城市污泥流化床干燥技術(shù)與設(shè)備研究VIP

1、航空制造工程學(xué)院創(chuàng)新能力綜合訓(xùn)練研 究 報(bào) 告題 目：污泥流化床焚燒技術(shù)研究和環(huán)境影響分析所屬課題：城市污泥流化床干燥技術(shù)與設(shè)備研究學(xué) 院：航空制造工程學(xué)院專業(yè)名稱：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化班級學(xué)號：09031115學(xué)生姓名：李平合 作 者：簡逸 指導(dǎo)教師：張緒坤二O一二年 十二月 城市污泥流化床干燥技術(shù)與設(shè)備研究學(xué)生姓名：李平 班級：090311指導(dǎo)老師：張緒坤摘要：介紹了國內(nèi)外污泥熱干燥工藝的現(xiàn)狀和干燥設(shè)備的類型，闡述了熱干燥方法，包括對撞流干燥、過熱蒸汽干燥、燃?xì)饧t外輻射干燥、間壁式熱干燥和流化干燥等，及其在污泥干燥中的應(yīng)用原理和發(fā)展。并分析了污泥干燥處理技術(shù)綜合利用的集中途徑和發(fā)展局勢，

2、認(rèn)為污泥熱干燥技術(shù)拓展了污泥的處理手段，為污泥的安全、可靠利用與處理提供了保障。關(guān)鍵詞: 流化床，干燥，污泥處理主要創(chuàng)新點(diǎn)1、采用異比重流化床焚燒技術(shù), 能實(shí)現(xiàn)良好著火。2、不僅達(dá)到了污泥處理的目的, 還可回收污泥中的可用能。目 錄一 引言I1、國內(nèi)外污泥流化床焚燒技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展現(xiàn)狀I(lǐng)2、研究背景與課題的提出II3、課題的意義II二 污泥流化床焚燒技術(shù)研究和環(huán)境影響分析11、污泥的焚燒處理方法簡介12、污泥的能量利用分析23、污泥的焚燒特性研究34、污泥流化床焚燒環(huán)境影響分析55、結(jié)論5三 干燥技術(shù)的未來趨勢61、干燥技術(shù)發(fā)展的一般趨向62、干燥新技術(shù)展望73、結(jié)束語10四 參考文獻(xiàn)11一

3、引言 市政污水污泥（以下簡稱污泥）主要是指城市污水處理廠在水處理過程中產(chǎn)生的泥漿狀廢棄物，其中含有大量的病菌、重金屬和多氯聯(lián)苯等有害物質(zhì)，危害性很大。 隨著我國社會經(jīng)濟(jì)和城市化的發(fā)展，城市污水的產(chǎn)生及其數(shù)量在不斷增長。根據(jù)2005 年建設(shè)部關(guān)于全國城市污水處理情況的通報(bào)，到 2004 年底，全國 661 個城市建設(shè)有污水處理廠 708 座，處理能力為 4912 萬立方米/日，是 2000 年的兩倍多，全年城市污水處理量 162.8 億立方米，比 2000 年增加了 43%，城市污水處理率達(dá)到 45.7%。另外，根據(jù)有關(guān)預(yù)測，我國城市污水量在未來 20 年還會有較大增長，2010 年污水排放量將

4、達(dá)到 440×108m3/d，2020 年污水排放量將達(dá)到 536×108m3/d。 近年來，基于流化床燃燒方式的污泥焚燒法得到了較大的發(fā)展。這是由于污泥是一種高水分、低熱值的燃料，對于這種高水分、低熱值燃料焚燒，與其他焚燒方法相比，污泥流化床焚燒有以下幾個突出的優(yōu)點(diǎn)：(1) 燃料適應(yīng)性強(qiáng)：循環(huán)流化床燃燒穩(wěn)定，爐內(nèi)溫度場均勻,特別適合焚燒這種高 水分、低發(fā)熱值的劣質(zhì)燃料；(2) 焚燒效率高：由于爐內(nèi)氣體和固體，固體和固體之間的強(qiáng)烈混合，使污泥與灼熱的床料直接接觸，增大了污泥的熱解率；(3) 煙氣排放性能好：由于循環(huán)流化床采用低溫（850950）、分級燃燒，限制了熱力型氮氧化

