从“中国制造”到“中国创造”环保装备重器——泥喷雾干化一焚烧集成装备

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  随着城市化进程加快,我国城市污水处理量不断提高,污泥产量也逐年增长,但“重水轻泥”现象一直存在,污泥无害化处置率依然很低。
  据“水十条”目标,我国现有污泥处理处置设施应于2017年底前基本完成达标改造,地级及以上城市污泥无害化处理处置率应于2020年底前达到90%以上。然而,面对年产5000多万吨的污水污泥(以含水率80%计),我国污泥安全处理处置率却只有20%。
  当前,污泥处理干化一焚烧处置市场几乎一直被美日欧大公司垄断,中国污泥处理行业亟需自己的处理技术与装备。
  清华大学联合浙江环兴机械有限公司经过十年探索实践,创造性地将喷雾干化技术引入污泥处理领域,即污泥喷雾干化一焚烧技术,并在我国建立了十余个大型污泥喷雾干化一焚烧工程,日总处理量超过5000吨。这也是曰前国内大型焚烧厂单一技术应用实例最多、工程体量最大(处理量1200吨/天)的污泥处理技术。同时,还通过技术集成创新,在烟气净化,设备标准化、系列化等方面取得突破。2017年,在“一带一路”建设引领下,该技术还被成功推广到孟加拉同等地。
  喷雾干化技术在污泥处理中的成功应用,不仅为解决污泥等半流态化废物处置难题提供了全新思路,也是环保技术装备系统集成应用的成功尝试,更是环保领域从单一技术到重大装备的集成创新典范,为更多“中国制造”向“中国创造”升级,为更多“中国技术”走出国门提供了经验。
  跨界创新
  喷雾干化技术由工业应用转向污泥处理
  所谓喷雾干化,是指通过雾化器将原料液分散成极细雾滴后,与干燥介质接触干燥而得到同体产品的过程,具有干燥时问短、操作灵活性大、流程简单等特点。
  据清华大学环境学院王凯军教授介绍,在污泥干燥和焚烧设备方面,国际常用流化床、转盘干燥等,而在喷雾干燥工业行业早已成为主流技术,在化工、食品、医药、冶金等领域得到广泛应用,如染料、奶粉、农药、洗衣粉、化肥等。王凯军说,当时将喷雾干燥技术引入污泥处理领域,灵感就源自于与工业界的合作。
  污泥喷雾干燥技术的诞生,缘起于王凯军教授和环兴董事长俞其林长达十年的交往。
  在进行污泥喷雾干燥技术合作前,王凱军教授团队已与环兴公司有过成功合作。1997年,针对难降解染料废水的处理,王凯军团队在浙汀各个染料厂推出十余个大型装备,负责设备制造安装的便是环兴公司。十年之后,俞其林对于环兴的未来发展心存困惑,再次与王凯军进行深入交流。王凯军教授说了一句话:“你们的喷雾干燥技术应用于污泥干燥有天然优势。”
  就是这句话,给俞其林点拨了迷津,也给了两个团队启发,不久清华大学便与环兴公司成立了联合研发小组,开肩了污泥喷雾干化技术的探索和研发之旅。
  从无到有
  第一台污泥喷雾干化处理设备的诞生
  1989年,浙汀环兴机械公司成立,主营业务是精细化工行业所需的喷雾干化塔、反应釜等化工装备的研发制造,是染料行业重要的设备供应商,喷雾干化等设备占有相当市场份额。作为一家有30年历史的老牌化工企业,环兴对染料的喷雾干化轻车熟路,而要将该技术应用在污泥处理上,俞其林心里还真没底,然而,社会责任感让他义无反顾地投身于环保事业中。2006年他便着手肩动污泥喷雾干化的可行性研究。完成基本验证后,2007年8月,筹建了日处理规模600吨/天的污泥喷雾干化设备示范工程,为了亲自参与攻克技术难关,建在了公司办公大院,并调试运行成功,标志着第一台流态化污泥喷雾干化工程设备的诞生,也初步印证了王凯军教授当初的观点一一喷雾技术应用于污泥干化是可行的。
