Condições gerais para o uso de Secador de disco

A tecnologia de secagem por discos provou-se ao longo de décadas para a secagem parcial e completa de lamas de esgoto. Para uma aplicação eficaz de sistemas de secagem por disco e o uso de calor residual, certas condições básicas devem ser consideradas.

O conceito básico da tecnologia de secagem por disco remonta à década de 1960 e foi inicialmente desenvolvido para a secagem de farinha de peixe. Nas décadas de 1970 e 1980, esse sistema de secagem por contato encontrou uma nova área de aplicação no campo da secagem de lamas de esgoto em grandes estações de tratamento de esgoto ou estações de monoincineração de leito fluidizado. Por mais de 40 anos, a secagem de disco de lamas provou-se na prática. As capacidades usuais de evaporação de água por unidade estão na faixa de 2.000 a 6.000 kg/h.

O secador de disco consiste em um rotor aquecido equipado com discos ocos, que gira em um alojamento. Ele pertence à categoria de secadores de contato indireto. O material a ser seco toca os discos aquecidos, é aquecido e seco. Para aumentar o desempenho, o gabinete pode ser equipado adicionalmente com uma camisa dupla aquecida. Os meios de aquecimento são geralmente vapor saturado na faixa de pressão de 6 a 10 bar(a) e temperaturas de 158 a 180 °C, bem como óleo térmico na faixa de temperatura de 180 a 220 °C. Para uma utilização eficaz da superfície de aquecimento de contato, o uso de vapor saturado é vantajoso em comparação ao vapor superaquecido. A queda de pressão no controle de pressão de vapor deve ser mantida o mais baixa possível para maximizar a diferença de pressão efetiva da turbina de vapor para geração de energia.

A lama é alimentada em uma extremidade do secador através de um parafuso ou de uma bomba de lama espessa e passa pelo secador. Devido à rotação dos discos, a lama é misturada e transportada ainda mais através do transporte de elementos ligados às periferias dos discos. A lama seca é descarregada através de um parafuso montado em ângulos retos para a extremidade de descarga do secador. Os raspadores fixos são montados entre os discos, o que evita que a lama adera aos discos. A velocidade do rotor varia de 8 a 11 rotações por minuto, dependendo do diâmetro do disco. Figuras. 2 e 3 mostram a vista e a estrutura interna de um Secador de disco RotaDry® HUBER.

Os discos são geralmente feitos de aço inoxidável 1,4307 ou, se houver maior risco de corrosão, 1,4571. Se for esperado um maior desgaste devido a conteúdos especiais de lamas de esgoto, como areia ou cristais de fosfato de amônia e magnésio, os discos podem ser projetados opcionalmente em aço duplex.

Secagem parcial

Uma das principais aplicações do secador de disco é a secagem parcial de lamas de esgoto para uma monoincineração de leito fluidizado autossustentável. Neste processo, o conteúdo energético do lodo de esgoto parcialmente seco deve ser ajustado para aproximadamente 4.000 a 4.200 kJ/kg de substância original, assumindo-se o pré-aquecimento do ar de combustão. Dependendo do tipo de lama de esgoto e seu grau de estabilização, isso significa secagem até um teor de resíduos secos (DR) de ~ 35 a 45%. Em qualquer caso, a DR do lodo de esgoto parcialmente seco deve permanecer abaixo de um nível crítico de resíduos secos, que é caracterizado pela fase de cola em uma faixa de DR de 40 a 60%. A lama torna-se pegajosa, pastosa e difícil de transportar. Com lama baixa estabilizada, a fase começa na faixa de 40 a 45% de DR, com lama bem estabilizada, a fase de cola só é alcançada acima de 45 a 50% de DR.

Em seguida, a lama parcialmente seca é transportada para o incinerador e triturada e alimentada no leito fluidizado do incinerador através de um alimentador de rodas ou lanças de vapor. Em usinas de monoincineração, dois Secador de disco são geralmente usados em paralelo por motivos de redundância. Neste caso, cada secador é projetado para lidar com cerca de 50% do volume total de evaporação de água. Em casos extremos, no entanto, um secador deve ser capaz de lidar com até 70% da capacidade total de secagem, mesmo se a pressão do vapor aumentar, a fim de manter a combustão em operação de carga parcial. Por motivos de redundância, cada secador é equipado com seu próprio sistema de alimentação de lama.

