以补充，不存在大量可燃气体蓄积的情况。

综上，水蒸气作为一种高效的惰性气体，多项指标（含湿量、含氧量）可以表明要点燃气体内的有机气体所需的能量高，即使干燥机内有机气体浓度再高，因为热量被消耗在大量的气态水环境中，也印证了为什么超圆盘干化工艺可以彻底回避污泥“半干化”的安全问题。

——在非正常工况下（紧急工况下）

为确保系统工艺安全，在冷凝换热器出口管道设置在线气体探测设备，实时检测尾气中的含氧量和可燃气体浓度，并配套报警（2级）。一级报警时通过逻辑控制系统，调节干化强度。二级报警时连锁蒸汽保护保护系统，向干燥机内喷入水蒸汽，规避可能存在的可燃性气体爆炸风险。

三.国外（日本、韩国）污泥处理处置项目的安全性

下面简单介绍日本、韩国污泥干化处置的安全性。

日本千叶县城市污泥干化项目，20t/8h，白班间歇运行，干化含固率90%，无氮气保护，项目运行近20年。