5、物的形成，在循環(huán)流化床中加入合適的吸附劑（如石灰石），可以大大降低SO2和HCl 的排放；(4) 燃燒強(qiáng)度高，爐膛截面積??；(5) 負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣、速度快；(6) 易于實(shí)現(xiàn)灰渣的綜合利用；(7) 床內(nèi)不布置埋管受熱面，因而不存在埋管受熱面易磨損問題；(8) 投資和運(yùn)行費(fèi)用適中。 到目前為止，國外對污泥流化床焚燒處理的研究較多并己投入工業(yè)應(yīng)用，國內(nèi)在這方面的研究起步較晚，在污泥流化床焚燒處理得研究主要集中在污泥和輔助燃料（煤、油以及固體廢棄物等）方面，在污泥燃燒特性和基礎(chǔ)試驗(yàn)研究方面，還有很多工作需進(jìn)一步探討，在工藝和設(shè)備的改進(jìn)方面有待新的突破。1、國內(nèi)外污泥流化床焚燒技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展現(xiàn)狀 污泥

6、流化床焚燒技術(shù)是利用污泥中有機(jī)成分較高、具有一定熱值等特點(diǎn)來處置污泥，是最徹底的污泥無害化處理方式。大體積的污泥被焚燒成小體積穩(wěn)定的灰燼，僅為機(jī)械脫水污泥的 10%，干污泥的熱值相當(dāng)于煤的熱值，因此通過焚燒能量可回收利用。 還可以使有機(jī)物全部碳化，殺死病原體，且其處理速度快，無需長期貯存，無惡臭等問題，焚燒溫度高于 850可防治污泥焚燒產(chǎn)生的二惡英等有害氣體。焚燒后產(chǎn)生的焚燒灰可以改良土壤、筑路、制磚瓦、陶瓷、混凝土填料等。對于人口稠密的沿?；蚴谴蟪鞘校勰嘀杏卸居泻ξ镔|(zhì)含量較高，上地填埋和農(nóng)田利用都受到限制，或是因遠(yuǎn)離處理場運(yùn)輸費(fèi)用較高，使用流化床焚燒法進(jìn)行處理是最值得推廣的處理方法。且隨著

7、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國污泥的組成、產(chǎn)量和熱值等方面變的越來越適于流化床焚燒處理。流化床自從作為氣體發(fā)生爐工業(yè)化以來，廣泛用于以化學(xué)工業(yè)為主的各種工業(yè)的各個工藝過程，例如多相催化、吸附、吸收、蒸發(fā)、干燥、焙燒、干餾等單元操作。在固體污泥焚燒處理過程中，流化床焚燒爐能夠處理污水污泥、油渣以及多種有機(jī)性廢液和污泥。 流化床焚燒爐的構(gòu)造很簡單，主體設(shè)備是一個圓形塔體，下部設(shè)有分配氣體的布風(fēng)板，塔內(nèi)壁襯耐火材料，并裝有一定量的耐熱粒狀床料。氣體布風(fēng)板有的由多孔板做成，有的平板上穿有一定形狀和數(shù)量的噴嘴。氣體從下部通入，并以一定速度通過布風(fēng)板，使床內(nèi)床料呈流化狀態(tài)。污泥從塔側(cè)或塔頂加入，在流化床層內(nèi)進(jìn)行干燥、粉

