污泥干化系统运行安全性及危险预防措施--胡中意

2014年7月第7期城市道桥与防洪污泥干化系统运行安全性及危险预防措施胡中意（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市200092）摘要：污泥干化使得污水处理厂“水、气、渣、泥”得到全面达标，是实现污泥稳定化、减量化、无害化的重要手段，得到了人们的接受和认可。但由于干化事故的频发，使得污泥干化的安全性问题成为人们关注的重心。该文通过对污泥干化系统可能出现的安全隐患进行分析论述，提出保障系统运行安全性的措施建议，为污泥干化系统设计中安全性的问题，提供借鉴和参考。关键词：污泥干化；安全性；自燃；粉尘爆炸中图分类号：X703.1文献标识码：B文章编号：1009-7716（2014）07-0245-031概述在污泥减量填埋、减量焚烧、无害化土地利用，以及其它污泥资源化的实践和摸索中，污泥干化逐步成为能够大规模减量、无害化和资源化处置的有效工艺之一，也是某些污泥最终处置的预处理方法。上世纪90年代末，欧洲、北美等国家市政污水处理设施的普及，大量的市政污泥产生，污泥干化厂数量增加，污泥得到了较好的处置。但污泥干化厂的事故时有发生，从污泥的自燃，到设备的爆炸；从个别小型附属设备，到整个干燥生产线；无论安全措施设计得多么复杂、完备，污泥干化厂事故始终没有断绝；究其原因主要是早期人们对干燥污泥的性质认识不足。在污泥热干化过程中，存在着严重的自燃与粉尘爆炸的危险。污泥在全干状态下（含固率大于80%）一般呈微细颗粒状，粒径较小，同时由于污泥之间、污泥与干燥器之间、污泥与介质之间的摩擦、碰撞，使得干化环境中可能产生大量粒径低于150μm的粉尘。这种高有机质含量的粉尘，在一定的氧气、温度和点燃能量条件下可能发生燃烧和爆炸，即所谓的粉尘爆炸。2污泥干化事故风险特性污泥干化工艺中粉尘爆炸特性主要包括粉尘浓度、含氧量、点燃能量、含湿量4个参数。2.1粉尘浓度发生粉尘爆炸必须达到一定的浓度，该浓度被称为该有机质的“粉尘爆炸浓度下限”。粉尘细度没有统一的规定，考虑其危险性，一般以150μm以下的粉尘颗粒作为判断标准。粉尘的细度是不均一的，污泥干化产品粒度分布变化范围极广。根据有关粉体的研究，在粗粉（>150μm）中掺入5%～10%的细粉，就足以使有机粉尘混合物成为可爆炸的混合物，且爆炸组分可出现最大的爆炸压力。混合比大大影响爆炸强度，只有当可燃粉尘的粒度均大于400μm时，即使有强点燃源也不能使粉尘发生爆炸。一般认为有机质粉尘爆炸浓度下限在20～60g/m3，市政污泥的取值大约在40～60g/m3。2.2含氧量氧气作为助燃气体，是形成危险状况的基本要素之一。绝大多数干化工艺因为无法进一步降低粉尘浓度，因此，降低介质含氧量成为避开风险的主要手段。填注惰性气体是降低介质含氧量的主要方式，目前，主要填注的惰性气体有：氮气、二氧化碳、蒸汽。根据英国HSE公司实验值得到以上三种气体的惰性化效率，如表1所列。通过表1中实验数据可以看出，如果采用氮气进行惰性化处理，空气质量不能超过18.5%，另外81.5%需惰性气体填充；如果采用水蒸气进行惰性化处理，空气质量允许达到64%，则此时混合湿气体的相对湿度为47.5%。根据实验数据，氮气、二氧化碳、蒸汽进行惰性化处理含氧量的操作值分别为4%、6%、10%。在实际工程运行过程中，为保证操作的安收稿日期：2014-04-02作者简介：胡中意（1980-），男，山东青岛人，工程师，从事排水工程设计工作。表1惰性气体惰性化效率一览表惰性化气体空气质量惰性气体质量质量比氮气二氧化碳蒸汽18.515.464.081.584.636.04.415.500.56防洪排水245城市道桥与防洪2014年7月第7期全性、可靠性，需将最低含氧量降低2%，即氮气、二氧化碳、蒸汽进行惰性化处理含氧量分别为2%，4%、8%。2.3点燃能量污泥干化过程中产生的粉尘发生爆炸需一定的点燃能量。摩擦、静电、炽热颗粒物、机械碰撞等产生的火花均可成为点燃能量的提供点。干燥温度的高低与点燃能量没有直接的联系。点燃能量是指粉尘环境下瞬间给出的能量，它与粉尘粒径的大小关系密切；而点燃温度是指在粉尘云环境下无点燃源时所需温度或厚度为5mm的粉尘层在一个静态金属热表面上导致燃烧的温度。点燃能量可在20℃的环境中由金属摩擦产生，而污泥的粉尘云点燃温度高达360～550℃，粉尘层的点燃温度约为160～375℃。较低的能量就可以满足污泥粉尘的点燃，因此只要粉尘浓度和含氧量超标，任何点燃源都可以造成粉尘爆炸的危险。2.4含湿量当干燥气体的湿度较大时，亲水性粉尘会吸附水分，从而使粉尘难以弥散和着火，传播火焰的速度也会减小。根据有关研究，有机粉尘的湿度超过30%便不易引起爆燃，超过50%是绝对安全的。水分的存在可大大提升粉尘爆炸的浓度下限，也就是提高了干燥介质的最低需氧浓度。3污泥干化