宋金鳳 郭宏偉

（東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院)

0 概述

污泥是污水處理后的產(chǎn)物，污泥中有較多的有機(jī)物，易腐、易發(fā)臭，還有病原菌和寄生蟲卵等有毒有害污染物，若不妥善處理，會(huì)形成嚴(yán)重的二次污染。污泥的處置方法很多，常用的方法有土地填埋、污泥焚燒、厭氧消化、生物堆肥、林地施用、污泥熱干燥處理及污泥低溫?zé)峄瘜W(xué)轉(zhuǎn)化制油等。由于污泥含水率高，在利用某些技術(shù)處置污泥時(shí)，往往需要降低污泥的含水率，所以污泥的熱干燥技術(shù)顯得尤為重要。

污泥干燥技術(shù)分為直接干燥和間接干燥。直接干燥是指污泥直接與干燥介質(zhì)接觸，干燥時(shí)從污泥中蒸發(fā)的揮發(fā)分與干燥介質(zhì)混合在一起，增加了干燥介質(zhì)凈化處理的難度。間接干燥是以熱傳導(dǎo)為傳熱方式的干燥過程，污泥與干燥 （熱）介質(zhì)不直接接觸，干燥（熱）介質(zhì)不會(huì)受到污泥蒸發(fā)的揮發(fā)分的污染，因此干燥介質(zhì)進(jìn)一步凈化要容易得多。由于污泥黏度大，含水率高，呈膠狀結(jié)構(gòu)，會(huì)影響到間接干燥過程及其傳熱系數(shù)，為此本文采用間接干燥機(jī)——楔形槳葉式干燥機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究了污泥的干燥過程，獲得了不同轉(zhuǎn)速下干燥過程的平均傳熱系數(shù)，以期為污泥楔形槳葉式干燥機(jī)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)流程及實(shí)驗(yàn)方法

污泥間接干燥的實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示。由蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽，進(jìn)入到污泥干燥機(jī)——槳葉式干燥機(jī)的空心槳葉和干燥機(jī)外殼夾套內(nèi)，與濕污泥間接接觸，實(shí)現(xiàn)污泥的干燥過程。濕污泥通過污泥加料機(jī)連續(xù)定量地送入污泥干燥機(jī)的入口，邊干燥，邊破碎，最后從干燥機(jī)的出口排出。

圖1 污泥間接干燥流程

槳葉式干燥機(jī)的主要傳熱面是焊接在兩根空心軸上的有許多對空心槳葉的熱軸表面。熱軸是空心槳葉干燥機(jī)的核心部件。葉片為楔形，對污泥有攪拌、擠壓、松弛作用。由于兩個(gè)相互嚙合的熱軸（見圖2）異向旋轉(zhuǎn)，所以對污泥有一定的清理作用，可以防止粘壁而影響傳熱效果。楔形空心葉片的兩塊扇形斜板的傾斜度相同、方向相反，對稱于軸線。葉片在干燥機(jī)內(nèi)主要起攪拌和傳熱作用，不對污泥起輸送作用。在干燥過程中，污泥由入口向出口的移動(dòng)主要是借助于設(shè)備安裝時(shí)的一定傾斜角和入口到出口固體料層厚度不同的聯(lián)合作用。

圖2 兩熱軸嚙合結(jié)構(gòu)

此次實(shí)驗(yàn)研究的設(shè)備及工藝的主要參數(shù)如下。

干燥機(jī)夾套外殼尺寸：1660 mm×400 mm;

干燥機(jī)內(nèi)殼尺寸：1580 mm×318 mm;

干燥機(jī)進(jìn)料口到出料口中心軸間距：1362 mm；

干燥機(jī)攪拌軸間距：128 mm;

干燥機(jī)攪拌葉片直徑：160 mm;

干燥機(jī)葉片與夾套間隙：15 mm;

干燥機(jī)夾套加熱面積：0.7 m2;

干燥機(jī)熱軸加熱面積：1.8 m2;

干燥機(jī)熱軸轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速是可調(diào)的，實(shí)驗(yàn)選取的轉(zhuǎn)速分別為6 r/min、10 r/min和15 r/min；

蒸汽壓力：≤0.5 MPa；

污泥：某化纖廠生化污泥，含水率80%，實(shí)驗(yàn)時(shí)將其含水率調(diào)制到40%以下。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 污泥的干燥過程