8、碎、氣化等過程后，迅速燃燒。燃燒氣從塔頂排出，尾氣中夾帶的床料粒子和灰渣一般用除塵器捕集后，床料可返回流化床內(nèi)。 污泥流化床焚燒技術(shù)是在 20 世紀(jì) 80 年代逐漸興起的，之前的污泥焚燒處理主要采用多膛爐或多段爐焚燒，目前國外流化床焚燒爐的市場占有率超過了 90%。焚燒法所處理的污泥量在丹麥已占到污泥總產(chǎn)量的 24，法國 20，比利時 15，德國 14，在美國和日本，25和 55的污泥進(jìn)行焚燒處理。2、研究背景與課題的提出 污泥以流化床焚燒為核心的處理方法主要可分為兩大類：一類是將脫水污泥直接送流化床焚燒爐焚燒；另一類是將脫水污泥先干化再焚燒。 第一類直接焚燒工藝可焚燒 75%80%含水率的污

9、泥，為了保證污泥的穩(wěn)定燃燒，并對污泥含水率的波動具有一定的適應(yīng)性，一般都需摻入輔助燃料。普通的焚燒方法必需摻入大量的輔助燃料來穩(wěn)定燃燒，且燃燒效率和熱效率低。而污泥專用循環(huán)流化床焚燒爐，通過盡可能多地回收燃燒煙氣中的顯熱，把輔助燃料的加量減至最低，具有燃燒效率高、燃料適應(yīng)性廣、燃料預(yù)處理系統(tǒng)簡單等一系列優(yōu)點(diǎn)，并且燃燒后灰渣易于實(shí)現(xiàn)綜合利用。 與脫水污泥直接焚燒相比，第二類脫水污泥先干化再焚燒是利用污泥焚燒過程中產(chǎn)生的熱能對污泥進(jìn)行干化后再焚燒，可以大大降低輔助燃料的用量，所以污泥“脫水-干化-焚燒”是一條較佳的技術(shù)路線。在歐洲、美國、日本等國家，已逐步成為污泥處理的主流技術(shù)。與發(fā)達(dá)國家相比，我

10、國自主開發(fā)的污泥處理技術(shù)差距較大，絕大部分是棄置、填埋或與煤混燒處理，能滿足較高環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的污泥干化焚燒一體化技術(shù)還未見工業(yè)性應(yīng)用實(shí)例。我國目前能滿足大型污水廠要求的污泥干化焚燒技術(shù)只能依靠進(jìn)口，由于投資和運(yùn)行費(fèi)用太高，不具備推廣條件。因此，迫切需要開發(fā)適合我國國情的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的污泥干化焚燒技術(shù)。3、課題的意義由于市政污水污泥的形成過程與生成有機(jī)質(zhì)的原始物質(zhì)不同于常規(guī)燃料，導(dǎo)致市政污泥的燃燒特性與常規(guī)燃料有巨大差別，其揮發(fā)分含量達(dá) 40%以上，固定碳含量低，燃燒以揮發(fā)分為主。因此市政污泥循環(huán)流化床焚燒特性及其機(jī)理有其自身的特點(diǎn)與規(guī)律。本課題首先對市政污泥的基本特性進(jìn)行深入研究，然后對不同含

11、水量市政污泥進(jìn)行小型熱態(tài)循環(huán)流化床焚燒試驗(yàn)，揭示不同含水量市政污泥地焚燒特性和污染物排放特性，并對其重金屬在焚燒過程中的遷移特性進(jìn)行分析研究，獲得不添加輔助燃料的半干化污泥流化床焚燒規(guī)律。通過對流化床結(jié)構(gòu)和運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化，形成不摻輔助燃料的半干化污泥流化床焚燒新技術(shù)。二 污泥流化床焚燒技術(shù)研究和環(huán)境影響分析污泥主要來自工業(yè)和城市廢水處理后的終端產(chǎn)物, 僅以我國1993年國家環(huán)保局環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示, 僅工業(yè)廢水就可以生產(chǎn)1220萬噸污泥, 若將生活污水處理后的污泥及造紙污泥等計(jì)算在內(nèi), 污泥量更為可觀。 污泥中含有較為豐富的有機(jī)質(zhì)和氮磷等營養(yǎng)物質(zhì), 不加穩(wěn)定處理的污泥任意排放,污沂孫掃的有機(jī)物和

