污泥高效干化方法及干化焚燒系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行研究.pdf

1、為實(shí)現(xiàn)污泥高效干化和污泥干化焚燒系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行，建立了污泥剪切試驗(yàn)方法和裝置，搭建了槳葉式、圓盤式和傾斜槳葉式小、型污泥干化試驗(yàn)系統(tǒng)，建立了污泥干化模型和污泥干化焚燒系統(tǒng)能量平衡模型，開展了深入的理論研究。
　　通過對污泥固相組分及相關(guān)物理性質(zhì)的詳盡測定，深入分析了污泥中有機(jī)質(zhì)、無機(jī)礦物質(zhì)細(xì)顆粒和可結(jié)晶金屬鹽對污泥粘附性和粘結(jié)性的貢獻(xiàn)。建立污泥剪切試驗(yàn)方法和裝置，對污泥的粘附特性和粘結(jié)特性進(jìn)行了研究，其中對污泥粘結(jié)特性的研究方法和

2、結(jié)論在國內(nèi)外尚屬首次。研究表明，污泥在含水率區(qū)間為40％-65％時(shí)表現(xiàn)出顯著的粘附性和粘結(jié)性，不同污泥略有差異。污泥干化全過程中，粘結(jié)剪切力均大于粘附剪切力，說明當(dāng)施加在污泥上的機(jī)械外力足夠大時(shí)，污泥會(huì)首先從換熱面剝落，機(jī)械外力進(jìn)一步加大時(shí)，污泥才可能進(jìn)一步被破碎。提高換熱面溫度和加入添加劑均可在不同程度上影響污泥的粘附性和粘結(jié)性。
　　使用自行研制的小型槳葉式污泥干化機(jī)對污泥干化特性進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)，污泥在槳葉式干化機(jī)內(nèi)干化

3、過程的第一降速區(qū)和第二降速區(qū)之間存在一個(gè)顯著的波動(dòng)區(qū)。將干化特性與污泥粘附和粘結(jié)特性比對后發(fā)現(xiàn)，波動(dòng)區(qū)對應(yīng)的污泥含水率范圍與污泥粘附性和粘結(jié)性最大時(shí)的含水率范圍基本重合。這一發(fā)現(xiàn)，在國內(nèi)外還未見報(bào)道。污泥的粘附性和粘結(jié)性是波動(dòng)區(qū)產(chǎn)生的根本原因，槳葉對污泥的攪拌是波動(dòng)區(qū)產(chǎn)生的直接原因，波動(dòng)區(qū)是污泥干化過程粘滯區(qū)的直接體現(xiàn)，槳葉的攪拌有利于克服污泥干化粘滯區(qū)的不利影響。在粘滯區(qū)內(nèi)污泥自身的粘結(jié)力遠(yuǎn)大于污泥與換熱面的粘附力，槳葉易將污泥剝落，

4、卻不易將污泥破碎。因此，提高對粘結(jié)污泥團(tuán)塊的破碎效果，是提升污泥干化速率的關(guān)鍵。槳葉攪拌強(qiáng)度對干化速率的影響主要體現(xiàn)在第二降速區(qū)。提高熱源溫度不僅可以通過增加能量傳遞的方式提高污泥干化速率，還可降低污泥的粘附性和粘結(jié)性。生石灰可提高波動(dòng)區(qū)和第二降速區(qū)內(nèi)的干化速率。胰蛋白胨作為有機(jī)質(zhì)會(huì)大幅提高污泥粘附和粘結(jié)剪切力，波動(dòng)區(qū)更為顯著。二氧化硅在污泥含水率較高時(shí)可降低其粘附和粘結(jié)剪切力，在污泥含水率較低時(shí)會(huì)提高其粘附和粘結(jié)剪切力。石英砂可有效降

5、低污泥粘結(jié)剪切力，使污泥更易于被破碎。
　　為比較圓盤式干化機(jī)與槳葉式干化機(jī)對污泥干化效率的差異，自行研制了小型圓盤式污泥干化機(jī)，進(jìn)行了污泥干化試驗(yàn)，并將試驗(yàn)結(jié)果與小型槳葉式污泥干化機(jī)進(jìn)行了對比。在以導(dǎo)熱油為熱源的情況下，圓盤式干化機(jī)較簡單的導(dǎo)熱油管路使導(dǎo)熱油流速較高，更新較快，沿程溫度也較高，可使污泥在干化過程中維持在較高的溫度，有助于提升干化速率。污泥在圓盤式干化機(jī)內(nèi)進(jìn)入干化粘滯區(qū)時(shí)，污泥粘結(jié)并粘附在圓盤表面，圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)難以對污

6、泥進(jìn)行充分的擠壓、剪切和破碎，混合效果較差，難以對污泥干化速率起到改善效果。在實(shí)際應(yīng)用的連續(xù)進(jìn)料式圓盤干化機(jī)中，可能會(huì)出現(xiàn)污泥大量粘附，難以向出料端推進(jìn)，處理能力下降等隱患。
　　基于槳葉式干化機(jī)克服污泥干化粘滯區(qū)不利影響的作用，在國內(nèi)首次提出了傾斜式槳葉的詳細(xì)改進(jìn)方案（已申請專利），自行研制了改進(jìn)的小型傾斜槳葉式污泥干化機(jī)，進(jìn)行了污泥干化試驗(yàn)，并將試驗(yàn)結(jié)果與小型普通槳葉式污泥干化機(jī)進(jìn)行了對比。改進(jìn)的傾斜槳葉式干化機(jī)在污泥含水率7

7、2％-83％之間可有效提高污泥的攪拌效果，并提高污泥干化效率;當(dāng)污泥干化進(jìn)入粘滯區(qū)時(shí)，傾斜槳葉先是隨著轉(zhuǎn)動(dòng)而嵌入污泥層并形成溝壑，在緊隨其后的某一含水率點(diǎn)上，傾斜槳葉可顯著發(fā)揮對污泥的剝離和破碎效果，使污泥干化效率大幅躍升。
　　根據(jù)污泥干化過程粘滯區(qū)特性的研究結(jié)果，在滲透模型基本原理的基礎(chǔ)上，建立了更符合污泥在小型干化機(jī)內(nèi)實(shí)際粘滯特性的數(shù)值模型。根據(jù)所掌握的污泥干化粘滯區(qū)含水率范圍，在模型內(nèi)對應(yīng)的區(qū)域加入粘附熱阻，可使模型符合污

8、泥干化粘滯區(qū)的干化特性，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果較為吻合。通過對模型中工況參數(shù)的調(diào)整，可對污泥在各種工況條件下的間接傳熱式干化特性進(jìn)行計(jì)算。
　　通過建立污泥干化焚燒系統(tǒng)的物料和能量平衡模型，對污泥干化焚燒工程實(shí)例進(jìn)行了分析，確定了基于節(jié)能降耗的最佳入爐污泥含水率;針對污泥含水率、污泥熱值、系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷等運(yùn)行參數(shù)可能出現(xiàn)的變化，對整個(gè)系統(tǒng)的能量平衡狀態(tài)進(jìn)行了計(jì)算和分析，對實(shí)際工程的運(yùn)行具有較好的應(yīng)用意義。通過對污泥干化焚燒工程實(shí)例的