污泥干燥机论文（精选6篇）
污泥干燥机论文 篇1
随着时代的发展与进步, 一些先进的污泥处理技术不断的出现在市面上, 而且, 开始被大量的应用到了相关行业的污泥处理中, 在提升工作质量, 改善生态环境上都发挥了一定的作用。对此, 文章通过下文就对印染污泥蒸汽管回转干燥机干燥技术的相关内容进行了分析与阐述, 从而为有关单位及工作人员在实际工作中提供相应的理论支撑。
1 技术研究背景分析
文章以印染行业的污泥处理技术为例进行探究。在印染场生产的过程中, 会将很多的污水排放出来, 他们在处理污水时通过机械脱水产生滤饼废弃物或者泥浆即为污泥, 含水率在60%到85%左右。因为很多环节都会生成污水, 有机污染物浓度高、酸碱度变化大、水质变化大等特征, 所生成污泥的成分也非常多样, 为后续处理带来极大的影响, 如印染污泥, 因为含有浆料、助剂和染料等。成分十分复杂, 并且, 染料的结构含有氨基化合物、硝基、铬、锌、砷、铜等金属元素, 生物毒性比较大, 对环境带来的污染比较严重, 为危险废弃物。
现阶段, 我们国家的污泥处理工艺为先利用机械脱去污泥中的水, 在利用加热干燥深度脱水将热值提高, 之后进行焚烧。焚烧工艺和污泥机械脱水机技术相对比较成熟, 而一定的问题还存在于污泥干燥中。有很多污泥干燥的方法, 其中包括:圆盘干燥机干燥工艺、回转窑干燥工艺、桨叶干燥机干燥工艺、带式干燥机干燥工艺等。在小规模处理中适合应用上述技术, 对于大规模的处理不太适合, 还存在很多问题。
首先, 干燥之后粉料多, 干污泥扬尘严重, 产生二次污染, 输送存在问题多。其次, 系统配套设备复杂多样, 维护成本高, 操作复杂。再次, 单台设备处理量有限, 每天每台设备处理量在100吨左右, 需要用多台设备才能够实现规模化处理, 设备所占空间较大, 投资高。
2 污泥蒸汽管回转干燥机干燥技术研究
2.1 技术特征分析
首先, 污泥干燥分析。通过输送系统, 向蒸汽管回转干燥机内定量连续加入湿污泥, 将多圈蒸汽管束设置在干燥机的内部, 将低压饱和蒸汽通入到内部, 通过蒸汽和管壁间接的对湿污泥进行换热处理, 倾斜的设置干燥机, 在回转的时候, 一边加热湿物料, 一边网出料口位置移动, 完成干燥并且合格之后, 从干燥机内锁气阀和益流板中将物料排除, 向着下段工段中进入。
其次, 蒸汽和冷凝水系统。低压蒸汽冷凝后变成冷凝水, 从蒸汽管干燥机旋转接头排出进入热水罐, 通过热水泵排出进行回收。
再次, 尾气处理系统分析。从干燥机的尾部排除污泥干燥生产的尾气, 向着喷淋洗涤塔中输送, 通过循环泵循环使用喷淋水, 经喷淋除尘净化预冷却尾气后, 向着冷凝器进入, 完成冷凝除水, 生成冷凝水, 然后向着下游工艺中进入, 对尾气完成出水之后, 通过引风机抽吸, 向下游工艺中进入, 进行冷凝除水, 产生冷凝水进入下游工艺, 尾气除水后经进入下游工艺。
2.2 干燥装置分析
(1) 蒸汽管回转干燥机。是由托轮、旋转接头、筒体、螺旋加料机、滚圈、及其传动系统构成。其作用是通过蒸汽间接加热湿污泥生成蒸汽, 设备筒体与蒸汽管道同时转动, 污泥在筒体内管束间回转滚动, 停留一定时间后, 污泥滚成为球形并被干燥, 污泥热值提高。蒸汽管回转干燥机可通过增大直径, 加长筒体来增加换热面积, 目前国内蒸汽管干燥机换热面积可达到几千平米。
(2) 热水罐。它的主要功能是把蒸汽回转干燥机生成的冷凝水同蒸汽分开, 分开气液之后, 从热水罐的底部就会排出热水, 进而保证蒸汽压力在蒸汽管干燥机中是稳定的。
(3) 锁气器。把大气和蒸汽管干燥机筒体内腔分开, 减少不凝气蒸汽干燥机内进入。
(4) 喷淋洗涤塔。是通过喷淋水洗涤干净干燥尾气中的粉尘, 此外, 令干燥尾气达到饱和。
(5) 冷凝器。是把干燥尾气中的水应用降温饱和方式去除。通常应该降低到50℃以下。
(6) 引风机。其主要功能是引出干燥系统不凝气的负压, 并向下游工艺鼓入完成处理。
(7) 循环泵。循环使用尾气喷淋水, 利用循环泵增压喷淋水, 均匀喷洒到向着干燥尾气中均匀完成喷洒。
(8) 热水泵。把热水罐中的热水送入下游工艺进行回收。
