空心桨叶干化物流分析

　　有了空心桨叶干燥器的机械模型，就可以量化观察它作为一种污泥干化工艺的物流特点。

　　影响干化物流的主要有6项参数，处理量、湿泥密度、干泥密度、湿泥含固率、干泥含固率、返混含固率。其中，处理量可以假设为一个定值，即承认厂家所给定的设计蒸发量有效不变。湿泥和干泥密度可以假设为定值，过程中的密度呈线性分布。这样所需研究的仅有湿泥含固率、干泥含固率、返混含固率三项。

　　限于篇幅，以下不详列过程，只讨论结果和观察：

　　1、平均进料含固率的影响

　　当污泥干化工艺采用干泥返混时，返混比以及物料在干燥器内的停留时间是主要关注对象。根据我所得到的多份空心桨叶干化方案，可以确定这种工艺是需要干泥返混的，尽管量比某些典型的返混工艺要少得多。

　　仍以某13W2500型空心桨叶干燥器项目为例，进行物流分析。全干化时（含固率90％以上），干泥的平均密度一般低于600 kg/m3，含固率25％的湿泥密度取1000 kg/m3。方案所给出的13W2500机型蒸发强度为14.1 kg/m2.h。取返混后平均进料含固率为变量，试算取值区间40～65％。结果如下：

　　【返混比例】 指处理1份质量的湿泥需返回的干泥比例。当入口平均含固率取值40％时，仅需返回0.3份的干泥。而取值65％时，返混比将上升为1.6，相差可达5倍之多。平均进料含固率取值低时，所需输送的干泥量少，干燥器内物流输送速度低。由于干燥器的斜度小，低速流动对降低干化过程中的粉尘有利。

　　【停留时间】空心桨叶干燥器文献中常提到所谓“有效容积”，可能是指物料刚好浸没全部有效换热面积的净容积。在考虑污泥平均密度前提下，要满足空心桨叶干燥器正常运行的需要（大限度地利用好换热面），干燥器内需保持一定的填充率。可假设污泥的容积恰好等于该“有效容积”。

　　当污泥容积恰好等于干燥器有效容积时，污泥在干燥器内的理论停留时间应在1小时12分至4小时30分之间。其中，40%平均含固率为269.4分钟，45%为208.6分钟，50%为161.8分钟，65%为71.5分钟。参考不同文献所报道的空心桨叶干燥器处理时间，可判断空心桨叶干燥器所取的入口平均含固率应该在50％以下。

　　【干燥器内污泥留存量】指在瞬间停机时，干燥器内污泥的总留存量和干固体量。对此干燥器来说，入口平均含固率40-65%，对应的污泥存留量在15000-13400 kg之间，干固体量在10600-9100 kg之间。即平均入口含固率越低，干燥器内物流量越大。从工艺角度来说：

　　－ 每处理一公斤湿泥，在干燥器内至少要保持2～3公斤以上的混合物流，其中的三分之二以上为干固体；

　　－ 在初次启动或长期停机后重启时，可能需准备2～3倍于湿泥的干泥；

　　－ 在停机时需要较长的时间对干泥进行自然冷却；

　　－ 瞬间停机时，干燥器内干泥的存留量达十几吨不能清空；长期停机储存可能引发自燃事故；

　　－ 当长期停运必需清空时，因桨叶没有轴向推进作用，有相当一部分污泥可能无法靠重力清空，此时可能需要打开底部放空口，用水冲洗，但这会造成大量干固体进入水中；

　　－ 与大量干泥相关的安全性（粉尘、温度、自燃等）成为一个不容忽视的潜在危险；

　　【干燥器内平均含固率】指在瞬间停机时，干燥器内总物流的平均含固率。入口平均含固率40-65%，干燥器内平均含固率70.4%-68.1%，即入口平均含固率越低，平均含固率越高，由于干泥返混的原因，此区间较为窄狭。

　　就污泥的流动性而言，事实上入口平均含固率低、停留时间长，其干燥器内平均含固率反而高，这样更有利于蒸发。这一点对于前面所推论的“返混入口平均含固率低于50％”是一个支持。

　　【干燥器出口体积流量】干泥的体积流量是涉及传导型干燥器安全性的一个重要指标。此值越高，在干燥器尾部的污泥流速越快。由于干泥的卸载是通过溢流堰凭重力进行的，密度低、质轻的污泥有可能在排出口上方搭桥，尾部一般难以设置机械破拱和排料装置，搭桥和堵塞有可能造成安全事故。

　　根据计算，入口平均含固率40-65%，则出口体积流量在4.4-14.2立方米/小时之间，入口平均含固率越低，流量越小。

　　当采用较低的返混后平均含固率时，干泥在干燥器内的流速较低，流量小，这对于内部没有任何机械推进机构、完全凭借干燥器倾斜所造成的重力原因下载的空心桨叶干燥器来说可能是十分必要的。在此，进一步支持了前面的推论：返混后的入口湿泥含固率应该低于50％。

　　2、湿泥含固率的影响

　　仍采用13W2500机型。取返混后平均进料含固率为40％为定值。仍维持此干燥器的蒸发强度为14.1 kg/m2.h，即蒸发量不变，调整处理量为相应定值。取湿泥含固率为变量，区间20～30％。

