陳菲琳，暢凱旋，章華熔

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

余熱帶式干化技術(shù)是實現(xiàn)污泥減量化的主要技術(shù)之一，其原理是熱風(fēng)在風(fēng)機(jī)的作用下流動，并穿透污泥層發(fā)生熱交換使污泥水分蒸發(fā)，從而實現(xiàn)干化效果。干化機(jī)結(jié)構(gòu)會影響熱風(fēng)氣流分布情況，進(jìn)而會影響污泥的干化效果。Zhang 等人[1]的數(shù)值模擬試驗結(jié)果表明，網(wǎng)帶層數(shù)對氣流分布影響顯著，測點(diǎn)氣流流速存在明顯差異。

干化機(jī)進(jìn)風(fēng)口結(jié)構(gòu)同樣會影響干化機(jī)腔體內(nèi)部氣流分布，但相關(guān)研究鮮有報道。本文以脫水量為5000 kg/d 的余熱型帶式干化機(jī)為試驗對象，通過數(shù)值模擬分析不同進(jìn)風(fēng)口結(jié)構(gòu)腔體內(nèi)部流體分布情況，以期為帶式干化機(jī)進(jìn)風(fēng)口結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供參考。

1 數(shù)值模擬

1.1 建立模型

本次數(shù)值模擬選取工程中常用的k-ε模型，具體方程式見參考文獻(xiàn)[1]。按實際結(jié)構(gòu)1∶1 干化機(jī)腔體作為計算域，計算域采用網(wǎng)格和非網(wǎng)格化生成，網(wǎng)格數(shù)量為202 萬個。熱風(fēng)速度作為入口邊界條件，壓力作為出口邊界條件，無滑移壁面為導(dǎo)流裝置的邊界條件，多孔跳躍為傳送帶邊界條件。

1.2 試驗過程

實際運(yùn)行條件下，熱風(fēng)氣流在循環(huán)風(fēng)機(jī)作用下從干化機(jī)進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入干化機(jī)腔體內(nèi)，從上至下依次通過網(wǎng)帶上的污泥，最終從出風(fēng)口排出干化機(jī)腔體。

干化機(jī)單臺風(fēng)機(jī)風(fēng)量為4800m3/h，溫度為130℃，進(jìn)口截面為0.24m2的正方形，進(jìn)口速度為23.148m/s。污泥攤鋪厚度約為70mm。傳送帶的運(yùn)行速率為0.5m/min，孔徑為3mm，厚度為1.2mm，孔間距為5mm。

1.3 評價標(biāo)準(zhǔn)

采用分布均勻性相對均方根差Cv 定量評價測試斷面氣流均勻性，其值越小，表明氣流越均勻，其計算公式見參考文獻(xiàn)[2]。

2 結(jié)果與討論

2.1 進(jìn)風(fēng)口內(nèi)導(dǎo)流板的導(dǎo)流效果分析

在進(jìn)口管路彎頭未設(shè)置導(dǎo)流板的情況下，氣流整體偏向右側(cè)，彎頭下游局部風(fēng)速高達(dá)42.39m/s，局部風(fēng)速過大，上部空腔內(nèi)存在大范圍的渦流現(xiàn)象。在進(jìn)口彎頭管路設(shè)置導(dǎo)流板后，氣流最大風(fēng)速降低至34.5m/s，渦流現(xiàn)象有所改善。另外，增設(shè)導(dǎo)流板后，污泥上表面氣流速度分布均勻性得到改善，局部最高風(fēng)速由17.00m/s 降低至5.91m/s，有利于污泥的均勻受熱；進(jìn)風(fēng)口出口斷面Cv 值為0.078，有利于下層污泥的均勻受熱；進(jìn)風(fēng)口全壓總阻力降低了207Pa。

2.2 不同進(jìn)風(fēng)口出口結(jié)構(gòu)

通過數(shù)值模擬研究了三種進(jìn)風(fēng)口出口結(jié)構(gòu)干化機(jī)腔體內(nèi)氣流分布情況：結(jié)構(gòu)a 不做變動；結(jié)構(gòu)b 為進(jìn)風(fēng)口出口設(shè)兩層孔板，上層孔板與水平呈10°，下層孔板為水平布置，孔板開孔率為30%；結(jié)構(gòu)c 為進(jìn)風(fēng)口出口設(shè)3 層孔板，孔板與水平面垂直，孔板開孔率為50%。

2.3 不同進(jìn)風(fēng)口出口結(jié)構(gòu)對干化機(jī)內(nèi)部氣流分布的影響

2.3.1 進(jìn)風(fēng)口出口結(jié)構(gòu)a 內(nèi)部氣流分布

如圖1 所示，結(jié)構(gòu)a 內(nèi)部氣流模擬結(jié)果表明，氣流進(jìn)入干化機(jī)腔體后沿著后墻的壁面前進(jìn)，此處局部速度非常高，氣流分布不均，對設(shè)備會產(chǎn)生局部磨損現(xiàn)象。頂層污泥上游產(chǎn)生大范圍渦流，氣流不能豎直向下經(jīng)過污泥；底層污泥上游的速度分布均勻性很差，斷面平均風(fēng)速為0.793m/s，Cv 值為0.343。該結(jié)構(gòu)下系統(tǒng)阻力大、能耗高，污泥無法均勻受熱，干化效率差，最終導(dǎo)致出泥含水率不均，干化污泥成品質(zhì)量較差。

圖1 結(jié)構(gòu)a 內(nèi)部氣流模擬結(jié)果

2.3.2 進(jìn)風(fēng)口出口結(jié)構(gòu)b 內(nèi)部氣流分布

如圖2 所示，結(jié)構(gòu)b 內(nèi)部氣流模擬結(jié)果表明，增設(shè)兩層孔板后，風(fēng)機(jī)引起的偏流仍然存在，頂層污泥上游依然存在大范圍渦流，底層污泥上游的速度分布均勻性有一些改善，但均勻性依然較差，Cv 值為0.272，該結(jié)構(gòu)對整體渦流和氣流分有所改善，但不明顯。

圖2 結(jié)構(gòu)b 內(nèi)部氣流模擬結(jié)果

2.3.3 進(jìn)風(fēng)口出口結(jié)構(gòu)c 內(nèi)部氣流分布

如圖3 所示，結(jié)構(gòu)c 內(nèi)部氣流模擬結(jié)果表明，腔體頂部污泥上游的渦流范圍明顯減小，底層污泥上游的氣流速度分布均勻性得到較大改善，Cv 值為0.141。該結(jié)構(gòu)下污泥的干化更加均勻，熱風(fēng)能量的利用率提升。

圖3 結(jié)構(gòu)c 內(nèi)部氣流模擬結(jié)果

3 結(jié)語

在進(jìn)風(fēng)口彎頭內(nèi)及出口增設(shè)導(dǎo)流板，可以改善干化機(jī)上部腔體內(nèi)渦流現(xiàn)象和污泥表面速度分布均勻性，有利于下層污泥的均勻受熱。進(jìn)風(fēng)口全壓總阻力降低了207Pa，帶式干化機(jī)能耗水平下降。

在進(jìn)風(fēng)口設(shè)置垂直擋風(fēng)板，腔體頂部污泥上游的渦流范圍明顯減小，更多氣流能夠豎直向下經(jīng)過污泥，底層污泥上游的氣流速度分布均勻性得到較大改善，Cv 值為0.141，提高58.9%。該結(jié)構(gòu)下污泥干化均勻，熱風(fēng)能量的利用率高。