槳葉式干燥機污泥干燥試驗研究
行業(yè)動態(tài)
污泥是污水處理之后產(chǎn)生的近固體廢物，一座40萬t/d污水處理廠一天能產(chǎn)生含水85%～90%的污泥400t，中等城市一般都有兩到三座類似規(guī)模的污水處理廠，一天可產(chǎn)生800～1200t含水污泥。污泥成分復(fù)雜，除含有大量的水分外，還包含多種微生物形成的菌膠團及其吸附的有機物和無機物組成的集合體、有機物、病原微生物、重金屬、鹽類等等。污水污泥即使經(jīng)壓濾后仍含有大約80%～90%的水分，不僅使污泥整體結(jié)構(gòu)疏松，體積龐大，不便運輸和資源化處理，而且還提供了病原菌體生存繁殖的環(huán)境，造成了污泥處置的困難。采用填埋法來處置原生污泥由于存在占地多、潛在生物可利用率低、滲濾液污染地下水以及存在后處理費用等問題，因此受到了極大的限制。近年來是我國污水處理廠大量興建的時期，預(yù)計全國將建成上千座污水處理廠，每座廠每天要排放剩余污泥數(shù)百噸乃至上萬噸。如何處理好、利用好這些數(shù)量巨大的污泥，化害為利，已是當(dāng)務(wù)之急。
傳統(tǒng)的污泥處理技術(shù)有濃縮、穩(wěn)定化、脫水、干燥。濃縮和脫水只能將污泥含水率由99%降至80%左右。而污泥含水率只有降至40%～50%才能應(yīng)用。發(fā)達國家正在逐步要求污泥的含水率降至20%～30%，這樣可避免污泥由于微生物作用發(fā)霉發(fā)臭，從而處于穩(wěn)定狀態(tài)，目前只有干燥方法能夠使污泥的含水率降到如此低的水平。因此，開發(fā)、研究、應(yīng)用先進有效的污泥干燥技術(shù)工藝已是當(dāng)務(wù)之急，而現(xiàn)有的干燥工藝設(shè)備雖然成熟，但在污泥的應(yīng)用上卻不盡如人意。像常用對流傳熱型干燥機如轉(zhuǎn)筒干燥器，設(shè)備龐大，物料在干燥機內(nèi)停留的時間長，且粒度不均，能耗大而熱效率不高，物料與熱工介質(zhì)直接接觸使后續(xù)處理負荷加重。一些傳導(dǎo)傳熱型干燥機如水蒸氣管式干燥機雖然全部的能量用于干燥，能量消耗低，但對于粘度較大的污泥物料，常常吸附于管壁，不僅使干燥有效容積減小，而且大大增加了熱傳導(dǎo)阻力，降低了熱效率。本文介紹工藝結(jié)構(gòu)緊湊的槳葉式污泥干燥機以及應(yīng)用于污泥干燥的試驗情況。
1 槳葉式干燥機的結(jié)構(gòu)
槳葉式干燥機目前在我國大約有十多家企業(yè)生產(chǎn)開發(fā)該設(shè)備，多用于化工、食品行業(yè)如苛性鈉片、純堿、芒硝、食鹽等生產(chǎn)過程的干燥。槳葉式干燥機主要由空心槳葉軸及帶夾套的筒體、驅(qū)動裝置和熱源組成。機身包括筒體、軸和軸上的葉片都可傳熱，傳熱密度大。軸一般是成對的，兩根或者四根。軸上的空心葉片大部分設(shè)置成楔形，邊上附有輔助葉片，與筒體夾套的距離非常近，因此能夠增加攪拌強度以及消除筒體內(nèi)的傳熱死角。
在兩軸相對旋轉(zhuǎn)的過程中，葉片上揚時帶動筒體底部的物料翻轉(zhuǎn)，從兩軸中間落下掉到筒體底部。物料不停翻轉(zhuǎn)并與熱源接觸，從而被干燥。該干燥結(jié)構(gòu)相對于其他傳導(dǎo)加熱的干燥器縮短了干燥時間，增加了干燥速率。
槳葉式干燥機有明顯的特點：