　　【处理量和蒸发量】在湿泥含固率为20-30%之间时，处理量在4200～4900 kg/h之间，以含固率2％为间隔，蒸发量落在3267～3285 kg/h之间。

　　【返混比】在湿泥含固率为20-30%之间时，干泥返混的重量比为0.4–0.2，返混比随着湿泥含固率的上升而下降。

　　【停留时间】在湿泥含固率为20-30%之间时，停留时间在4小时25分～4小时39分之间。湿泥含固率越高，其在干燥器内的停留时间越长。从这一点看，对低于20%含固率的湿泥干化，只要有返混存在，倒不是什么问题。

　　【干燥器内污泥存留量】在湿泥含固率为20-30%之间时，存留量在14766～15381公斤之间，干固体量在10388～10937公斤之间，相差不大。

　　湿泥含固率增加，干燥器内的污泥存留量也随着增加。干燥器内仍具有干固体量积存量高的问题。

　　【干燥器内平均含固率】在湿泥含固率为20-30%之间时，平均含固率落在70.1%-70.9%这样一个很窄的区间内。

　　在出口含固率一定时，湿泥含固率的变化，并不影响干燥器内平均物质干度高的特点。

　　3、干泥含固率的影响

　　本项试算的目的是考察空心桨叶实现不同干度污泥干化的可能性问题。

　　仍采用13W2500机型。取返混后平均进料含固率为40％为定值。维持此干燥器的蒸发强度在14～15 kg/m2.h之间，通过调整处理量和进料含固率，获得此区间的蒸发量。取干泥含固率为变量，区间45～95％，以10％为间隔。

　　【处理量和蒸发量】当干泥含固率为45%-95%时，处理量将取在4400～5900 kg/h之间，蒸发量落在3242～3506 kg/h之间。假设此蒸发量在13W2500的范围内。

　　【返混比】当干泥含固率为45%-95%时，对应的干泥返混比为4.0-0.25。随着干泥含固率的下降，返混比会急剧上升。在出口含固率为45％时，返混比高达4.0，从物流角度看，这是不可能的。

　　这里可以提出第二个重要推论：低含固率时很难实现干泥返混。换句话说，如果空心桨叶干燥器考虑采用增加物料本身的流动性，通过物流之间的剪切力来避免湿泥在无法采用机械手段更新的换热表面上黏附的话，它必需提高干泥的含固率。这也就是说，空心桨叶干燥器基本上不能实现低干度的污泥半干化。

　　【干燥器内污泥存留量】当干泥含固率为45%-95%时，干燥器内的瞬间留存量为16748-15125公斤，干固体量为6062-11288公斤。随着干泥含固率的上升，干燥器内的总物质存留量略微下降，但干固体量大幅度上升。

　　从总物流量看，可证实空心桨叶干燥器无论实现何种干化含固率，均需在干燥器内维持较高的物流量的观察结论。

　　【干燥器出口的干泥流量】当干泥含固率为45%-95%时，污泥在干燥器出口的体积流量为32.8-3.9立方米/小时。随着出口含固率的降低，干燥器出口的体积流量急剧增加。全干化时，少流量只有3.9立方米/小时，而低干度半干化则需流动高达32.8立方米/小时。

　　对体积流量的观察有重要意义。干化污泥的干度越低，如果仍进行返混，所涉及的半干化物流量会极大化。在实际应用中这是不可能的。这一点亦可证实前面的推论：低干度半干化时难以实现干泥返混。

　　【停留时间】当干泥含固率为45%-95%时，污泥在干燥器内的平均停留时间为30.8-302.4分钟。从停留时间上可注意到，随着出口含固率的提高，污泥在干燥器内的停留时间延长。长可达5小时，短才30分钟。

　　使物料在很短的时间内通过干燥器，需要有较为有力的输送机制。空心桨叶干燥器的桨叶和刮板恰好均完全没有此轴向推力。

　　以含固率55％时的物流量为例，要想使大量污泥（6.21立方米，对应的干泥输出体积流量12.1立方米/小时）在30.8分钟内走完约12米的行程，假设污泥形成一个以干燥器截面宽度2.27米为宽、平均厚度0.05米的污泥层，该污泥层应达到0.182米/秒的流速才能实现。不难想像，在空心桨叶干燥器中类似的物流移动速度是无法实现的。

　　这一点可证明前面的推论：在低干度半干化时，空心桨叶干燥器无法实现干泥返混。

　　【干燥器内平均含固率】有研究文献已经指出，干燥器内的污泥平均含固率对空心桨叶蒸发强度具有重要影响。当干燥器内的含固率低于76％时，物料尚没有超越其黏性区，颗粒间的分散状态不佳，流动性差，将影响传热效果。

　　当干泥含固率为45%-95%时，干燥器内物质总量的平均含固率为32%-76%。出口干泥的含固率越低，平均含固率越低。当出口终干泥产品含固率为65％时，干燥器内物流的平均含固率不到50％，这意味着干燥器前半段的平均含固率仍完全处在理论上所谓的污泥“胶粘相”区间内（约32～57％），其换热条件可能不佳。

　　对平均含固率的分析结果表明，空心桨叶干燥器可能难以实现污泥低干度半干化。

　　常州市优博干燥工