12、氨、氮將大量消耗水體中的氧, 造成水體水質(zhì)惡化, 嚴(yán)重影響水生物的生存, 污泥中的營養(yǎng)物質(zhì)會造成水體的富營養(yǎng)化, 促使藻類惡性繁殖, 造成赤潮和綠潮現(xiàn)象, 影響生活用水和工農(nóng)業(yè)用水, 使?jié)O業(yè)產(chǎn)量下降, 造成巨大經(jīng)濟(jì)損失; 污泥中還含有致病菌和寄生蟲卵等危害人類健康的因素, 處理不當(dāng)會造成疾病的傳播, 故污泥的適用處理技術(shù)應(yīng)使污泥減容, 穩(wěn)定化和無害化。 因此, 污泥處理總的目標(biāo)是確保污泥中的有毒有害物質(zhì), 無論是現(xiàn)在還是將來都不致對人類及環(huán)境造成不可接受的危害。處理的基本要求是污泥體積應(yīng)盡量小, 污泥本身無較大危害性, 處理場地適宜, 設(shè)施結(jié)構(gòu)合理, 封場后要定期進(jìn)行維護(hù)和檢測。 污泥處理的基

13、本方法是通過天然或人工屏障實(shí)現(xiàn)有害物質(zhì)同生物圈的有效隔離。 概括起來說, 污泥的處理分為海洋處理和陸地處理兩大類。海洋處理主要是指海洋傾倒和遠(yuǎn)洋焚燒。陸地處理包括農(nóng)用、土地填埋、淺地層埋藏或深井灌注、做建筑材料、焚燒、熱解處理等方法。 近年來, 發(fā)達(dá)國家處理污水凈化后產(chǎn)生的污泥, 已越來越多地采用焚燒方法, 因此從我國國情出發(fā), 研制適合我國的污泥焚燒爐已迫在眉睫。1、污泥的焚燒處理方法簡介80年代初, Cover和Greenfield 兩人首先作了污泥燃料化的嘗試, 他們直接把濃縮污泥作為原料, 用高效蒸發(fā)器脫水, 制取燃料, 被稱為s F 流程。只要其中含有足夠的有收稿機(jī)成份的污泥才可以進(jìn)

14、行燃料化處理, 但上述設(shè)想的系統(tǒng)過于復(fù)雜, 運(yùn)行成本高。污泥的焚燒設(shè)備有多段爐、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐、多室焚燒爐以及流化床焚燒爐等, 其中以流化床焚燒爐最具優(yōu)勢。焚燒法特別是流化床焚燒污泥與其它處理方法相比, 有以下幾個突出優(yōu)點(diǎn): (l) 大大地減少污泥的體積和重量, 因而最終需要處理的物質(zhì)很少, 有時燃燒的灰可制成有用的產(chǎn)品其體積可減少(8590)%, 重量減少(6580)%。(2)污泥的處理速度快不需要長期儲存。(3)污泥可就地焚燒, 不需要長距離運(yùn)輸。(4)可以回收能量用于發(fā)電和供熱。但是焚燒產(chǎn)生的空氣污染和有毒物的排放必須受到嚴(yán)格的控制。因此, 本文重點(diǎn)對異重流化床焚燒污泥的特性及環(huán)境影響進(jìn)行