2.3 干燥技术的操作方法和作用分析
2.3.1 具体的操作方法分析
干燥系统操作方法如图1所示:通过输送系统将湿污泥向着蒸汽管回转干燥机内输入, 将多圈蒸汽管束设置在干燥机的内部, 将低压饱和蒸汽通入到其内部, 湿泥利用管壁和蒸汽的间接转换。倾斜的设置出干燥机, 在回转的时候, 一边加热湿物料, 一边往出口料位置完成移动。完成了干燥加工之后, 从干燥机中排出, 向着下一道工序中进入。冷凝了低压蒸汽之后, 就会相应的变为了冷凝水。在蒸汽管干燥机旋转接头中被排放出来之后, 向着热水罐中进入, 利用热水泵排除来之后完成相应的回收。从干燥机尾部排除干燥生成的尾气, 向着喷淋洗涤塔中进入, 尾气经喷淋除尘净化预冷却后进入冷凝器进步冷凝除水, 产生冷凝水进入下游工艺, 尾气除水后经引风机抽吸进入下游工艺。
2.3.2 该操作方法的作用分析
(1) 蒸汽管回转干燥系统处理量大。单台设备每天可干燥80%左右的污500~1000吨左右, 甚至更高。
(2) 干燥系统设备少, 系统可靠稳定。干燥系统中很多都是常规设备, 除了蒸汽管回转干燥机之外。喷淋塔、冷凝器、热水罐、风机、泵等都为常规的设备。设备的系统更加可靠, 设备应用数量不多。
(3) 湿污泥经蒸汽管回转干燥机干燥后, 成为圆球状, 后续输送方便, 无扬尘。污泥在干燥机内干燥的同时与干燥机管束碰撞, 形成小颗粒, 在回转的过程中形成圆球状。干燥污泥在后续输送中无扬尘, 方便输送。
(4) 干燥尾气及其污泥在密闭系统内进行, 不会向着周围环境中泄露, 对环境带来的影响较小。
(5) 干燥尾气都应用冷凝出水以及喷淋洗涤方式, 大量的减少保尾气的冷凝物质, 后续处理装置负荷不高, 处理起来比较容易。
3 结束语
综上所述, 印染污泥经过蒸汽管回转干燥机干燥系统处理后, 可形成圆球状干污泥, 后续处理简单。干燥系统处理规模大, 占地面积小。系统设备少, 相对节能, 装置投资低。蒸汽冷凝成水可回收再利用。对于规模化污泥处理装置非常适合。
摘要：纺织印染行业是我国的一个传统支柱行业, 在提供多样化纺织产品的同时, 也产生严重污染。印染过程中需要利用多种化学药剂, 并且会产生大量印染污水, 污水处理后存留大量的印染污泥。因此, 如何科学处理这些污泥, 是摆在我们面前的一个难题, 需要引起我们的重视。
关键词：印染污泥,蒸汽管回转干燥机,干燥技术
参考文献
[1]詹仲福, 曹善甫, 窦岩, 等.蒸汽管回转干燥系统研究[J].化工机械装置, 2011 (8) .
[2]王伟云.污泥间接薄层干燥与热压力耦合脱水干燥研究[J].大连理工大学, 2013 (8) .
[3]陈臻, 张璧光, 李延军, 等.杉木木束热风循环干燥的正交实验分析[J].干燥技术与设备, 2005 (2) .
污泥干燥技术及排放特性分析 篇2
关键词：污泥,干燥技术,排放特性
1 直接干燥技术与排放特性
1.1 直接干燥技术
污泥直接干燥技术利用污泥与热介质直接接触, 通过热介质低速流过污泥层将热量传递给污泥同时带走污泥表面蒸发出来的水分和污泥释放出的污染气体。它的特点是传热效率高, 热介质流量大, 干燥速度快, 且传动装置少, 结构简单, 便于操作。目前采用的技术有烟气余热干燥技术、尾气循环干燥技术和过热蒸汽干燥技术等。烟气余热干燥技术是利用热电厂排放的热烟气干化污泥, 干燥系统封闭性好且氧气含量低, 避免了污泥在干燥过程中氧化燃烧现象, 可一次将含水80%左右的污泥直接干燥至含水率10%~40%, 干燥后的污泥成小颗粒状。尾气循环干燥技术是利用尾气的循环将碳和污染气体的排放量降低至尾气直接排放量的20%, 同时大大减少了系统中混入氧气含量, 增加了系统安全性, 最终干污泥含固率高达92%~95%, 品质稳定, 颗粒状成形明显, 易于存储与后续处理。污泥过热蒸汽干燥技术是一项逐渐发展的新技术, 它利用了过热蒸汽与污泥直接接触而去除水分, 干燥机排出的废气大部分都是蒸汽, 利用冷凝的方法可以方便的回收蒸汽的潜热再加以利用, 所以热效率较高[1]。利用过热蒸汽技术可以在流化床、搅拌干燥机和闪蒸干燥机上进行污泥干燥。
