过热蒸汽污泥干燥的机理与经济性分析.doc

过热蒸汽污泥干燥的机理与经济性分析摘要 污泥产量增加且成分复杂，而传统的污泥干燥热效率低、能耗大，因此低能耗干 方法是污泥干燥发展的重要方向介绍了过热蒸汽干燥污泥的基础理论以及干燥特性， 了基本的经济分析计算，证明过热蒸汽干燥污泥存在巨大的优势，并提出了依据干燥机 提高污泥干燥速率、降低能耗的发展方向关键词 干燥过热蒸汽 污泥逆转点0前言近年来，随着人口的增长和丁•业的发展，污泥量也随Z大大增加由于污泥具有含水量高、 易腐败、有恶臭、含有毒物质以及大量有害病原物等特点，必须及时处理污泥干燥作为污 泥处理的一个重要环节历来被认为是一个热效率低、耗能大的操作过程事实上，传统的热 风干燥,蒸发lkg水需要耗热4000〜6000k J…，热效率非常低而过热蒸汽干燥则以过 热蒸汽为带走水气和提供热景的介质，使热效率提高的空间大增，而且能实现干燥“废气”热量的再利用，从而实现潜热的再次利用，是一种很有前景的干燥技术本文主 要介绍其干燥机理，并作简单的经济分析1过热蒸汽干燥机理众所周知，对于一般的热风干燥过程涉及到干燥介质与湿物料的传热传质，一般可分为三 个主要阶段，即加速干燥阶段、恒速干燥阶段和减速干燥阶段。

过热蒸汽干燥过稈中，并不 改变污泥干燥过程基本特性，但也具有一些特性1.1 干燥过程(1 )预热阶段干燥开始时，温度较低的污泥与高温蒸汽肓接接触，蒸汽温度骤降出现冷凝水，污泥中水分 在该阶段不但没有减少反而会有一定增加因此，与热风干燥相比，过热蒸汽干燥由于水分 凝结，要额外增加干燥时间，也可以理解为物料在更高的初始含水率下进行干燥同时由于 高温的过热蒸汽遇污泥冷凝成水放出大量潜热，使得污泥温度也迅速升至常温下水的沸点温度IOO~C ,使其更快地为接下来的恒速干燥作准备2 )恒速干燥阶段污泥温度维持100 C不变，不会因蒸汽温度升高而升高，而Beeby和Potter的研究 表明，热传递是通过蒸汽传到干燥物料湿表面的，其驱动力仍然是过热蒸汽流与湿表面的温 度并因此可以通过升高蒸汽温度来提高干燥效率而不川考虑对物料的损害污泥干燥不必 考虑温度高影响其质量，而且温度处于100 C不再上升可以避免污泥中多种有机物质在高 温下的分解挥发另外，由于只有一种气体成分存在，水分从湿表面向外传递不是通过扩散 作用而是通过压力差产生气体流动，其传质阻力几乎可以忽略We n z e I和Wh i t e、LI本的T 0 e i和Okazaki研究表明，在过热蒸汽干 燥恒速段能降低临界含水率。

这意味着过热蒸汽干燥可以拥有更高的干燥速率,更短的干燥 时间，从而减小干燥器尺寸3 )降速干燥阶段与热风干燥相似，在该阶段，污泥内部水分和热量的传递成为干燥速度的主要限泄因索干 燥速度由污泥的性质而不是由蒸汽的性质决定不过Yoshida和Hyodo扌旨出，在降速 干燥段用过热蒸汽干燥形成多孔的表皮使气体的渗透性好，同时，由于温度高，水分子更加活跃，使干燥速度比在热风中快1 . 2尾气回收过程与传统热风干燥相比，过热蒸汽干燥的废热品位较高，温度仍然远高于100 （一般1 5 0 c c左右），而且携废热量较大，技术上可冋收的废热比例较大，且冋收的过热蒸汽热量主 要为蒸汽冷凝相变传热，传热系数大此外，蒸汽可以循环利用，即尾气经过过热器过热示 继续参加干燥过程，而需要排除的部分即蒸发的污泥水分，由于其温度高也可用来预热污泥 報个过稈热量损耗实际就为干污泥的显热和散热等，这些都可以采取措施减小J ,所以过 热熬汽干燥的热效率相对于热风干燥更接近于理想的100 %过热熬汽的高效节能主要 就是因为其废热冋收利用若无废热冋收利用，则其优势也就不复存在To1 • 3温度逆转点传统的观点认为，在干燥中随着干燥介质湿含量的增大干燥速度下降，然而研究发现在过热 蒸汽干燥中却不是这样。