15、分析研究。2、污泥的能量利用分析 各種污泥的水份變化很大, 從9%至50%均有。水份的變化對于燃料本身的熱值影響大, 從而影響能量的回收。2.1 污泥的性質(zhì) 試驗(yàn)和分析采用某白紙板廠的帶式壓濾后的造紙污泥( 下同) 。 對應(yīng)收到基水份為80%的造紙污泥的低位發(fā)熱量為438.36KJ/kg。對于如此低發(fā)熱量的污泥, 單獨(dú)維持燃燒幾乎是不可能的。2.2 水份對能量回收的影響 對于水份含量較高的燃料, 其潛熱損失占了很大比例。造成可用能降低，圖1是造紙污泥的可用能份額與不同水份比例的關(guān)系，由圖可知，水份造成潛熱損失隨水份的增加增長很快。特別是當(dāng)高水份時(>76%)，水份的微小變化將引起污泥可用

16、能的大幅度變化，這在實(shí)用上是值得注意的。從提高可用能份額的角度講，我們希望水份盡可能低。但要降低水份，要增加脫水工藝和設(shè)備，這除了增加投資、設(shè)備、人力，消耗外，同樣也要耗用一定的能量，要求的水份越低，脫水的能耗也越大，所以究竟將污泥水份控制在什么范圍內(nèi)合適必須對各方面因素進(jìn)行綜合比較才能確定，這是一個相當(dāng)復(fù)雜的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題。 圖1可用能份額與水份的關(guān)系2.3水份對理論燃燒溫度的影響分析 高水份污泥直接送入爐內(nèi)時，把大量水份帶入，而大量水份對燃燒過程產(chǎn)生一些不利的影響，如燃燒溫度下降、著火過程延遲，爐內(nèi)溫度波動等。圖2給出了不同水份污泥在不同熱空氣溫度下的理論燃燒溫度。計(jì)算時，假定燃料是由灰份、

17、水份和可燃份三種成分組成，前兩種成分是完全惰性的。流化床燃燒的正常溫度在8001000左右，因此，在爐膛絕熱情況下，熱空氣溫度為20時，60%水份污泥可以維持800以上的床溫，而高于此水份，要維持穩(wěn)定燃燒，需加入一定的輔助燃料。 圖2 理論燃燒溫度與水份的關(guān)系3、污泥的焚燒特性研究 造紙污泥中很大部分固相纖維組成，這些纖維素的比重又比較小，如果投入流化床的污泥在干燥后還原成短小的纖維素，則在通常的流化風(fēng)速下其必然會立即被吹出床層，從而形成很大的揚(yáng)析損失，甚至?xí)拐５娜紵r都無法組織，而如果我們用降低燃燒風(fēng)速去遷就短小纖維素不被吹出的要求，又會使流化床鍋爐的斷面熱強(qiáng)度低到無法接受的程度。造紙

18、污泥能否在流化床內(nèi)穩(wěn)定燃燒是利用流化床燃燒技術(shù)處理造紙污泥的首要問題。通過實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)了一個十分重要的現(xiàn)象，即污泥在燃燒過程中的凝聚結(jié)團(tuán)現(xiàn)象。這就是說，盡管造紙污泥中的固相物是短小的纖維素，但對相當(dāng)一部分污泥而言，在其與水混合以聚集狀態(tài)被投入流化床后，只要工況條件適當(dāng)，它們在干燥后并不還原成短小的纖維素，而是形成具有一定強(qiáng)度和耐磨性的凝聚團(tuán)，污泥的這種凝聚結(jié)團(tuán)特性，對其流化床燃燒過程的組織有很大的意義，實(shí)際上它是在流化床內(nèi)組織正常燃燒的基礎(chǔ)，也為降低流化床燃燒過程中燃料的揚(yáng)析損失創(chuàng)造了極為有利的條件。3.1試驗(yàn)方法結(jié)團(tuán)和著火試驗(yàn)是在一內(nèi)徑為必30mm的小型流化床上進(jìn)行的。為了測定污泥的結(jié)團(tuán)強(qiáng)度