1.2 直接干燥排放特性
研究直接干燥的排放特性对优化污泥直接干燥减少环境污染具有重要意义。烟气余热在低于200℃的温度下干燥污泥可以最大限度地控制有机物、硫化氢、BTEX (高于150℃释放明显) 和苯酚等有害气体的释放, 但干燥温度也不能太低, 太低降低干燥效率, 所以干燥温度选择200℃左右比较合适[2]。电厂一般废热烟气的温度可以达到200℃左右, 加之污泥干燥过程对烟气有一定脱硫作用, 所以利用电厂废热烟气干燥污泥值得推广。另外利用过热蒸汽直接干燥污泥的排放特性对采用过热蒸汽干燥污泥的设计具有重要价值, 所以也值进一步研究。
2 间接干燥技术及排放特性
2.1 间接干燥技术
间接干燥技术又称接触干燥技术, 它的热介质 (热导油、水蒸汽) 与载气是分离的。热介质不直接与污泥接触, 通过热交换器将热量传递给污泥使水分蒸发, 再由载气将干燥机中的水蒸汽和污染物带走。污泥间接干燥技术热效率高, 干燥尾气处理量小, 干燥蒸汽可以很容易的冷凝下来, 系统混入氧气量低, 运行更加稳定安全, 干燥温度一般比直接干燥低, 污染物的释放量也小于直接干燥, 且干燥后污泥品质也更加优良 (污泥不会燃烧) [3]。常见的有空心桨叶式污泥干燥技术、卧式转盘污泥干燥技术、污泥薄膜干燥技术、垂直多盘式污泥干燥技术等。空心桨叶式干燥设备核心部件主要由夹套、空心热轴、楔形空心叶片和传动装置组成。干燥污泥时, 由于污泥在含水率30%~60%左右会具有很强的粘性且容易结块粘壁, 影响干燥效果, 所以国内一般会采用“污泥返混”工艺解决[4]。干燥过程产生的尾气量少, 干燥后的污泥含固率可达90%~92%。特点是设计局限于中小机型, 处理的规模小, 干燥效率低, 加之干燥机设计复杂, 较直接干燥设备初期的投资较大, 成本高。转盘式干燥设备主要由中心贯穿的转盘 (转子) 、圆筒形外壳 (定子) 及驱动装置组成, 具有间接干燥技术共有的优点:热介质不受污染, 尾气量少, 二次污染集中于冷凝液中, 系统粉尘量低, 氧气含量少, 安全性高, 设备占地面积小, 运行稳定, 适用于污泥半干化和全干化。
2.2 间接干燥排放特性
间接干燥排放的气体主要为氨气、挥发性有机酸 (甲酸、丙酸) 和庚烷等有机污染气体。排放气体的冷凝处理有利于降低尾气中二次污染气体的排放量, 但作用有限。污泥干化气体中挥发性化合物的主要成分为NH3、CH4、C7H16、CO2和挥发性有机酸, 这几种污染物的排放速率在干燥过程中随污泥含水率降低而有不同变化。冷凝液有机物成分在低温105℃~145℃阶段以醇类和链状烷烃为主, 在高温205℃以烯烃和芳香烃为主, 均不属于《地表水环境标准》中监控污染物和EPA优先控制污染物, 因此毒性相对较低。高温下污泥中污染物排放增加, 所以单从排放考虑, 200℃左右的干燥温度也适用于间接干燥工艺。
3 结论
1) 污泥直接干燥技术采用电厂或垃圾焚烧厂等工业锅炉所产生的废热烟气作为污泥直接干燥的热源、设计尾气的循环回路以及热能的回收利用装置, 不仅环保节能而且降低污染物的排放和处理成本。将过热蒸汽运用于污泥直接干燥具有良好前景和研究价值。
2) 污泥间接干燥技术如空心桨叶式干燥技术与转盘式干燥技术等技术在污泥干燥方面具有其优势, 但在大型化设计以及结构和工艺的优化方面仍具有很大的研究空间。
3) 从污泥直接与间接干燥排放特性的研究可以发现:影响污染物释放的因素主要有污泥的种类、含水率、干燥温度、含氧量和干燥时间。污泥干燥的温度宜选择200℃左右, 污泥干燥工艺的设计需综合考虑各方面因素。
参考文献
[1]张绪坤, 苏志伟, 王学成.污泥过热蒸汽与热风薄层干燥的湿分扩散系数和活化能分析[J].农业工程学报, 2013, 29 (22) :226-235.
[2]张万里.污泥转盘干化技术研究及工艺优化[D].沈阳:沈阳航空航天大学, 2012.
[3]朱晓琬, 邓文义, 王飞, 等.桨叶干燥机热处理干燥制革污泥的排放特性[J].化工学报, 2008, 59 (8) :2083-2088.