研究证明，过热熬汽干燥时存在一个温度点，称为“逆转点”， 当干燥介质的温度高于逆转点的温度时，过热蒸汽干燥速度比热风中要快，低于逆转点时则 正好相反日木的Yoshi .da和Hyod采用湿墙柱试验研究了水分在逆流的干空气、 湿空气及过热蒸汽中的蒸发现象得出结论：在质量流量相同的情况下存在一个温度点，在 该温度时无论何种组分蒸发速度是相同的，超过该点时蒸发速度随组分中蒸汽含量的增加而 增加，低于该点时则正好相反他们还试验研究了几种食品物料的过热熬汽干燥，得出了同 样的结论，但得到的逆转点的具体数值却在17 0—3 00~CZ间，并未获得一致的温度 区间2经济性分析如图1所示的循环系统中，设污泥处理量100kg/h，污泥初含水率75%,出口含水率5%, 过热熬汽进口温度30CTC,出口温度i50C,干污泥末温达100C,污泥进口温度30C,出口温度100-Co2 . 1干燥所需热量干卓+出口ra I 干*****I—iftMa 2—- ■塔 3—眈g 除*IW4—S—如临跆 6—冷魁水出UIQ=m(Cl A+q+C o △)=70X[ 4・ 2X(10 0— 30)+2 2 58+1 ・ 88X 50]=185220kJ/hQ2=ml CA= 25X1.2XflOO— 30)=2 lOOkJ/hQ3=m 2CI Al=50X4 .2X( 100—3 0)=147 OkJ / h 干燥所需总热量Q=Q 1+Q2 + Q3 =188790 kJ / h 式中Q ——蒸发水分所需热景，kJ/hQ ——干污泥升温所需热量，kJ/hQ ,-——污泥中剩余水升温所需热量，kJ/m一污泥中蒸发水的质量，kg/hml,——干污泥质量，kg / hm2,——干污泥质量，kg / hms,汚泥中剩余水的质量，kg/hG -——干污泥比热，kJ / (kg・C)C 0水的比热，kJ / (kg・ C)g水的汽化潜热，kJ / kgc 一蒸汽的比热，kJ / (kg • c【二所需过热蒸汽质量m o o o由下式计算得Q3 力n=m3 0oC □ A =Q=m3 00X1.8 8X(30 0—1 5 0)=188790kJ/ h解得 m30o = 669. 5 kg / h2 . 2可回收热量干燥塔出口排出的1 5 0 C蒸汽质量.M =过热蒸气质量+蒸发水所得蒸汽质量=/ 7 / ,3 00+m =6 6 9. 5+7 0=7 3 9 ・ 5 kg / h 其中，669 ・ 5 kg / h 继续参加循环，其余的7 0 kg / h污泥中水蒸发所得150~C的蒸汽，假设其冷却为IOO-C 的水来冋收热量，理论可回收热量为p放二m(q +C △ )=164640 kJ / h考虑热最冋收设备的完善程度及散热损耗情况，设实际能够冋收8 0 %,则实际冋收热最 Q =Q 苗X 0 ・ 8=13 17 12 kJ / h2・3单位能耗实际蒸发70kg / h水消耗能量为Q耗二干燥所需热量Q —实际可回收热量Q : 188790— Q =5 7 0 7 8 L I /h 另，由上述计算可知，蒸发Ikg水消耗能量为q耗=57078 / 7 0=81 5 . 4kJ 可见，过热蒸汽干燥的能耗要远远低于热风干燥。

3结论(1) 过热蒸汽干燥初期有冷凝水会使污泥含水率提高，导致干燥时间延长；又因高温蒸汽冷凝放堂大崟崟翌污亭干率，也缩短了干燥时 间后者影响比前者大，因此对整个干燥过程来讲，前者影响可以忽略2) 应用数理统计的方法，建立了污泥干燥 的数学模型MR=exp(-Kt)试验与模型估计 值的比较，验证了冋归数学模型的准确性3 )通过试验以及模型结果的分析，探讨了干燥温度、颗粒粒径对污泥干燥特性的影响 在干燥介质温度小于10 0~C时，污泥颗粒的粒径是干燥速率的主要影响因素，温度的 影响效果较小，只有当干燥介质温度大于10 0~C时，，温度对于燥速率才有较大的影响 因此低温干燥时，尽量分散污泥、减小颗粒粒径是提高干燥速率的最有效方法，这对 污泥低温干燥技术的开发具有一定的指导意义。