實(shí)驗(yàn)時(shí)，測量了污泥在干燥機(jī)不同位置的溫度，并取出該位置的少量污泥樣品，采用 Sh10A型水分快速測定儀測出其相應(yīng)的含水率。污泥在干燥機(jī)內(nèi)不同位置的溫度及相應(yīng)的含水率 （濕基含濕量）如圖3所示。

圖3 污泥在干燥機(jī)內(nèi)不同位置的溫度和濕基含濕量

由圖3可以看出，污泥在干燥機(jī)內(nèi)經(jīng)歷了快速升溫階段、恒溫階段和升溫階段。在快速升溫階段，污泥的含水率變化很小，從33%降到29%，這和一般物料的干燥過程相類似，屬于干燥過程的預(yù)熱階段；在恒溫階段，污泥的含水率急劇降低，從29%降到15%，但此時(shí)污泥的溫度幾乎不變，說明污泥表面濕潤度高，污泥內(nèi)部水分遷移到表面的速度大于表面水分蒸發(fā)速度，這屬于干燥過程的恒速階段；在最后的升溫階段，污泥表面水分幾乎蒸發(fā)完畢，而從內(nèi)部遷移到表面的水分跟不上污泥表面水分蒸發(fā)的要求，所以污泥的溫度略有升高，此階段屬于降速干燥階段，降速干燥時(shí)污泥的含水率從15%降到了10%。此次實(shí)驗(yàn)受制于干燥機(jī)的長度，污泥在降速干燥階段開始不久即被排出干燥機(jī)，否則污泥最后的含水率還會(huì)降低，污泥的溫度還會(huì)繼續(xù)上升。

圖3說明了污泥在槳葉式干燥機(jī)內(nèi)干燥時(shí)，基本遵循了一般物料干燥過程的規(guī)律，依次表現(xiàn)出預(yù)熱階段、恒速干燥階段和降速干燥階段。

2.2 污泥間接干燥過程的傳熱系數(shù)

本文實(shí)驗(yàn)研究了不同轉(zhuǎn)速下污泥干燥機(jī)的傳熱系數(shù)，獲得的數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 不同轉(zhuǎn)速下污泥干燥過程的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表1可以看到，在其它條件不變時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的提高，污泥在干燥機(jī)內(nèi)的停留時(shí)間有所減少。筆者認(rèn)為，雖然在槳葉式干燥機(jī)中，空心槳葉的轉(zhuǎn)動(dòng)只起到攪拌和換熱的作用，起不到輸送被干燥物料的作用，但是干燥機(jī)內(nèi)被干燥物料的輸送與槳葉間物料料層的厚度有關(guān)。槳葉轉(zhuǎn)速的提高，有利于槳葉間料層厚度的增加，而厚度的增加有利于物料的輸送，使物料的停留時(shí)間相應(yīng)地減少。

由表1還可以看到，在其它條件不變時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的提高，污泥干燥后的含水率、干燥機(jī)出口污泥溫度都有所下降。因?yàn)殡S著轉(zhuǎn)速的提高，槳葉的攪拌作用得到加強(qiáng)，自清理槳葉表面附著的污泥速度加快，從而降低了導(dǎo)熱過程的熱阻，提高了熱量傳遞速率，最終使污泥干燥后的含水率、干燥機(jī)出口污泥溫度都得到了降低。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，干燥機(jī)的平均傳熱系數(shù)隨著攪拌轉(zhuǎn)速的提高而增大，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)速的提高，增加了污泥的翻滾速度，強(qiáng)化了槳葉和污泥的傳熱過程，所以在干燥機(jī)進(jìn)口溫度不變的前提下，干燥機(jī)出口污泥溫度降低了，提高了干燥過程中熱量的利用率，因此干燥機(jī)的平均傳熱系數(shù)隨著轉(zhuǎn)速的提高而增大。

3 結(jié)論

（1）污泥在間接干燥過程中，與一般物料一樣，存在著預(yù)熱階段、恒速干燥階段和降速干燥階段。

（2）通過實(shí)驗(yàn)研究，得到了不同轉(zhuǎn)速下干燥過程的傳熱系數(shù)，且傳熱系數(shù)隨著攪拌轉(zhuǎn)速的提高而增大。