污泥干燥焚烧发电的生命周期评价 篇3
污水污泥是生活污水经过处理后的副产物,由于具有容量大、含水率高、不稳定、易腐败、有恶臭,并含有一些有害人类健康的致病菌、寄生虫和重金属等特点,需有效进行处置,并满足减容化、稳定化、无害化和资源化的要求[1]。国际上,污泥的处理先后经过了海洋投弃、土地填埋、堆肥、焚烧和深加工再利用等处置方法。利用污泥干基具有可燃性的特点焚烧污泥发电能有效地处理大量污泥,且通过焚烧可回收利用污泥的热量,这使得焚烧具有很大的吸引力[2]。为分析污泥焚烧处理对环境的影响,本文就目前污泥干燥焚烧发电的主要工艺进行生命周期评价,并分析各阶段对环境的相对影响程度。
1 污泥焚烧发电过程的生命周期清单分析
1.1 研究目标和研究范围
以污水处理厂经机械压缩后的污泥为研究对象,功能单位采用100 kg污泥。本文在进行生命周期分析时主要考虑3个过程对环境的影响,即污泥的运输过程、污泥焚烧过程和汽轮机发电过程。
1.2 污泥干燥焚烧发电过程
1.2.1 干燥过程
由于含水率为70.5%的湿污泥的低位发热量较低,不能在锅炉中单独燃烧。含水率为36%的干污泥低位发热量就能满足循环流化床锅炉。即要蒸发掉53.9 kg的水分,干燥后的污泥的元素分析和工业分析如下(单位,%):Car,14.03;Har,2.48;Oar,7.34;Nar,2.12;Sar,0.808;Aa,37.22;Mar,36;FC,3.56;Var,23.21。质量为46.1 kg,低位发热量为6 565.40 k J/kg。
1.2.2 直接热干燥技术
可利用锅炉排烟的热量对污泥进行直接干燥得到干化的污泥,然后进入锅炉进行燃烧。下面将利用型号为YG75-5.29/485-M11锅炉烟气作为热源的实际情况作简单分析[3]。污泥处理量Gw为4 000 kg/h,烟气进口温度145℃,烟气出口温度80℃。引风机设计值为168 273 m3/h,实际满负荷运行的烟气量在125 000 m3/h左右。实验结果为蒸发水份所需热量Q1为1 773.49 k W,物料升温所需热量Q2为120.95 k W,热损失Q3为99.71 k W,总热量Q为1 994.14 k W,水份蒸发量W为2 462 kg/h[4]。所以蒸发53.9 kg的水需要煤6.95 kg。已知,每消耗4 t标准煤,向大气排放CO210 t、SO280 kg、NOx50 kg、粉尘500 kg[5]。则每燃烧6.95 kg的煤向大气中排放:CO217.38 kg,SO20.14 kg,NOx0.087 kg,粉尘0.87 kg。
1.2.3 焚烧发电过程
这里的分析计算采用25 MW直接燃烧发电系统。该过程能耗由发电系统自身提供。每燃烧46.1 kg的干污泥释放热量302 665 k J。系统发电效率为20%,总发电量为16.81 k W·h,其中自用电量占10%为1.68 k W·h,实际输出电量为15.13 k W·h。干污泥经过燃烧产生烟气,烟气通过汽轮机做功产生电能输出,乏气排入环境。由于整个发电系统的碳转化率为90%,故有90%的碳最后排放入大气环境,剩余10%以固态灰渣形式被转移出系统。假设这90%的碳都是以CO2的形式排入大气,干污泥燃烧后的S完全是以SO2的形式排放,NOx的排放量与燃烧相同量的标准煤近似相等。则每燃烧46.1 kg污泥向大气中排放:CO223.72 kg,SO20.74 kg,NOx0.58 kg,灰渣17.16 kg。加上烧煤对大气的总排放为:CO241.1kg,SO20.88 kg,NOx0.667 kg,粉尘0.87 kg,灰渣17.16 kg。
1.3 整个生命周期中的能量消耗分析
根据上面的分析,在整个污泥干燥焚烧发电系统中,发电过程的能量由系统自身的发电量提供,不需要耗能,整个生命周期中的能耗仅考虑焚烧干燥污泥和运输过程。本项目整个生命周期中的能量消耗如下:运输过程消耗汽油0.14 L,对大气排放CO20.066 kg,NOx0.001 14 kg,HC 0.000 39 kg,CO0.003 3 kg;干燥过程消耗煤6.95 kg;发电过程输出电量15.13 k W·h。本项目整个生命周期对大气的总排放为:CO241.17 kg,SO20.88 kg,NOx0.67 kg,粉尘0.87 kg,HC 0.000 39 kg,CO 0.003 3 kg,灰渣17.16 kg,对外输出电量15.13 k W·h。
2 生命周期影响评价
影响评价是对清单分析阶段得出的环境压力(环境干扰因子)进行评价的1个技术过程,包括定量,定性评价。按照国际标准化组织的ISO14040的框架,影响评价包括3个步骤:分类、特征化和加权评估[6]。根据计算结果,本项目可能造成的资源耗竭和潜在环境影响主要为全球变暖(GW);酸化(AC);富营养化(NE)及烟尘和灰尘(SA)。
2.1 资源耗竭系数
资源耗竭系数通过一次能源消耗来表征,在此将能源作为资源进行评价。本项目的一次性能源消耗如下:总耗能161.82 MJ,其中耗汽油0.1 kg,4.66 MJ;耗煤6.95 kg,157.16 MJ。
