利用太阳能进行污泥脱水干燥的试验

太阳能进行污泥脱水干燥

　中国给水排水

2003Vol.19　　　　　　　　　　CHINAWATER&WASTEWATER　　　　　　　　　　No.13

利用太阳能进行污泥脱水干燥的试验

郑宗和,　牛宝联,　

雷海燕

(天津大学热能研究所,　　摘　要:　。

。笔者从热空气和太阳辐射两个方面对。　　关键词:　;　;　干燥;　热空气;　太阳辐射

中图分类号:　　文献标识码:C　　文章编号:1000-4602(2003)13-0111-03　　目前,我国污泥的脱水处理主要采用自然和机

械两种方式。相对于这两种方式,太阳能干燥技术则具有节能、运行费用低、对环境无污染等优点。太阳能干燥污泥在国外业已见到报道,如德国的辐射

(h 式干燥器(平均干燥速率为0.48～0.55kgΠm)。在国内,天津大学和天津市纪庄子污水处理厂联合

进行了利用太阳能干燥技术对污泥进行脱水试验,以期为进一步降低污泥脱水的运行费用以及节约能源找到新的方法。

1　试验装置

2

网材料:铝合金吸热网(网孔数为5孔Πcm),盖板材料:普通平板玻璃(厚度为3mm),玻璃盖板的太阳

能透过率:0.85,涂料:B-1涂料,太阳能吸收率:0.96。

干燥室内腔尺寸:2000mm×400mm×150mm,保温材料:底部和侧面边框均采用聚苯泡沫塑

料(厚度为50mm),透光面积:0.8m,集热器采用40°安装角。干燥室两侧及进排气侧均采用50mm

2

厚的保温材料,底部夹层高120mm,干燥室内设有1.76m×0.14m的链条传送带传输污泥,湿污泥从

采用一台小型的混和型太阳能干燥器,以太阳

能作为主要热源,以污水处理过程中产生的沼气作为辅助热源。试验装置如图1所示(图中1、2、3、4、5均表示风门)。

进料口进入干燥室后经运输带由排料口排出。运输带下有上下交错的导轨,污泥在传送带上呈波浪型移动,防止发生板结现象。温室采光面采用单层平板玻璃,使污泥在干燥室内同时进行对流和辐射换热,以加快干燥速度。

试验装置设有若干风门控制气流,风门全开可实现太阳能温室开式直流通风,关闭风门2、3、5可实现干燥室内部闭式循环通风,调节风门2、3、5可实现介于开式和闭式之间的多种通风方式,可满足不同的物料、干燥阶段及干燥工艺的要求;干燥室底部设有隔板,将干燥室分为受日光照射的上通道和不受日光照射的下通道两部分,形成了结构紧凑的内循环通路,可实现干燥介质的回流,减少排气损失,提高干燥效率;为适应不同季节、不同时间连续

图1　试验装置

干燥的要求,干燥室内设有可与沼气锅炉烟气连接的下通道,在不利天气条件下可利用沼气锅炉排出来的高温烟气补热,以保证干燥过程的正常进行;对

集热器外形尺寸:1500mm×1010mm×200

22

mm,透光面积:1.512m,有效集热面积:1m,吸热

太阳能进行污泥脱水干燥

干燥室的温度和湿度进行实时测量,根据实际情况调节风门来控制干燥室内湿度,实现对干燥工艺的优化控制。

温度测量采用分度为0.1℃的水银玻璃温度计及铜—康铜热电偶和PROCOS-Ⅶ型数字温度巡回检测仪测定;空气的流速采用KA21型热式风速计;污泥称重采用Benso电子天平(精度为0.1g)。

2　结果与分析

提高空气的流动速度对传热和传质都有利,可

以有效地强化干燥过程。但是空气流速大也有不利于节能和干燥的方面。其一,空气流速增大,风机的能耗随之加大;其二,与湿物料接触时间短,热能有效利用率降低,尤其是对于采光面积一定的太阳能干燥系统,流量增大则集热温度必然相应降低;其三,污泥成分复杂,,故对。流动速度对干。

通过对夏、冬两季的试验结果分析可知,利用太阳能可以把污泥的含水率由80%

2

以下,平均干燥速率为0.53m),具有季节性、,而且在同样的条件下,

干燥同样质量的污泥在冬季和夏季所用的时间长短也不一样。211　热空气的影响21111　温度在空气含湿量不变时,提高空气温度可以加强汽化和带走水分的能力,并且可对物料进一步升温,提高物料表里之间的水分扩散速率。这对恒速干燥阶段或降速干燥阶段都有好处。试验结果如图2所示。