Como resultado do regulamento AbfallKlärV, que foi aprovado no final de 2017, estão sendo planejados e implementados cada vez mais projetos para secagem parcial e monoincineração de lamas de esgoto. Uma operação econômica com um tamanho correspondente do sistema de monoincineração pode ser implementada mais facilmente através da entrega e aceitação de lamas estranhas da região. Isso tem certas consequências para a operação da instalação.

Por um lado, o problema de matéria estranha deve ser levado em consideração. Processos de transbordo frequentes durante o transporte de lamas aumentam o risco de matérias estranhas, como pedras, peças metálicas ou de madeira, serem misturadas na lama e possivelmente causar bloqueios ou danos à planta. Se necessário, a separação de matérias estranhas na forma de um separador de rolos de eixo duplo ou uma tela para impurezas deve ser fornecida na linha de transporte de lama.

Por outro lado, as lamas desidratadas com resíduos secos e propriedades muito variáveis são entregues aos locais. Ao secar e incinerar em grandes estações de tratamento de águas residuais com principalmente lamas próprias, as propriedades das lamas variam apenas em uma medida limitada entre a operação no verão e no inverno. Com uma alta proporção de lamas estranhas, a operação da usina de monoincineração de lamas de esgoto é tornada consideravelmente mais difícil porque o rendimento de lamas desidratadas frequentemente deve ser ajustado dependendo do teor de DR da lama na entrada do secador.

Cada usina de secagem é projetada para a capacidade de evaporação de água e não para o rendimento de lamas de esgoto. Um menor teor de DR do lodo desidratado causa uma redução no rendimento para a mesma taxa de evaporação de água e vice-versa. Neste contexto, é vantajoso para o operador poder confiar em uma medição de DR da lama desidratada e da lama parcialmente seca. Para aliviar o pessoal operacional, o ajuste de rendimento no secador de disco deve ser totalmente automático por meio de um sistema de controle. Isso também melhora a interação com a combustão a jusante, que requer lodo parcialmente seco com um valor de aquecimento o mais constante possível para operação estável a longo prazo.

A incineração da lama parcialmente seca fornece energia térmica suficiente na forma de vapor para a secagem em disco. A partir de uma capacidade térmica da usina de incineração de cerca de 3 MW, o uso de uma turbina a vapor para geração de eletricidade também pode se tornar econômico.

Secagem completa

Na década de 1990, Secador de disco para secagem total a mais de 90% de DR foram instalados em estações de tratamento de águas residuais maiores sem sua própria incineração. Neste caso, no entanto, parte do material seco deve ser misturada novamente na lama de esgoto desidratada para evitar passar pela fase crítica de cola no secador. Isso dá ao lodo misturado um resíduo seco de 60 a 65% e ele pode ser transportado através do secador sem problemas mecânicos e seco da maneira habitual. Devido à falta de calor residual, no entanto, a energia primária na forma de petróleo ou gás muitas vezes precisa ser usada para geração de vapor ou para aquecimento de óleo térmico. No caso de secagem completa, um separador de poeira deve ser conectado entre o secador e o estágio de condensação, caso contrário, há risco de bloqueio do condensador e o condensador deve ser limpo com mais frequência em qualquer caso.

Condensação de vapor

A condensação dos vapores contendo vapor de água é realizada diretamente por pulverização de condensado de vapor ou indiretamente através de um trocador de calor de feixe de tubos. Também existe a possibilidade de condensação em vários estágios, em que, por exemplo, o lodo fino pode ser pré-aquecido no primeiro estágio e usado para aumentar o grau de desidratação do lodo interno. O segundo caso de troca de calor indireta tem a grande vantagem de que o calor residual pode ser usado em um nível de temperatura mais alto de até 90 °C, por exemplo, para um fornecimento de aquecimento local externo.

A transferência de calor durante a condensação de vapor é influenciada significativamente pela porção de ar de fuga nos vapores. Quanto menor for o fluxo de massa de ar de fuga, mais eficaz será a condensação. As partes não condensáveis do fluxo de vapor são geralmente usadas como ar de combustão secundário na secagem parcial com combustão de leito fluidizado a jusante devido à alta carga de odor.

O condensado de vapor é poluído com amônio e substâncias que transportam DQO, como gorduras, óleos brancos ou ácidos orgânicos, e deve ser tratado antes da descarga indireta para o sistema de esgoto.