  回忆当初的研发过程,俞其林感慨万千。与染料等相比,由于物料特性、运行目的、行业要求等的不同,将喷雾干化技术用于污泥处理,其艰巨性、复杂性并不比重新研发技术来得简单。
  凭借20多年设备研发生产经验,联合研发团队经过不懈的坚持,终于解决了污泥喷雾干化存在的储存、输送、堵塞、磨损、净化等一系列问题,成功研制出可用于污泥干化的设备与技术。
  中国制造
  中国的环保问题用中国人自己的装备解决
  “中国的环保一定要用中国人自己的装备来解决。”俞其林说,污泥喷雾干化焚烧集成设备具有彻底解决问题、超清排放、价格便宜、可操作性强、安全性高等特点。
  第一台实验设备诞生后,清华大学便和环兴一起开始了污泥喷雾干化焚烧集成设备的产业化工程推广。
  钱汀污水处理厂是最早引入污泥喷雾干化技术的污水处理厂。2007年引进技术,2008年项目运行,设计规模为日处理污泥360吨/天。厂长施仁汀说,1997年至2007年十年问,工厂一直采用卫生填埋进行污泥处置,由于填埋土地成本高,加上环保要求逐年提高,让他们大伤脑筋。引入污泥喷雾干化技术以后,不仅减少了污泥外运处置的麻烦,还消除了运输途中的二次污染。施仁江算了一笔账,以平均年处理污泥量8万吨计,每年可节省处置费约1000万元。2017年设备经技术改造后,还实现了全程无臭、无烟,社会效应明显。
  位于浙江绍兴市的污水处理厂,承担着绍兴市县两级工业废水和生活污水处理任务。2013年引入污泥喷雾干化技术,日处理规模1200吨/天,已稳定运行5年。这是曰前国内最大的污泥喷雾干化处理工程,也是世界范围内屈指可数的污泥处置项目。
  国产化的污泥喷雾干化装备投资成本仅为进口装备的1/3,运行费用仅为其他干化焚烧工艺的1/2。俞其林说,目前环兴已经构建了先进的管理与安全运营技术体系,形成了拥有自主知识产权的系列污泥喷雾干化技术装备标准,建成十余项污泥喷雾干化工程,污泥处理工程规模达5000吨/天,预计不久的将来日处理污泥量及浓缩液将突破万吨。
  科技引领
  喷雾干燥技术在废水、零排放等领域的应用
  王凯军教授一直倡导中国企业要注重自主创新,在其引导下.联合研发团队主动给自己加码,在除尘、除臭、脱白等方面进行污泥喷雾干化技术的集成升级。   技术发展离不开科技引领。为了扩展喷雾干燥技术在不同领域的应用,在清华大学带领下,环兴通过承担国家重大专项课题,不断进行污泥喷雾干化技术的验证与推广,实现设备的集成创新与升级。“十二五”期问,清华大学联合环兴参与并承担了“城市污水处理厂污泥资源化新技术开发集成与工程化”与“精细化工等行业浓缩废水(液)干化设备产业化课题”两项国家重大水专项课题。依托水专项建立了500吨/天的示范工程,并根据工程运行经验,分别形成了日处理100吨、200吨、300吨和500吨的系列化、标准化国产污泥喷雾干化设备,大大提升了技术装备水平。
  接着,他们又承担了“十三五”水专项废水零排放集成化的相关研究,使得喷雾干化技术在污泥之外的高浓高盐废水(液)、废水的零排放等领域都得到了较好的产业化推广和工程应用,为污水、污泥治理提供了科技支撑。
  向“中国创造”升级
  污泥喷雾干化国产化装备的集成创新
  制造业是立围之本、兴围之器、强国之基。在从制造大国向制造强国转型的“中国制造2025”背景下,环保装备制造业也正处于从“引入和中国制造”到“中国创造”转型的关键期。
  作为污泥喷雾干化集成技术的主要推行者,王凯军说,当前中国作为第二大经济体,在制造业的很多方面均处于国际领先地位,环保行业应综合集成其他行业先进成果促进行业发展。而环保行业作为一个综合性行业,涉及行业范围广,更需要在发展中从各行业汲取营养。
  污泥喷雾干化正是汲取了其在染料、奶粉等领域成功应用的经验。然而,技术借鉴不是简单的复制与粘贴,如何转化移植?