19、，本試驗(yàn)采用的污泥統(tǒng)一制成直徑為10mm圓球。試驗(yàn)時迅速從流化床頂部給入，經(jīng)一定時間后連同床料迅速倒出，經(jīng)篩分后，在抗壓強(qiáng)度測定儀上進(jìn)行測定，慢慢地增大壓力，以破碎前可達(dá)到的最高壓力作為污泥的抗壓強(qiáng)度值凡，凡的單位為MPa。研究著火溫度對流化床燃燒意義不大，但對指導(dǎo)點(diǎn)火啟動還是很有指導(dǎo)作用的。對著火溫度的測定采用逐步降低床溫觀察污泥團(tuán)能否發(fā)紅的逼近法，在溫度較低時(小于700)可以觀察到揮發(fā)份析出，但沒有火焰，只有在溫度較高(大于700)才能觀察到揮發(fā)份析出并燃燒產(chǎn)生火焰的開始時間和結(jié)束時間。3.2結(jié)團(tuán)特性試驗(yàn)表明污泥凝聚團(tuán)的抗壓強(qiáng)度S，在燃燒過程中要經(jīng)歷較長的變化。如圖4所示。 圖4不同床溫

20、下杭壓強(qiáng)度與時問的關(guān)系由圖可知，在同一床溫下，抗壓強(qiáng)度Sp隨時間的延長而變小，而且隨著時間的延長，Sp的變化率也變小，這是由于:(l)在加熱初期，由于加熱速率高引起揮發(fā)份的快速析出，造成結(jié)構(gòu)的變化，中間相的發(fā)育受到抑制，從而使結(jié)團(tuán)變得“疏松”，強(qiáng)度也相應(yīng)降低。(2)因?yàn)槲勰鄵]發(fā)份較高，而表面由于粘土等物質(zhì)的存在而變得比較致密，當(dāng)污泥受熱時，特別是驟然受熱時，內(nèi)部揮發(fā)份的析出由于表面比較致密以及受表面張力的作用暫時析不出來，而且隨著溫度的升高，這些揮發(fā)物要經(jīng)歷塑性階段，最終將導(dǎo)致聚團(tuán)體積膨脹而中心呈空心狀。在這過程中將導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度急劇變小。最后這些揮發(fā)份將先通過某個薄弱處排出。這一現(xiàn)象也說明在利

21、用流化床燃燒技術(shù)處理造紙污泥時，污泥揮發(fā)份是易于析出的。這對維持穩(wěn)定燃燒，提高燃燒效率是有利的。床溫對結(jié)團(tuán)強(qiáng)度有十分重要的影響，從圖中可以看出，污泥的結(jié)團(tuán)強(qiáng)度隨著溫度升高而降低。這是由于床溫的升高引起揮發(fā)析出速度變大，造成結(jié)構(gòu)變化也大，對中間相的發(fā)育影響也大，因此，強(qiáng)度也變得越低。3.3著火特性 通過觀察可以發(fā)現(xiàn)，污泥的著火時間隨水份的增加而降低，但在我們的實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，即在床溫700900范圍內(nèi)這種變化并不明顯。在床溫達(dá)到一定值后(>700)，著火時間幾乎和污泥水份沒有關(guān)系，而與床溫關(guān)系比較密切。其原因主要是結(jié)團(tuán)體積較小，水份析出速率很高，而試驗(yàn)水份變化范圍也不大，因而析出時間僅與床

22、溫有關(guān)。如圖5所示。 圖5 著火時間與床溫變化的關(guān)系現(xiàn)在再來分析水份蒸發(fā)對著火過程的影響。假定水份為完全惰性的成份，水份蒸發(fā)將引起燃料著火過程的延遲。我們沒有對水份蒸發(fā)時間作專門實(shí)驗(yàn)，但在必30mm流化床結(jié)團(tuán)試驗(yàn)過程中，我們發(fā)現(xiàn)，即使是含水為80寫的污泥其著火時間也只有四十秒左右，而對流化床燃燒而言，燃料在爐內(nèi)的停留時間通常達(dá)幾十分鐘甚至一、二小時，所以著火延遲幾十秒不會對污泥在流化床內(nèi)的燃盡有實(shí)質(zhì)影響。水份對燃燒過程的另一個可能的影響是造成爐溫不穩(wěn)定，而流化床內(nèi)由于物料的載熱，熱慣性較大，從而可以有效地緩和爐溫的波動，而流化床內(nèi)始終有燃燒著的燃料為流化床補(bǔ)充熱。從以上的初步分析可以看到，流化

