申請日2017.09.26

　　公開(公告)日2018.01.16

　　IPC分類號C02F11/12; B01F7/06

　　摘要

　　本發(fā)明涉及一種污泥過熱蒸汽干燥傳熱傳質(zhì)強(qiáng)化裝置與方法，裝置通過改善污泥內(nèi)部與外部熱質(zhì)傳遞條件來強(qiáng)化污泥過熱蒸汽干燥過程傳熱傳質(zhì)，適用于高含水污泥干燥。其特征是：在單根軸上錯(cuò)開45°布置螺旋線方向分別為順時(shí)針與逆時(shí)針螺旋葉片，兩種葉片與中心軸軸向夾角互相垂直且螺距不同，順時(shí)針螺旋葉片底邊高等于逆時(shí)針螺旋葉片頂邊高。該裝置增加污泥運(yùn)動(dòng)時(shí)污泥之間間隙，改善污泥與過熱蒸汽兩相流動(dòng)，進(jìn)而強(qiáng)化污泥與過熱蒸汽接觸效率，改善污泥外部熱質(zhì)傳遞，并將濕含量不同污泥相混合，在污泥間形成更高溫度差和濕度差，增強(qiáng)污泥內(nèi)部熱質(zhì)傳遞。裝置強(qiáng)化干燥過程內(nèi)外部傳熱傳質(zhì)，加快干燥進(jìn)程，改善干燥質(zhì)量，提高干燥效率與能量利用率。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種污泥過熱蒸汽干燥傳熱傳質(zhì)強(qiáng)化裝置，包括攪拌軸、葉片和支撐桿，其特征在于：從進(jìn)料口起始沿軸向往出料口布置多個(gè)與攪拌軸軸向夾角一致的葉片，相鄰葉片在中心軸上相差90°，這些葉片繞中心軸形成一種順時(shí)針螺旋線，并用支撐桿焊接在中心軸上，支撐桿垂直于中心軸，從出料口起始沿軸向往進(jìn)料口布置多個(gè)與中心軸軸向夾角一致的葉片，相鄰葉片在中心軸上相差90°，這些葉片繞中心軸形成一種逆時(shí)針螺旋線，并用支撐桿焊接在中心軸上，支撐桿垂直于中心軸。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污泥過熱蒸汽干燥傳熱傳質(zhì)強(qiáng)化裝置，其特征在于：在攪拌軸上同時(shí)布置順時(shí)針螺旋與逆時(shí)針螺旋兩種葉片，兩種葉片與中心軸軸向夾角互相垂直。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污泥過熱蒸汽干燥傳熱傳質(zhì)強(qiáng)化裝置，其特征在于：順時(shí)針螺旋葉片底邊距離中心軸的高度等于逆時(shí)針螺旋葉片頂邊距離中心軸的高度。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污泥過熱蒸汽干燥傳熱傳質(zhì)強(qiáng)化裝置，其特征在于：逆時(shí)針螺旋葉片的螺距小于順時(shí)針螺旋葉片的螺距。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污泥過熱蒸汽干燥傳熱傳質(zhì)強(qiáng)化裝置，其特征在于：順時(shí)針螺旋葉片支撐桿和逆時(shí)針螺旋葉片支撐桿錯(cuò)開45°布置。

　　6.一種用于權(quán)利要求1、2、3、4和5所述的一種污泥過熱蒸汽干燥傳熱傳質(zhì)強(qiáng)化裝置的污泥過熱蒸汽干燥傳熱傳質(zhì)強(qiáng)化方法，其特征在于：污泥進(jìn)入裝置強(qiáng)化區(qū)域后，被徑向高度不同的順逆時(shí)針螺旋葉片分成兩層;強(qiáng)化區(qū)域外層污泥隨順時(shí)針螺旋葉片做圓周運(yùn)動(dòng)，軸向運(yùn)動(dòng)方向往出口方向;強(qiáng)化區(qū)域內(nèi)層污泥隨逆時(shí)針螺旋葉片揚(yáng)起做徑向運(yùn)動(dòng)，軸向運(yùn)動(dòng)方向?yàn)槿肟诜较?兩層污泥運(yùn)動(dòng)方向不同，但互相結(jié)合;過熱蒸汽受葉片運(yùn)動(dòng)影響在葉片之間與污泥進(jìn)行強(qiáng)烈兩相對流。