图3　不同风速的干燥曲线

干燥初始,风速对干燥速率影响较大,这是由于此时除去的是污泥表面的游离态水分,空气流速增

大则增强了空气与污泥之间的换热和水汽扩散,使得干燥速度提高;到干燥后期,污泥中深层水分向外扩散的阻力增大,干燥速率受外界条件影响较小,空气流速影响可以忽略。针对这种情况试验中进行了风速控制,干燥初始空气流速加大(一般约为1.2mΠs),以增强空气与污泥之间的换热和水汽扩散;干燥后期空气流速减小(最小为0.2mΠs),尽可能地做到了节省能源而不影响干燥。试验中,在进入干燥器的新鲜空气量不变的情况下,提高气流速度的办

图2　不同温度的干燥曲线

干燥初始污泥含湿量较大,污泥中自由水分受

外界条件影响较大,干燥速率较大;干燥后期污泥含水率减少,污泥内部水分向其表面传递的速度低于污泥表面水分汽化的速度,干燥速率下降。为合理利用资源,

干燥初始段可在中午进行,干燥后期可以在上午或下午进行,这样可以节省因冬季干燥室内的温度较低而开启辅助热源的费用。

空气含湿量越低则带走物料水分的能力越强,干燥速率越高,反之亦然。

21112　流动速度

法采用废气循环的方式。对于一般的太阳能干燥

器,进、出口的空气含湿量相差并不大,因而热能利用率较低,应尽量予以回收利用,回收废气所增加的动力消耗与热能利用率提高后所得好处相比,经济效益明显。

21113　空气与物料接触的情况

干燥过程应尽量使空气与物料有良好的接触状态,并尽可能不产生死角,否则会使物料干燥不均匀,尤其是在热空气温度较高和床面较大时比较严重。从目前的发展方向来看,采用气流垂直穿透物理料层,并使物料均匀地悬浮于气流中(称之为气流

太阳能进行污泥脱水干燥

干燥或沸腾床干燥),可获得非常大的气固接触面积,增强了气流与物料的传热传质,大大强化了干燥过程。但从生产规模和造价的角度上考虑,试验中采用了固定床气流穿透的自然循环形式,物料层厚为0.5cm。

212　太阳辐射强度的影响

4.5%,干燥污泥发热量提高,可相当于劣质煤,因此

提高了污泥的有效利用价值。

3　结语

污泥中水分蒸发所需的热量来自干燥介质与污泥间的对流换热,以及污泥通过玻璃盖板直接吸收的太阳辐射量,太阳辐射强度决定着干燥室内的空气温度。太阳辐射在一天内呈周期性变化,分析可知,,以下调温度,会影响污泥的干燥。太阳辐射的季节性变化很大,但是通过试验发现,冬季也可把污泥脱水至含水率<60%,只是时间要比夏季长(一般夏季所需时间为120～150min,冬季所需时间则为150～250min,冬季比夏季长约20%～25%),这比干燥机的干燥时

①　利用太阳能干燥污泥在国内研究较少,它的试验成功表明了我国污泥干燥技术的完善与革新,直接推动了污泥处置手段的发展,拓展了污泥处置手段的选择范围,、可靠性、可持续。

变化,对污泥干燥的影响只是时间长短的不同。

③　试验分析了热空气的温度、含湿量、流动速度、空气与物料的接触情况等方面对污泥干燥速率的影响,为进一步试验或实际工程提供了理论依据。参考文献:

[1]　徐永安.城市污水处理厂污泥利用和处置途径的研究

[J].陕西环境,2001,8(3):27-29.

[2]　UlrichLuboschik.Solarsludgedrying-basedontheIST

process[J].RenewableEnergy,1999,16(4):785-788.

间(一般为1～2h)长了,但它更加节能、运行费用更

低。同时,夏季还可以把污泥干燥至含水率<10%,而含水率<23%时就能完全抑制微生物的活性,所以可以使污泥处于稳定化状态。干燥可以使污泥性能全面改善,干燥后的污泥量仅是最初污泥量的

电话:(022)27406107

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收稿日期:2003-07-16

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①限制启动电流。在电网容量有限的情况下,避免由于采用其他启动方式造成的线路压降现象。②软启动时,消除机械传动应力,平滑加速驱动设备,避免机械冲击。③缺相或者三相不平衡时,避免由于电机缺相运转造成定子损坏。④在相序接反情况下防止电机运转。⑤具有热保护功能。⑥短时掉电后可以根据设定电压斜坡重新启动电动机,避免机械冲击和电压脉冲峰值。⑦过载和欠载故障保护,在水泵突然停水或机械故障时保护继电器动作,防止机械堵转。⑧抑制过、欠压,降低水管泄露和内爆的风险。⑨消除阀门冲击负荷。

(大连市城市供水工程建设指挥部办公室　于建华　中国市政工程东北设计研究院　丁志刚

　张　生　孙　雪　刘伟春　长春输油管理处　高　梅　供稿)

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