23、床燃燒在燃用高水份污泥時較其它燃燒有著許多突出的優(yōu)點(diǎn)，它能夠較好地克服大量水份進(jìn)入爐內(nèi)可能引起的燃燒溫度降低，著火延遲及爐溫波動等不利因素，從而成為處理污泥的一項(xiàng)重要焚燒技術(shù)。4、污泥流化床焚燒環(huán)境影響分析采用流化床焚燒法處理污泥，會不會產(chǎn)生二次污染呢?經(jīng)過對造紙污泥在900床溫下產(chǎn)生灰渣中重金屬鋅、銅、鉆、鉻、福等的含量分析，最多的鋅為295.8mg/kg，其余四種均在45mg/kg以下，遠(yuǎn)低于國標(biāo)中“農(nóng)用污泥中有害物質(zhì)最高允許濃度”。采用離子電極法測得造紙污泥中氛離子含量為593mg/kg，氟離子含量為5.6X10一mg/kg，可以忽略。既使所有Cl-生成HCI，其排放也僅為1.81ppm

24、，比加拿大CCME標(biāo)準(zhǔn)90pPm低許多，污泥中硫全部生成S0:其最高濃度99mg/Nm3，NOx排放按燃料氮轉(zhuǎn)化率40%計(jì)算為228ppm，均低于GB13271一91對鍋爐大氣污染排放規(guī)定值。污泥焚燒后會產(chǎn)生的主要有害有機(jī)物(POHC)在國外已引起相當(dāng)重視，如甲苯、氯乙烯、二惡英均有毒性，按美國的資源保護(hù)法規(guī)定POHC破壞率(DRE)要求達(dá)到99.99%以上?？梢詫Ω鞣N焚燒反應(yīng)的動力學(xué)方程求得達(dá)到上述要求的破壞溫度和反應(yīng)時間，在8501000的流化床焚燒條件下，可求得要求達(dá)到99.99%破壞率的各種POHC停留時間為2S以上，這對于采用污泥異比重流化床焚燒爐來說是不難達(dá)到的。因而污泥流化床焚燒

25、可以滿足苛刻的環(huán)保要求。5、結(jié)論1.對造紙污泥的研究表明污泥在流化床焚燒爐內(nèi)可以形成一定強(qiáng)度的結(jié)團(tuán), 可以采用浙大發(fā)展的異比重流化床焚燒技術(shù), 能實(shí)現(xiàn)良好著火。2. 經(jīng)過充分分析計(jì)算和試驗(yàn)研究表明,造紙污泥采用流化床焚燒技術(shù)SO2 、NOx、氟、氯、重金屬、POHC排放均能滿足環(huán)保要求,從而不致引起二次污染。3. 污泥流化床焚燒方法在技術(shù)上, 環(huán)境上是可行的, 不僅達(dá)到了污泥處理的目的, 還可回收污泥中的可用能, 是一種具有較好應(yīng)用前景的新方法。三 干燥技術(shù)的未來趨勢本文是作一種預(yù)測，是作者對干燥技術(shù)發(fā)展趨勢的一些看法。可以確信，進(jìn)入下世紀(jì)后，干燥技術(shù)將更加有效地利用能源，其操作的微過程控制將