采用资源消耗基准对消耗量进行标准化,其单位为毫人当量。经标准化后的资源消耗中煤依然为主要部分,占98.5%,油占1.5%。为了反应资源的稀缺性,计算资源耗竭系数进一步加权分析后,煤的消耗比重降为94.7%,而油则升为5.3%。
2.2 环境影响负荷
2.2.1 环境影响潜值计算
假设本项目经历的时间为3个月。对于污泥的干燥过程,将各种废气排放转化为全球变暖潜值GW(100 a),得出总的GW为1 022.31 kg CO2/a,其中主要贡献来源于NOx(857.6)、CO2(164.68)、CO(0.023);总酸化影响潜值为5.4 kg SO2/a,主要贡献来源于SO2(3.52)、NOx(1.88);富营养化影响潜值为3.62 kg SO2/a,全部贡献来源于NOx。
2.2.2 环境影响潜值的标准化与燃煤发电的对比
已知发电煤耗量为377 g标准煤/(k W·h),若要发相同的电量则需要消耗标准煤31.69 kg,燃烧31.69 kg标准煤将会排放:CO279.23 kg,SO20.63 kg,NOx0.4 kg,粉尘3.96 kg。同样取服务周期时间为3个月,则消耗31.69 kg标准煤的环境影响潜值和加权分析与本项目的环境影响潜值和加权分析对比见表1。
根据表1,发相同的电量所需要消耗的标准煤焚烧排放的总环境负荷为315.14毫人当量,而湿污泥干燥焚烧发电项目的总环境负荷为279.73毫人当量,且可以节省24.74 kg的标准煤。从而可以看出,湿污泥干燥焚烧发电项目是1个节能环保的项目。
2.2.3 加权评估及环境影响负荷
对上述标准化后的影响潜值进行加权,并计算其总环境影响负荷。每干燥焚烧100 kg湿污泥在发电项目中为279.73毫人当量。结果表明,在湿污泥干燥焚烧发电项目对环境的主要影响为酸化,大于富营养化和全球变暖,烟尘对环境的影响最小。即酸化>全球变暖>富营养化>烟尘和灰尘。其中酸化、全球变暖、富营养化、烟尘和灰尘对总体环境影响潜力的贡献分别为39.1%、34.9%、15.5%、10.5%。说明在湿污泥干燥焚烧发电项目中,局域性影响依然占据首位,大于全球性影响,而地区性影响较小。
3 结语
通过对污泥焚烧发电项目进行生命周期评价研究,得出如下结论:湿污泥干燥焚烧发电对环境的影响小于煤的直接焚烧发电对环境的影响。从排放角度上看,污泥干燥过程对环境的排放在整个生命周期中所占比例为99.8%,具有决定性的影响,因此减少对环境排放的关键就在于减少湿污泥干燥焚烧发电过程中污染物的排放。湿污泥干燥焚烧发电项目中,局域性影响占据首位,大于全球性影响,而地区性影响较小。
参考文献
[1]曾庭华,严建华,蒋旭光,等.造纸污泥的流化床焚烧技术研究[J].浙江大学学报(工学版),1999,(5):254-258.
[2]贺兰海,单连文,姜钦明.焚烧法处理制浆污泥技术[J].环境保护,2006,11:61-63.
[3]相杰,程新群,高东兴,等.利用锅炉尾气干燥城市污泥研究[J].能源研究与信息,2007,2:67-74.
[4]徐小宁,邓文义,李晓东.污泥在桨叶式干燥机内干化特性研究[J].能源与环境,2007,3:53-55.
[5]邹治平,马晓茜.太阳能热力发电的生命周期分析[J].可再生能源,2004,(2):12-15.
[6]郑彬,赵绪新,马晓茜,等.生命周期评价方法及其应用[J].中国资源综合利用,2004,3:9-12.
污泥干燥筒流场数值模拟分析 篇4
关键词：污泥,干燥,分析,有限,流体
引言
回转干燥器的生产能力可以连续运行, 这对城市污水污泥处理无疑非常有利。但在实际应用中, 转鼓干燥器热效率不高, 内缸和缸内的温度和流动的状态的热流量的变化使运动机构污泥干燥机的研究不再局限于滚筒干燥过程中提出的数学模型和实验研究的干燥的过程。随着计算机技术的发展, 人们开始利用计算机技术对滚筒干燥设备的设计和开发。这为解释转缸内的物料运动、传热传质和滚筒干燥设备的研究开发过程提供了一个方便的参考。
本章运用ANSYS Workbench有限元软件对标准直型传热烘干机进行改进。近似表达式的可视化和仿真可以反映工作状态下的运行状态和状态参数, 对结构简单、操作方便的滚筒干燥设备的实际工况具有重要的参考价值。
1 基于ANSYS Workbench的滚筒烘干机的流场理论模型
旋转式干燥器中流体流动的物理数学模型, 是一种忽略了流体物理性质随温度变化、流体不改变、自然对流、辐射换热而改变的物理和数学模型。为了获得湍流粘性系数, 标准的双方程模型可以用来求解方程。因此, 可用方程解释。未知数有 (i=1, 2, 3) 、P、E、u1, 方程有1个连续性方程, 3个能量方程, 1个能量方程, 加上1个求解, 得到湍流粘度系数的方程, 使方程可以得出:
2 滚筒式干燥器的流场分析及计算模型