　　說明書

　　一種污泥過熱蒸汽干燥傳熱傳質(zhì)強(qiáng)化裝置與方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于污泥干燥領(lǐng)域，涉及一種污泥干燥傳熱傳質(zhì)強(qiáng)化裝置與方法，尤其是一種以過熱蒸汽為干燥介質(zhì)的污泥干燥傳熱傳質(zhì)強(qiáng)化裝置與方法。

　　背景技術(shù)

　　隨著城市人口的增加，城市污水處理量也在大幅度提升，污泥的產(chǎn)量也逐年增長，污泥中含有多種、大量的有害物質(zhì)，如果不能得到有效的處理，會對環(huán)境造成很大的破壞。而且未經(jīng)過處理的污泥，會散發(fā)出臭味，直接影響人的身體健康，并且有致癌作用，因此污泥的處理面臨著嚴(yán)峻的形式。

　　而污泥是一種高含水物質(zhì)，一般的污水處理廠產(chǎn)生的污泥含水率都在95%以上，經(jīng)過濃縮后依然含水率在90%以上，因此污泥的干燥是一個(gè)將污泥水分大量去除的一個(gè)過程�，F(xiàn)有的污泥處理技術(shù)有很多種，分為衛(wèi)生填埋、污泥焚燒、污泥干燥和熱處理、污泥堆肥，以及建材化等多種使用。而熱干燥是處理污泥的重要途徑，污泥干燥是指通過濾滲或蒸發(fā)，將污泥中含有的水分去除的方法。

　　污泥在干燥過程中，一般同時(shí)發(fā)生兩個(gè)過程，一個(gè)為濕分的汽化及其傳遞，即質(zhì)交換，另一個(gè)過程為熱量的傳遞，即熱交換。也可以將干燥分為污泥內(nèi)部的質(zhì)熱傳遞和相界面上邊界層中的質(zhì)熱傳遞，所以干燥過程的強(qiáng)度就與物料內(nèi)部和外部的質(zhì)熱傳遞條件相關(guān)。當(dāng)外部質(zhì)熱傳遞適應(yīng)內(nèi)部質(zhì)熱傳遞時(shí)，干燥強(qiáng)度最大(金國淼.干燥設(shè)備[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.)。

　　污泥外部的質(zhì)熱傳遞也是水分的蒸發(fā)過程，即由于污泥升溫后，外表面的水分溫度升高，然后發(fā)生汽化，由于表面的蒸汽壓力小于干燥介質(zhì)中的蒸汽分壓，然后被干燥介質(zhì)帶走的一個(gè)過程。污泥內(nèi)部的質(zhì)熱傳遞實(shí)質(zhì)是污泥內(nèi)部水分的擴(kuò)散過程，干燥介質(zhì)把表面的水蒸氣帶走之后，污泥內(nèi)部的溫度低于外部的污泥溫度，而內(nèi)部的濕度大于外部的濕度，因此水分便開始向外部擴(kuò)散(李博. 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[D].浙江大學(xué),2014.)。這兩個(gè)過程一般同時(shí)進(jìn)行，強(qiáng)化這兩個(gè)過程的相互作用，就能增加污泥的干燥速率，縮短干燥時(shí)間。

　　E.U.Schulunder對靜止散狀堆積物料層的研究表明：由于物料中顆粒間存在著間隙，濕分蒸汽可以通過這層間隙擴(kuò)散出來，因此增加干燥時(shí)污泥之間的間隙，就能提高濕分蒸汽的蒸發(fā)速率。而污泥在干燥過程中存在明顯的收縮現(xiàn)象，前段干燥收縮幅度大，后段干燥收縮幅度小，各尺寸變化規(guī)律與水分變化規(guī)律一致，污泥產(chǎn)生收縮是水分蒸發(fā)的直觀反映。在干燥機(jī)中，尾端的污泥干燥速率比前端的污泥高，因?yàn)榻?jīng)過一段時(shí)間的干燥后，污泥的體積發(fā)生收縮而減小，且溫度升高，污泥在經(jīng)過長時(shí)間攪拌后也變得更加均勻，這個(gè)時(shí)候的污泥失重變快，干燥速率大大上升(馬俠,蔣旭光,馬增益,嚴(yán)建華,岑可法. 槳葉式干燥機(jī)污泥干燥試驗(yàn)研究[J]. 能源工程,2006,03:57-60.)。