①干燥機的軸、葉片和筒體設(shè)計緊湊合理，空間占有率低，且軸和葉片都能傳熱，干燥機的單位體積傳熱面積大，干燥速度快。
②軸勻速旋轉(zhuǎn)，物料得到均勻攪拌，干燥力度均勻，產(chǎn)物粒度均勻。
③熱介質(zhì)可重復(fù)使用。
④通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速、流程（間歇或是連續(xù)）以及干燥時間，可調(diào)節(jié)污泥的干燥效果得到不同的含水率。
⑤熱效率高。
⑥干燥顆粒運動規(guī)律性強，對器件磨損較小，是適合于污泥干燥的設(shè)備。
2 試驗
2.1 原料
本次試驗的污泥選用紹興污水處理廠的污水污泥，由來自于城市污水和印染廢水經(jīng)污水處理后壓濾脫水所得。紹興污泥相對于其他普通的污水污泥具有較高的含碳量，灰分低，干基熱值高，干燥后的污泥具有較高的資源利用價值。
2.2 干燥裝置
本次試驗采用原正公司的槳葉式干燥機。干燥熱源為加熱至155℃的導(dǎo)熱油，干燥機下端為半圓柱體，切面延長形成一個高0.3m干燥腔，長約2.5m，寬0.4m，有效傳熱面積約5.1㎡（槳葉3㎡+夾套2㎡）。中間有兩根轉(zhuǎn)軸，傾角為3°～4°。采用兩次分批加入污泥。初次加質(zhì)量39.5kg的污泥，原始水分為82.77%。90min后，加入第二批污泥，質(zhì)量為19.5kg。干燥時盡量使污泥充塞整個干燥機。整個干燥試驗歷時3h。為了考查污泥在干燥機內(nèi)的運動進度和失重，分別于干燥機前端、尾端、中部每隔15min取污泥樣品一次，測其水分含量。
3 污泥的干燥試驗及速率分析
在干燥機轉(zhuǎn)軸為3°～4°的時候，污泥前端約15～20min就可以走完2.2m全程。污泥大致均勻地平鋪在干燥機內(nèi)部隨著槳葉翻滾運動，吸收從壁面和槳葉的熱量蒸發(fā)干燥，前端干燥蒸汽濃密，尾端干燥的水分蒸發(fā)量較低。污泥含水率隨著時間變化，濕含量遞減，在干燥過程中，干燥機中端和尾端在干燥90min后污泥便能大致達到40%（中端干燥時間＜90min）。在這個含水率下，污泥完全燃燒的熱值已經(jīng)能夠滿足水汽蒸發(fā)的焓值和焚燒的熱損失，熱能自給自足。
污泥經(jīng)過2h的干燥后就大致定型為均勻的干燥污泥顆粒。在干燥機中干燥的污泥，由于槳葉不斷地攪拌，污泥的顆粒較小，在含水率60%時就形成較均勻且硬度較強的1～2mm的污泥顆粒，污泥的分散度高，適合進一步處理，如焚燒等，且在爐膛內(nèi)焚燒性能穩(wěn)定。
干燥90min后，污泥大致已經(jīng)能夠達到40%左右的干燥率。干燥機水分蒸發(fā)量只有6kg/(㎡·h)，遠遠小于干燥機額定蒸發(fā)量10～60kg/(㎡·h)。在有效容積不大的情況下，該干燥機的熱效率依然能達到80%以上。隨著有效容積率的提高，干燥機的效率還會增加。額定的干燥熱效率能夠達90%以上。干燥機壁面加保溫層，可有效地減少外層散熱。
4 工藝改進
試驗表面槳葉式干燥機擁有緊湊的結(jié)構(gòu)，相當(dāng)高的傳熱效率，攪拌葉片不僅能夠傳導(dǎo)傳熱，而且能夠打碎污泥，適合粘度大、水分高的污泥的干燥要求。但在試驗中也發(fā)現(xiàn)，運轉(zhuǎn)干燥機存在較大死角，干燥機限定了有效容積量，存在廢氣排放、轉(zhuǎn)軸壽命不長等問題，若能夠改進，則更適合污泥干燥。