大型有限元软件ANSYS对workbench14.5复杂的多物理场耦合问题提供了最完美的解决方案。ANSYS公司拥有世界先进的网格, 计算结构力学、动力学、计算流体力学、线性和非线性动力学分析技术开发和提供世界一流的求解器技术, 并通过先进的软件和硬件平台的支持, 实现了大规模问题的有效解。
旋转式滚筒干燥器的流场分析和计算一般包括计算模型、边界条件和参数、计算和结果分析。滚筒烘干机的流场分析是基于ANSYS Workbench CFX分析模块建立在完整实体模型流场和自旋的信道模型的烘干机内部流场的分析。
流场计算模型的建立包括几何建模和网格划分。利用Solid Works软件生成筒烘干机模型, 如图1所示。将文件保存为x-t格式。利用ANSYS Workbench CFX分析模块进行流场计算, 文件导入x-t格式的几何designmodeler建立传输机流量的几何模型, 以便于在ANSYS ICEM CFD网格将烘干机的流场进行分块, 如图44中的烘干机流场的几何模型。该滚筒烘干机流场的ANSYS ICEM CFD网格划分, 主要包括几何模型的介绍, 编辑设置、网格和质量分析。
3 回转滚筒干燥器中流场的数值模拟与分析
滚筒干燥机电源内部流场的数值模拟是由求解CFX求解器计算。求解器可以监控解决方案, 显示收敛。当数值差值达到10-4时计算结束, 模块CFX后现代可视化技术的处理和滚筒烘干机内部流场进行详细分析, 得到流场的各种参数分布情况。
转筒干燥器内流体运动可以显示, 从入口沿轴向流出的气体, 在过程中流体的湍流和对流换热与外部气体的能量减少。因此, 从以下几个方面对滚筒式烘干机内部流场进行分析。
(1) 流量和流量。旋转式滚筒式干燥器的流线分布图显示了相对于气缸的气体速度。在鼓的流道, 气流分布更均匀, 从流体入口距离流体入口5.5m处是流体入口边界速度, 流体入口速度边界为4.115米m/s, 中间的气体流速较低, 逐渐接近0。流体的速度急剧增加, 出口速度最高达到9.617m/s。总体上, 转筒的内部结构设计很好。
(2) 压力。气体流动过程中, 它被称为随着气体在流动通道中的膨胀。压力逐渐减小, 气体对气缸体的结构作用力逐渐减小。由于气体流量不高, 流量过程中的气体压力很小, 浮动压力非常小。
(3) 温度。距离液对空气进口或出口中心位置的流体XY截面温度分布不同的入口位置, 分布在流体XY截面温度不同位置的中心位置。流体和外部对流传热方法, 管内壁结构在很大程度上影响着流体对流换热强度。在转鼓内壁无抄板和导流板, 在热流体温度分布的外转子圆筒壁面附近出现边界位置, 温度低于50℃, 温度分布主要在流体域圆壁面。在气缸壁的抄板和导流板, 在热分布的外部流体的温度, 使流体在转筒壁内部抄板和高强度的对流热传导板温差大, 约300℃, 说明了鼓内部结构增加液体的对流换热强度, 提高鼓干燥的热效率。
对流体区域为YZ纵断面的温度分布, 在流域边界的温度梯度变化大。之后, 温度梯度有逐渐减小的趋势。空气入口到出口气流的气流, 轴向壁温降低, 同时也均匀的径向扩散充分发展状态。空气温度1800℃, 最小气流温度1500℃。分析表明, 在不同强度的对流传热的不同位置和流体域的边界层对流换热强度大于内部流体域的热传导流体域的强度, 尤其是在导向板和抄板和外部对流换热能力, 转筒内的温度分布和热流扩散筒的内部结构, 转鼓干燥机内部结构边界地区是最强的干颗粒污泥, 颗粒污泥的干燥效果明显。
4 滚筒式干燥器内部流场的能量分析
转烘干机内部流场分析后, 根据旋转滚筒干燥器内流体流动的方向, 流体在流动中的湍流和外部对流散热效果, 流体能量减少, 能量损失主要用于干燥和它的温度上升所产生的能量消耗。为了减少无用的能源消耗, 在外鼓增加保温装置, 减少热损失的液体。因此, 在流体与物料之间的对流换热越大, 整个滚筒干燥器的能量利用效率就越高, 实现了能量的充分利用。
5 小结
本文详细描述回转干燥器的内部流场, 并进行相应的分析。介绍了流体力学和热力学的基本理论, 在干燥机内的稳定的流体流动的数学模型, 忽略了流体的物理性质与温度、自然对流和辐射传热的作用, 流体相态变化, 结合湍流输运模型平均N-S方程, 考虑到雷诺兹的压力和相应的梯度方程的体积后, 添加等效粘滞系数和热扩散系数、湍流粘性系数为解决两方程模型, 可以使用标准;然后详细的介绍了基于CFX ANSYS Workbench平台的分析流程, 分析计算流量干燥器的一般模型, 设置边界条件和参数, 计算和结果分析处理。
通过计算, 烘干机的热空气流动相对稳定, 热量流经筒壁, 抄板和导向料板, 湍流效应加剧, 加速了流体和待干燥物料的传热传质, 说明旋转筒干燥器内部结构设计可以提高流体的能量利用率, 并根据数值模拟推断转干物料的对流换热系数, 强化传热和物料的干燥传热和传质能力, 提高使用效率。
参考文献
[1]周宏伟, 芮延年等, 带式干燥机污泥自动挤出装置结构优化设计, 机械设计与制造, 2014 (6) :43-45.
[2]郑光忠, 来宾垃圾焚烧发电厂污泥处理与资源化的技术, 化学工程与装备, 2014 (1) :179-181.