　　在干燥裝置內(nèi)，物料與載濕氣體進(jìn)行兩相流動(dòng)，載濕氣體的主要作用就是把污泥中的蒸汽蒸發(fā)并帶走，因此增加物料表面和載濕氣體之間傳熱傳質(zhì)的梯度，對干燥有著重要的作用。而載濕氣體從入風(fēng)口進(jìn)入干燥裝置后，總體趨勢都是往出風(fēng)口的方向流動(dòng)，但是在流動(dòng)的過程中會收到旋轉(zhuǎn)的葉片以及軸這些旋轉(zhuǎn)區(qū)域的影響(秦長江. 雙軸槳葉式干燥機(jī)傳熱傳質(zhì)數(shù)值模擬研究[D].湘潭大學(xué),2015.)。

　　中國專利CN 104743762 B公開了一種污泥干燥機(jī)，該裝置通過兩根軸上布置運(yùn)動(dòng)空間相切合的螺旋葉片，使物料得到充分的攪拌，均勻受熱，避免污泥粘結(jié)和堵料，并采用兩個(gè)J型板外側(cè)分別對稱設(shè)置兩個(gè)S型管通過兩個(gè)對稱設(shè)置的S型導(dǎo)熱介質(zhì)管，使得導(dǎo)熱介質(zhì)對污泥均勻加熱。然而該裝置只是增加受熱面積來加強(qiáng)熱交換，通過在內(nèi)外殼體之間設(shè)置保溫層提高熱能利用率，并沒有改變污泥的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及污泥內(nèi)部質(zhì)熱傳遞，污泥的干燥速率低。

　　中國專利CN 205138138 U公開了一種螺旋推進(jìn)式連續(xù)干燥裝置，該裝置利用打散葉片和螺旋葉片使得物料在打散、揚(yáng)起的過程中與干燥介質(zhì)充分接觸，該裝置加強(qiáng)污泥的打散作用來達(dá)到強(qiáng)化換熱的目的，但并沒有改善干燥介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及污泥邊界層的質(zhì)熱傳遞，干燥介質(zhì)的熱量沒有得到充分的應(yīng)用。

　　中國專利CN 103693838 A公開了一種污泥干燥裝置及方法，該裝置通過兩個(gè)腔體共同連接的套筒設(shè)置，分別將污泥與干燥介質(zhì)分別在各自的腔體內(nèi)做螺旋運(yùn)動(dòng)來增加污泥與干燥介質(zhì)換熱效率，但該裝置只是延長了污泥與干燥介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，也沒有改變污泥的運(yùn)動(dòng)效果及污泥內(nèi)部質(zhì)熱傳遞，污泥容易受熱不均。

　　目前的干燥裝置對高含水率污泥的干燥，污泥與過熱蒸汽的兩相流動(dòng)不夠，污泥容易黏結(jié)在一起，與過熱蒸汽的接觸不夠充分，影響邊界層的質(zhì)熱傳遞，且相鄰污泥之間溫度差和濃度差不高，影響污泥內(nèi)部的質(zhì)熱傳遞，導(dǎo)致干燥介質(zhì)的傳熱傳質(zhì)效果不好，不僅影響干燥速率，而且影響干燥效果，干燥出來的污泥干燥程度不均勻。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的是提供一種能改善污泥與過熱蒸汽兩相流動(dòng)，增加污泥之間間隙，提高污泥內(nèi)部及外部質(zhì)熱傳遞，從而增加干燥速率，縮短干燥時(shí)間，避免污泥干燥不均勻，干燥效果不佳并提高過熱蒸汽傳熱傳質(zhì)效果的污泥過熱蒸汽干燥傳熱傳質(zhì)強(qiáng)化裝置與方法。