4.1 死角改良
死角的出現(xiàn)，在不同的位置有不同的因素。在干燥機前端，污泥粘度較高，部分污泥黏附葉片上隨軸一同運轉(zhuǎn)。而大部分污泥則囤積在底部和葉片與葉片之間的間隙，不利于污泥的運動受熱。另外槳葉片往往被廠家打磨光滑，而相對于光滑的葉片，粗糙的葉片反而能增加傳熱。且?guī)游勰噙\動的葉片需要有一定黏附污泥的功能，因此葉片可以相對粗糙，尤其是前端葉片。由于葉片有自凈功能，故無需擔(dān)心污泥黏附。
在中端和尾端，污泥縮容且漸漸成粒。垂直于軸的葉片帶動污泥顆粒的能力有限，形成的污泥顆粒也同樣積在干燥機底部，如能增加葉片傾角，使葉片在軸投影方向上完全相互覆蓋，則可以減少污泥顆粒沉積。另外，可以適當(dāng)?shù)丶哟蟾稍餀C的傳熱面積，也可以在傳熱面積不變的情況下，更大地攪動底部，以減少死角。
4.2 干燥廢氣的收集
該干燥機排氣口較小，污泥蒸發(fā)出來的蒸汽往往在上蓋凝結(jié)成水，進入筒體，不僅形成污泥返濕，而且增加了干燥機上部流動氣體的濕含量，使物料與空氣的干燥梯度變小。在改進工藝中，除了需要加大排氣口尺寸，還可以選用引風(fēng)機將上層水汽引出，進入焚燒系統(tǒng)爐膛。因為這層水汽含有較為濃重的臭味，直接排放會污染廠房周圍的環(huán)境，而且較高的干燥溫度（＞150℃）易使污泥中部分沸點低的有機物進入水汽，而引風(fēng)機可讓筒體內(nèi)的廢熱回收，并且剩余廢氣可一同處理。對于干燥機來說，物料與氣體的濕度差變大，需增加干燥速率，減少干燥時間。
4.3 部分返濕工藝
污泥是縮容比極大的物料，含水率為40%的污泥能縮容為原有的1/10。處理污泥時，若干燥機轉(zhuǎn)速變大，污泥在干燥機內(nèi)停留時間縮短，污泥到達干燥機尾端時就可能達不到所設(shè)定的濕含量。若轉(zhuǎn)速慢，污泥雖能達到濕含量，但在污泥中端尾端有極大的空容積率，干燥機工作效率低，此時我們可以設(shè)置一個返濕工藝。返濕工藝較為簡單，即在干燥機下端設(shè)置一皮帶輸送，將新鮮原污泥輸送入干燥機。在攪拌過程中，新鮮污泥會涂在相對干燥堅硬的污泥顆粒表面，類似于一個造粒的過程。這種工藝可以減少污泥的粘度，降低干燥機前端葉片的攪拌阻力，縮短污泥干燥過程中的塑性階段，加快干燥速率。
4.4 傳動系統(tǒng)
槳葉式干燥機對傳動系統(tǒng)要求甚高。在干燥攪拌的過程中軸旋轉(zhuǎn)到某角度時阻力大，這回使軸承偏離中心，長期運轉(zhuǎn)就會造成磨損。如果在軸承上安裝一個減震系統(tǒng)，則能大大減少軸承的承受力和主軸的切向力，減輕主軸運轉(zhuǎn)的摩擦和來回振動，延長主軸的使用壽命。
5 結(jié)論
槳葉式干燥機具有相當(dāng)高的傳熱效率，攪拌的葉片不僅能夠起到傳導(dǎo)傳熱的效果，而且還能打碎污泥起到動力作用。它還擁有一般干燥所缺少的自凈功能，對大流量高粘度的污泥干燥來說是較為適合的。
（1）槳葉式干燥機設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，楔形葉片與壁面可同時傳導(dǎo)傳熱，傳熱效率高達80%。
（2）槳葉式干燥機擁有剪切自凈功能，特別適合濕料粘性大而干料不粘結(jié)的污泥物料。
（3）為了使槳葉式干燥機能充分在污泥處理行業(yè)推廣，可采取改善死角、物料返濕、尾氣處理等機械改造措施。