污泥干燥机论文 篇5
本试验研究了微波干燥城市污水处理厂脱水污泥的效能,比较了与常规加热相比的优势,并进行了经济可行性分析。
1 实验部分
1.1 材料和仪器
脱水污泥,广州市某城市污水处理厂,含水率为81.97%,沸点约为88 ℃。
三乐牌WLD07S-10微波炉,南京三乐电子信息产业集团有限公司;E11140型电子天平,美国奥豪斯公司;78-1型电磁搅拌器,北京诚萌伟业科技有限公司;JY型烘箱,吴江俊宇机械设备有限公司。
1.2 实验方法
微波炉功率并不等于被加热物质吸收微波功率。分别测定功率为300、400和500 W时,一定时间内1000 g水温度升高值和质量减少值,估算各功率下实际吸收的微波功率。
取100 g脱水污泥放于500 mL烧杯中,分别在300、400和500 W的微波炉功率下加热,每隔2 min将烧杯取出立即测污泥减少质量和温度,再迅速放回微波炉中继续加热,直至污泥干燥。为了与常规干燥对比,同时取100 g脱水污泥进行常规加热干燥,在103～105 ℃下的烘箱中进行。
1.3 分析方法
污泥含水率采用重量法测量。所有分析值均是平行三次测量的平均值。
2 结果与讨论
2.1 实际吸收微波功率计算
微波干燥过程中,污泥吸收的微波功率只占输出功率的一部分。实际吸收的微波功率的测定方法和计算公式由Schiffiman提出并被广泛采用[9]。设定微波炉功率,在烧杯中加入1000 g水,放入微波炉中一段时间,使得水温超出常温5 ℃以上但低于100 ℃,加热结束后迅速取出快速搅拌,测量水的温度和剩余水的质量,通过下式计算:
式中:P——微波炉实际输出功率,W
T——水的温度升高值,℃
m——水的质量减少值,g
t——加热时间,s
实际吸收功率测定结果见表1。可知,微波炉300、400和500 W功率时实际吸收的微波功率为215、282和371 W。脱水污泥也含有高达约80%的水,可粗略的认为300、400和500 W微波干燥污泥时,污泥吸收的微波功率分别是215、282和 371 W。
2.2 微波干燥城市脱水污泥效能
图1是不同功率下,污泥含水率随时间变化曲线。可知,污泥含水率随加热时间延长呈现出先缓慢降低后快速降低的趋势。500、400和300 W分别加热14、18和22 min,污泥基本被完全干燥(含水率降到5%后不再明显变化)。而对照污泥在烘箱中连续加热30 min后,含水率为76.51%。可见微波干燥脱水污泥时比常规加热干燥迅速。在微波干燥脱水污泥过程中,在前4 min污泥温度就达到沸点88 ℃,之后温度维持在88～100 ℃,直到500、400和300 W微波分别处理的10、14和18 min;此后继续辐射则污泥温度升高,在污泥完全干化时(500、400和300 W微波分别加热14、18和22 min),温度已经达到180～200 ℃,该温度下污泥中易分解的有机质会发生热解[10],这说明干燥后期伴随着污泥的热解。
2.3 微波干燥城市脱水污泥经济性分析
根据300、400和500 W微波辐射时,吸收微波功率分别是215、282和371 W,可计算出1 kg脱水污泥被干燥时吸收的微波能量分别是2838、3046和3116 kJ,其平均值为3000 kJ。
假定固体不吸收能量,可计算出理论上所需能量。虽然微波干燥脱水污泥的终点温度高于100 ℃,但绝大部分时间温度都维持在88～100 ℃。可用相同质量的水升高到100 ℃然后再从液态转变成气态所需要的能量近似表示理论上需要的能量。
一部分能量为污泥升温所需能量。起始温度20 ℃,设干燥最终温度为100 ℃,计算如下:
W1=4.2×1000×81.97%×(200-20)×10-3=275 kJ (2)
还需一部分能量用于100 ℃水从液态转化成气态。假设污泥干燥的最终水含量为5%,计算如下:
W2=2280×[1000-1000×(1-81.97%)/(1-5%)]×10-3
=1847 kJ (3)
理论上需要总能量为:
W=W1+W2=2122 kJ (4)
实际上消耗了3000 kJ。因此能量利用率为70.7%,损失能量为878 kJ。
污泥干燥能使体积极大减少,降低了后续处理成本,并且干燥污泥用于燃烧放热,这两方面可弥补微波干燥污泥时能量利用率不太高的缺点。未掺燃料的干化污泥的燃烧值一般可达到800～1300大卡,燃烧值取1000 大卡。1 kg脱水污泥干燥所得干化污泥(含水率按5%算)燃烧可以放出热量可达约800 kJ,如式(5)。因此,微波干燥脱水污泥能量利用率很高,在经济上可行。
Q=(1-87.97%)/(1-5%)×4200=797 kJ (5)
3 结 论
(1)微波干燥城市脱水污泥都具有比常规加热干燥更快的速度。污泥含水率随干燥时间的延长都表现出先慢速降低、后快速降低的特点,当含水率降低至5%左右时不再明显下降。干燥过程的后期伴随着污泥的热解。
(2)微波干燥脱水污泥时,当含水率从81.97%降低到5%时,可估算出污泥吸收的能量有约70.7%有效地用于干燥过程。对于1 kg脱水污泥的微波干燥过程,损失的能量为878 kJ,而所得到的干化污泥燃烧可放热约800 kJ,可补偿损失能量的绝大部分,微波干燥城市脱水污泥具有经济可行性。
参考文献
[1]杨宝林.污水处理厂技术概况和发展动向[J].中国给水排水,1999,7(4):13-15.
[2]马娜,陈玲,熊飞.我国城市污泥的处置与利用[J].生态环境,2003,12(1):92-95.
[3]邓佳卉,彭盘英.污泥处置与资源化研究现状[J].南京师范大学学报:工程技术版,2004,4(1):20-23.
[4]高健磊,闫怡新,吴建平,等.城市污水处理厂污泥脱水性能研究[J].环境科学与技术,2008,31(2):108-111.
[5]田禹,方琳,黄君礼.微波辐射预处理对污泥结构及脱水性能的影响[J].中国环境科学,2006,26(4):459-463.