  污泥并不同于普通的染料、奶粉,其粘度较大,夹杂的石英类物质较多,雾化喷嘴及附属系统易堵塞、易磨损。联合研发团队研发出“多喷嘴气流式霧化喷嘴”,并将最初的“精密胶体磨”创造性改为“高剪切分散器”,经过对干化一焚烧参数上百次运行优化,终于成功实现污泥喷雾干化技术与装备的“中国创造”。
  技术集成也不是简单的堆积与组合,如何创新?
  污泥喷雾干化作为一个复杂的集成系统,干化尾气净化技术装备的创新是工程装备成功运行的关键。在烟气除尘系统方面,联合研发团队打破了传统箱式布袋除尘模式,开发高效圆柱式布袋除尘装备,并通过布袋除尘设备的内部结构、材质、进风方式等的创新升级,解决了常规布袋除尘器易产生死角、结露、腐蚀、堆积板结、寿命短等问题。
  由于污泥中富含氮、硫等元素,易产生恶臭气体及污染物。联合研发团队改变传统脱硝、脱硫方式,通过光化学离子紫外/臭氧高级氧化法,结合洗涤系统实现除臭、脱硫、脱硝,解决了常规系统复杂、占地面积大、效率低、投资运行成本高等问题。
  “白烟”问题是困扰污泥焚烧厂的另一大难题。环兴公司研发了新型高效余热“脱白”装置,利用烟气中的余热将尾气与环境空气进行气一气交换,将烟气中的蒸汽与污染物去除,降低烟气露点温度,不仅有效消除了“白烟”,还可减少烟气湿度,去除烟气中的污染物,降低污染。
  走出国门
  污泥喷雾干化技术助力“一带一路”
  伴随国家“一带一路”战略,污泥喷雾干化一焚烧技术走出国门,被成功应用在了孟加拉达卡污水处理项目。
  该项目位于孟加拉围首都达卡,这里地处孟中印缅经济定廊。2017年1月,浙汀环兴与北京围环清华环境工程设计研究院一起,与中国电建集团签署了污泥焚烧系统EPC合同。其中,污泥处置规模为500吨/天,项目总投资过亿元,包括50万吨/天的污水处理厂及配套污水管网建设。这也是迄今为止我国在东南亚承接的最大国际EPc污水处理厂项目,标志着环保重大装备在海外新兴市场的重大突破。
  北京围环清华环境工程设计研究院负责设计和建设主体污水处理厂标志性建筑一一污泥干化一焚烧车问,采用的就是喷雾干化回转窑焚烧技术。
  “技术转化为工程,就要解决工程的实际问题。”作为该项目的主要负责人,清华大学环境学院教授、北京国环清华环境工程设计研究院有限公司副院长张鸿涛说,清华大学在设计方面一直敢为天下先,勇于开拓与创新,在新技术的应用上做了很多卓有成效的尝试。与此同时,清华大学与很多国内大型央企也都有良好的合作关系。
  上世纪90年代,中国主要依靠国外的环保设备,而现在中国环保无论从技术、制造到工程经验上,都具备了走出去的条件。
  张鸿涛说,伴随我国环境保护产品的技术水平和产品质量的不断提高,我国环保技术在国际市场上将越来越具有竞争力。“一带一路”沿线大多是新兴经济体和发展中国家,蕴藏着巨大的节能环保市场需求,我国环保产业具有成本低、效果好、技术适用性强等优势。“要不断开拓‘一带一路’国家的潜在市场,让中国技术走向全球。”随着水专项成果的不断转化,中国有很多的环保技术可以推出去,中国在“一带一路”建设上大有可为。
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