污泥间接干燥过程的实验研究

宋金凤 郭宏伟

（东南大学能源与环境学院)

0 概述

污泥是污水处理后的产物，污泥中有较多的有机物，易腐、易发臭，还有病原菌和寄生虫卵等有毒有害污染物，若不妥善处理，会形成严重的二次污染。污泥的处置方法很多，常用的方法有土地填埋、污泥焚烧、厌氧消化、生物堆肥、林地施用、污泥热干燥处理及污泥低温热化学转化制油等。由于污泥含水率高，在利用某些技术处置污泥时，往往需要降低污泥的含水率，所以污泥的热干燥技术显得尤为重要。

污泥干燥技术分为直接干燥和间接干燥。直接干燥是指污泥直接与干燥介质接触，干燥时从污泥中蒸发的挥发分与干燥介质混合在一起，增加了干燥介质净化处理的难度。间接干燥是以热传导为传热方式的干燥过程，污泥与干燥 （热）介质不直接接触，干燥（热）介质不会受到污泥蒸发的挥发分的污染，因此干燥介质进一步净化要容易得多。由于污泥黏度大，含水率高，呈胶状结构，会影响到间接干燥过程及其传热系数，为此本文采用间接干燥机——楔形桨叶式干燥机进行实验，研究了污泥的干燥过程，获得了不同转速下干燥过程的平均传热系数，以期为污泥楔形桨叶式干燥机的设计提供依据。

1 实验流程及实验方法

污泥间接干燥的实验流程如图1所示。由蒸汽发生器产生的蒸汽，进入到污泥干燥机——桨叶式干燥机的空心桨叶和干燥机外壳夹套内，与湿污泥间接接触，实现污泥的干燥过程。湿污泥通过污泥加料机连续定量地送入污泥干燥机的入口，边干燥，边破碎，最后从干燥机的出口排出。

图1 污泥间接干燥流程

桨叶式干燥机的主要传热面是焊接在两根空心轴上的有许多对空心桨叶的热轴表面。热轴是空心桨叶干燥机的核心部件。叶片为楔形，对污泥有搅拌、挤压、松弛作用。由于两个相互啮合的热轴（见图2）异向旋转，所以对污泥有一定的清理作用，可以防止粘壁而影响传热效果。楔形空心叶片的两块扇形斜板的倾斜度相同、方向相反，对称于轴线。叶片在干燥机内主要起搅拌和传热作用，不对污泥起输送作用。在干燥过程中，污泥由入口向出口的移动主要是借助于设备安装时的一定倾斜角和入口到出口固体料层厚度不同的联合作用。

图2 两热轴啮合结构

此次实验研究的设备及工艺的主要参数如下。

干燥机夹套外壳尺寸：1660 mm×400 mm;

干燥机内壳尺寸：1580 mm×318 mm;

干燥机进料口到出料口中心轴间距：1362 mm；

干燥机搅拌轴间距：128 mm;

干燥机搅拌叶片直径：160 mm;

干燥机叶片与夹套间隙：15 mm;

干燥机夹套加热面积：0.7 m2;

干燥机热轴加热面积：1.8 m2;

干燥机热轴转速：转速是可调的，实验选取的转速分别为6 r/min、10 r/min和15 r/min；

蒸汽压力：≤0.5 MPa；

污泥：某化纤厂生化污泥，含水率80%，实验时将其含水率调制到40%以下。

2 实验结果及分析

2.1 污泥的干燥过程

实验时，测量了污泥在干燥机不同位置的温度，并取出该位置的少量污泥样品，采用 Sh10A型水分快速测定仪测出其相应的含水率。污泥在干燥机内不同位置的温度及相应的含水率 （湿基含湿量）如图3所示。

图3 污泥在干燥机内不同位置的温度和湿基含湿量

由图3可以看出，污泥在干燥机内经历了快速升温阶段、恒温阶段和升温阶段。在快速升温阶段，污泥的含水率变化很小，从33%降到29%，这和一般物料的干燥过程相类似，属于干燥过程的预热阶段；在恒温阶段，污泥的含水率急剧降低，从29%降到15%，但此时污泥的温度几乎不变，说明污泥表面湿润度高，污泥内部水分迁移到表面的速度大于表面水分蒸发速度，这属于干燥过程的恒速阶段；在最后的升温阶段，污泥表面水分几乎蒸发完毕，而从内部迁移到表面的水分跟不上污泥表面水分蒸发的要求，所以污泥的温度略有升高，此阶段属于降速干燥阶段，降速干燥时污泥的含水率从15%降到了10%。此次实验受制于干燥机的长度，污泥在降速干燥阶段开始不久即被排出干燥机，否则污泥最后的含水率还会降低，污泥的温度还会继续上升。

图3说明了污泥在桨叶式干燥机内干燥时，基本遵循了一般物料干燥过程的规律，依次表现出预热阶段、恒速干燥阶段和降速干燥阶段。

2.2 污泥间接干燥过程的传热系数

本文实验研究了不同转速下污泥干燥机的传热系数，获得的数据如表1所示。

表1 不同转速下污泥干燥过程的实验结果

由表1可以看到，在其它条件不变时，随着转速的提高，污泥在干燥机内的停留时间有所减少。笔者认为，虽然在桨叶式干燥机中，空心桨叶的转动只起到搅拌和换热的作用，起不到输送被干燥物料的作用，但是干燥机内被干燥物料的输送与桨叶间物料料层的厚度有关。桨叶转速的提高，有利于桨叶间料层厚度的增加，而厚度的增加有利于物料的输送，使物料的停留时间相应地减少。

由表1还可以看到，在其它条件不变时，随着转速的提高，污泥干燥后的含水率、干燥机出口污泥温度都有所下降。因为随着转速的提高，桨叶的搅拌作用得到加强，自清理桨叶表面附着的污泥速度加快，从而降低了导热过程的热阻，提高了热量传递速率，最终使污泥干燥后的含水率、干燥机出口污泥温度都得到了降低。

实验结果表明，干燥机的平均传热系数随着搅拌转速的提高而增大，这是因为转速的提高，增加了污泥的翻滚速度，强化了桨叶和污泥的传热过程，所以在干燥机进口温度不变的前提下，干燥机出口污泥温度降低了，提高了干燥过程中热量的利用率，因此干燥机的平均传热系数随着转速的提高而增大。

3 结论

（1）污泥在间接干燥过程中，与一般物料一样，存在着预热阶段、恒速干燥阶段和降速干燥阶段。

（2）通过实验研究，得到了不同转速下干燥过程的传热系数，且传热系数随着搅拌转速的提高而增大。