　　為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

　　一種污泥過熱蒸汽干燥傳熱傳質(zhì)強(qiáng)化裝置，其特征在于：從進(jìn)料口起始沿軸向往出料口布置多個(gè)與中心軸軸向夾角一致的葉片，相鄰葉片在中心軸上相差90°，這些葉片繞中心軸形成一種順時(shí)針螺旋線，并用支撐桿焊接在中心軸上，支撐桿垂直于中心軸。從出料口起始沿軸向往進(jìn)料口布置多個(gè)與中心軸軸向夾角一致的葉片，相鄰葉片在中心軸上相差90°，這些葉片繞中心軸形成一種逆時(shí)針螺旋線，并用支撐桿焊接在中心軸上，支撐桿垂直于中心軸。

　　優(yōu)選的，在單根中心軸上同時(shí)布置順時(shí)針螺旋與逆時(shí)針螺旋兩種葉片，兩種葉片與中心軸軸向夾角互相垂直。

　　優(yōu)選的，裝置內(nèi)順時(shí)針螺旋葉片底邊距離中心軸的高度等于逆時(shí)針螺旋葉片頂邊距離中心軸的高度。

　　優(yōu)選的，裝置內(nèi)逆時(shí)針螺旋葉片的螺距大于順時(shí)針螺旋葉片的螺距。

　　優(yōu)選的，裝置內(nèi)順時(shí)針螺旋葉片支撐桿和逆時(shí)針螺旋葉片支撐桿錯(cuò)開45°布置。

　　一種污泥過熱蒸汽干燥傳熱傳質(zhì)強(qiáng)化裝置的污泥過熱蒸汽干燥傳熱傳質(zhì)強(qiáng)化方法，其特征在于：污泥進(jìn)入裝置強(qiáng)化區(qū)域后，被徑向高度不同的順逆時(shí)針螺旋葉片分成兩層;強(qiáng)化區(qū)域外層污泥隨著順時(shí)針螺旋葉片做圓周運(yùn)動(dòng)，軸向運(yùn)動(dòng)方向往出口方向;強(qiáng)化區(qū)域內(nèi)層污泥隨逆時(shí)針螺旋槳葉揚(yáng)起做徑向運(yùn)動(dòng)，軸向運(yùn)動(dòng)方向?yàn)槿肟诜较?兩層污泥運(yùn)動(dòng)方向不同，但互相結(jié)合;過熱蒸汽受葉片運(yùn)動(dòng)影響在葉片之間與污泥進(jìn)行強(qiáng)烈兩相對流。

　　本發(fā)明的有益效果是：

　　1.污泥在裝置內(nèi)通過順時(shí)針螺旋葉片與逆時(shí)針螺旋葉片結(jié)合方式可以加強(qiáng)污泥與過熱蒸汽在裝置內(nèi)的兩相流動(dòng)，使污泥充分與過熱蒸汽接觸并進(jìn)行傳熱傳質(zhì);

　　2.逆時(shí)針螺旋葉片與順時(shí)針螺旋葉片錯(cuò)開45°布置，且逆時(shí)針螺旋葉片有更小的螺距，這樣的布置方式使污泥在兩種葉片間交替運(yùn)動(dòng)，增加污泥在裝置內(nèi)運(yùn)動(dòng)次數(shù)及頻率，使污泥充分與過熱蒸汽接觸并進(jìn)行傳熱傳質(zhì);

　　3.污泥在裝置內(nèi)通過順逆時(shí)針結(jié)合布置的方式避免污泥在尾端堆積，并將不同干燥程度的污泥相互結(jié)合，在污泥之間形成更高的溫度差和濕度差，改善污泥干燥質(zhì)量，使污泥充分與過熱蒸汽接觸并進(jìn)行傳熱傳質(zhì);

　　4.順時(shí)針螺旋布置葉片的底邊高恰好為逆時(shí)針葉片的底邊高，這種布置方式使污泥錯(cuò)開成兩個(gè)區(qū)域，使不同區(qū)域的污泥產(chǎn)生不同的運(yùn)動(dòng)方式，順時(shí)針螺旋葉片使底部污泥有更多的圓周運(yùn)動(dòng)，逆時(shí)針螺旋使污泥有更多的徑向運(yùn)動(dòng)，這兩種運(yùn)動(dòng)增加污泥之間的間隙，使污泥充分與過熱蒸汽接觸并進(jìn)行傳熱傳質(zhì);

　　5.本發(fā)明通過改善污泥與過熱蒸汽傳熱傳質(zhì)效果，并改善污泥的干燥質(zhì)量，減少干燥時(shí)間且提高能量利用率。