[6]谢敏,谢周,刘小波,等.微波辐射对净水厂污泥脱水性能及分形结构的影响[J].环境化学,2009,28(3):418-421.
[7]李延吉,李润东,冯磊,等.基于微波辐射研究城市污水污泥脱水特性[J].环境科学研究,2009,22(5):544-548.
[8]方琳,田禹,武伟男,等.微波高温热解污水污泥各形态产物特性分析[J].安全与环境学报,2008,8(1):29-33.
[9]Schiffmann R F.Microwave and Dielectric Drying[C].In Handbookof Industtial Drying.New York:Marcel Dekker,1987:345-372.
污泥干燥机论文 篇6
1 桨叶干燥工艺
浆叶干燥器为夹套式, 夹套内通入余热导热油炉加热到300℃的导热油 (其回油返回余热导热油炉进行循环加热) , 污泥滤饼在桨叶的推送和夹套加热的作用下, 得以逐渐干燥。经干化后的污泥含水率可降低至10%, 干化后的污泥从出口落入回转窑进行焚烧。
1.1 桨叶干燥器设备原理
双桨叶干燥器由夹套外壳、双螺旋干燥输送轴、驱动机构、顶盖、排湿系统等组成。外壳夹套和干燥输送轴内通入加热介质。湿物料从干燥器设在顶盖上的加料口加入干燥器内, 在转动的干燥输送轴的推动下不断翻滚前进, 物料在运动过程中被加热, 进行传热传质完成干燥作业。双桨叶干燥器卧式工作, 干燥完成后由干燥器另一端的底部出料口排出且同时完成输送过程。整个干燥过程密闭操作, 从物料中释放出的水蒸汽由干燥器顶部的排气管直接排出。
1.2 设备干燥参数
污泥物性参数为:污泥含水量为60%, 干燥后干物料含湿水为10%, 加热介质为300℃导热油。
2 回转窑焚烧工艺介绍
干泥从桨叶干燥机出口进入回转焚烧窑内, 在窑体转动和引风机风力的拉动下, 在窑内进行焚烧。干泥经焚烧后形成干渣, 其80%以上较粗颗粒在二燃、沉降室内沉降, 20%以下较细颗粗伴随热风继续提升。沉降后的颗粒经二燃、沉降室底部排放口进入链式输送机再经立式提升机送至干渣贮存仓贮存。
2.1 回转焚烧窑
回转窑焚烧炉一般采用顺流式, 即窑体内物料运动的方向与烟气流向相同:干化污泥通过桨叶干燥出料料斗送入斜管后滑入回转窑内, 在回转窑内从高端向低端转动。随着筒体的转动缓慢地向尾部移动;干泥滑入转窑后行走5m时被点燃, 炉体内的污泥在回转窑体回转转动的推动下往下移动, 依次通过炉体的干燥区、燃烧区和燃烬区, 行走完21m时被燃尽, 燃尽后掉入出渣斗, 滑入排渣链式输送机对炉渣进行冷却、输送和贮存。通过不间断的送料达到连续运行的状态。
2.2 二燃室
为了使未燃烬物质彻底分解, 达到排放要求, 回转窑焚烧污泥后的烟气送入二燃室进一步燃烧。二燃室设置了天然气燃烧器助燃, 配置了独特的二次供风装置, 以保证烟气在高温下同氧气充分接触, 同时保证烟气在二燃室的滞留时间并根据二燃室出口烟气的含氧量进行调整供风量, 使烟气在炉内充分分解焚烧, 从而达到较高的分解率。
3 工程应用实例
河北省某企业采用桨叶干燥和回转窑干燥联合应用技术对城市污泥进行处理, 具体工艺流程见图1。
4 与喷雾干燥和回转窑焚烧工艺技术对比
河北省某企业桨叶干燥+回转窑焚烧联合技术与浙江某企业喷雾干燥+回转窑焚烧联合技术工艺对比情况见表1。
以上对比可以看出, 喷雾干燥为焚烧烟气直接进入喷雾干燥塔, 对污泥直接进行干燥, 此过程可能会产生其它更复杂的污染物, 并且对余热利用不充分。而桨叶干燥为间接污泥干燥工艺, 利用余热导热油炉回收焚烧烟气的余热后, 再由导热油间接干燥污泥, 污泥与焚烧烟气不直接接触。可有效控制烘干污泥用的导热油的温度, 在保证污泥干燥的情况下, 不生成其它有害污染物。因此桨叶干燥+回转窑焚烧联合技术优于喷雾干燥+回转窑焚烧联合技术工艺, 利用桨叶干燥器对目前通用的喷雾干燥+回转窑焚烧技术进行改进后, 可使污泥回转窑焚烧技术所产生的环境污染得到一定程度上的改善。
摘要：目前喷雾干燥和回转窑焚烧联合处理污泥技术已在国内部分城市应用, 并开始全国内推广, 本文对喷雾干燥技术进行了改进, 采用桨叶干燥和回转窑焚烧技术处理污泥, 并在工程中得以应用。
关键词：桨叶干燥,回转窑焚烧,污泥处理
参考文献
[1]北京市市政工程设计研究总院、国家城市给水排水工程技术研究中心、中国城镇供水排水协会排水专业委员会, 《全国城镇污水处理厂污泥处理处置规划研究》2011-5.