污泥干化风险的预防措施

要避免形成危险环境，可从取消上述三个条件之一入手。但目前已知被采用的预防手段事实上只有一个，即降低含氧量。

作为污泥干化安全的预防性措施，上述三个要素及含湿量值得认真研究。

（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”，简称“粉尘浓度”（minimum explosible concentrations，MEC）。

采用热量进行干燥的污泥干化工艺具有产生粉尘的自燃倾向。当污泥含有较多水分时，污泥颗粒的温度上升较慢（因水分吸收潜热的缘故）。当失水到一定程度（如>65%），特别是当这种产品失水速率不均匀时，与热表面（一般都超过160℃）和热气体（一般超过100℃）的接触，会使得部分先失去水分的污泥颗粒过热，过热颗粒与其他湿颗粒分离，因其细小且轻，会因搅拌或机械抄起作用而进入工艺气体，因沉降速度低而形成飘浮，众多类似微细颗粒的聚集就形成了粉尘云。这种粉尘云会存在于干燥机、旋风分离器、粉尘收集装置以及湿法除尘洗涤装置前的管线中。此外，对干泥进行操作的破碎、筛分、提升、输送、混合、造粒、冷却、贮存等环节都可能产生类似粉尘云，因其空间狭小，没有大量气体流动，存在死角，因此粉尘一旦生成，其沉降速度都很低。

粉尘细度没有统一规定，多数可燃性粉尘的粒径在1～150μm范围内，粒径越小的粉尘比表面积越大，表面能也就大，其所需的点燃能就小，即越容易点爆。考虑到粉尘的危险性，一般以75/150μm以下的粉尘/超细颗粒作为判断标准。

粉尘的细度不可能是均一的，污泥干化的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，且爆炸组分几乎出现最大爆炸压力。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。

粉尘气体混合物具有爆炸性的条件是其浓度在爆炸上限和下限之间的范围内，一般来说，有机质粉尘的爆炸浓度的下限为20～60g/m3，市政污泥的取值在40～60g/m3，这一数据还要受到除了氧气含量以外其他因素如气体介质的含氧量、含湿量、产品含湿量、粉尘化学成分、其他易燃气体成分等的影响。而可燃性爆炸的浓度上限可达2～6kg/m3。由于粉尘具有一定的沉降性，所以通常爆炸浓度的上限很少能达到，只需考虑其爆炸浓度下限即可。

（2）含氧量

氧气作为助燃气氛，是形成危险状况的基本要素之一。绝大多数干化工艺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乃至唯一手段。

含氧量的要求与干化系统内的粉尘浓度有着直接的关系，这种关系一般以粉尘爆炸的最低需氧浓度（limiting oxygen concentration，LOC）来表示，是对污泥粉尘性质的一种量化研究。在一定粉尘浓度和点燃能量下，能够引起燃烧的最低氧气含量称为“最低含氧量”。

采用惰性化气体作为惰性介质和空气进行混合配比，是降低含氧量的一种方法。其中蒸汽作为一种高效率的惰性化气体，在干燥工艺中被大量采用。但过高的蒸汽浓度，会降低蒸发效率。

惰性化的质量仅是一个方面，惰性化的成本特别是时间，对干化可能具有重要意义。惰性化要求越高，对氮气的纯度、流量要求就越高。由于干化装置不可能是完全密闭的，惰性化过程也不是通过静态置换完成的，因此，惰性化过程需要很长时间，并可能耗费大量氮气。

（3）点燃能量

粉尘爆炸尚需一定的能量才能点燃，摩擦、静电、炽热颗粒物、机械撞击、电焊、金属异物或石子等产生的火花均可成为点燃能量。

市政污泥粉尘所需的点燃能量非常低，其大小与污泥的温度有关，但一般来说只要粉尘浓度和含氧量超标，任何点燃源都可能造成粉尘爆炸危险。而干化工艺本身的运行基础就是高温，所以即使在静电、金属碰撞等条件都符合要求的情况下，粉尘爆炸都难以良好控制。因此在这方面无法采取任何有效的预防措施。

（4）含湿量

在三个粉尘爆炸的基本条件之外，干燥产品的含湿量也值得关注。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。研究认为，有机粉尘的湿度超过30%便不易起爆，超过50%就是绝对安全的。水分的存在可大大提升粉尘爆炸的浓度下限。蒸发所产生的蒸汽是最有效的惰性气体，增加干燥系统的湿度可有效降低粉尘浓度，提高点燃能量，降低氧气含量，从而提高整体系统安全性。

所谓半干化正是利用了这一点，使得离开干燥机时的产品平均湿度低于80%甚至60%，此时，产品中尚有一定水分，由于这部分水分的存在，可以将可能导致产品升温过热（形成粉尘）的热量吸附过来，从而有效地避免粉尘形成。从经验可知，污泥干化时，物料失去水分的曲线较为平缓，而物料的升温速度在后期会变得越来越快，升温曲线的斜率变陡。这意味着在半干化条件下，产品不会过热，因此也不会或很少产生粉尘。