26、更為普及，聯(lián)合干燥方法顯示的優(yōu)點(diǎn)將獲得更好地開發(fā)。此外，本文評述的一些新技術(shù)將會得到進(jìn)一步的研究和利用。干燥是最通用和耗能最多的工業(yè)操作，被干燥的物料有各種狀態(tài)，組成復(fù)雜。在工業(yè)中使用的干燥器有數(shù)百種。但干燥又是一種被了解得較少的操作。大多數(shù)干燥器的設(shè)計(jì)仍然依賴中間試驗(yàn)和操作經(jīng)驗(yàn)。但是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，如生物技術(shù)、新型超導(dǎo)材料等新技術(shù)的開發(fā)，對于燥技術(shù)的要求更高。由于各種新過程質(zhì)量要求嚴(yán)格，常把一些額外的復(fù)雜要求加于干燥操作，致使按現(xiàn)行方法計(jì)的干燥器不能滿足各種新的要求。預(yù)測未來10年世界上于燥技術(shù)的發(fā)展是很困難和很冒昧的，但對這種趨向的討論及對于干燥技術(shù)的交流和發(fā)展卻是有益的。1、干燥技術(shù)發(fā)展

27、的一般趨向其趨向是:更有效地利用能量，強(qiáng)化干燥操作，使干燥器更緊湊;改善產(chǎn)品質(zhì)量;處理好提高質(zhì)量和增加容量的關(guān)系，減少環(huán)境污染，消除起火和爆炸危險，使之安全操作，發(fā)展一機(jī)多用系統(tǒng)，包括適用于不同產(chǎn)品、不同生產(chǎn)率的操作，以及在同一設(shè)備中先后進(jìn)行不同操作的系統(tǒng)，如反應(yīng)、附聚、冷卻或加熱、涂覆、摻合、造粒、分級等，法展組合干燥，針對被干燥物料的干燥特性，連續(xù)地用不同的方法進(jìn)行分級干燥，使效果最佳，同時利用多種能源的干燥，如同時利用直接熱源和間接熱源，同時加熱和引入微波能等，發(fā)展智能干燥器，使產(chǎn)品具有特殊的物理性能，如高級瓷料和超導(dǎo)材料的制造。筆者認(rèn)為，對干燥技術(shù)今后應(yīng)注重以下幾個方面。(1)間接干燥

28、具有較高的熱利用率。對流(或稱直接式)型干燥器是最常見的。如轉(zhuǎn)筒、流化床、閃急、沖急、輸送帶式干燥器等。直接干燥排氣帶走的熱量與蒸發(fā)水分的熱量一樣多，熱損失大。間接干燥(或稱接觸或傳導(dǎo)式)經(jīng)常在真空或低氣流速率下操作，以排除被蒸發(fā)的水分，這樣惰性氣體帶走的熱量可減至最少或消除。(2)能量場干燥，在某些特殊的干燥器中利用遠(yuǎn)紅外加熱，如涂布、印刷膜的于燥。介電干燥時，極性水分子有選擇地吸收能量，從而避免受傅立葉熱傳導(dǎo)定律的約束，即必需在物料內(nèi)部建立明顯的熱梯度，才能把熱量傳入濕固體內(nèi)部。(3)組合型干燥方法，原則上優(yōu)于僅采用1種傳熱方式的干燥。如直接供熱和間接供熱的組合型干燥器，用于樹脂干燥的帶有

29、浸沒加熱面段的流化床干燥器，其尺寸僅為普通熱空氣流化床的1/3。用于涂布膜的沖擊和射頻干燥器，以及用于擠出青狀物料的沖擊和微波干燥器。提供間接熱量的組合干燥有時可減少設(shè)備的尺寸達(dá)幼%，但在傳熱面上粘接或結(jié)垢的物料不宜使用這種設(shè)備，除非使部分干物料返混于濕物料中。組合干燥的另一種含義是物料在干燥過程中性能變化時可采用2種組合或多種不同形式的干燥器。閃急干燥器與流化床干燥器的組合是理想的，在幾秒鐘內(nèi)排除顆粒固體的表面水分，隨之在一個較小的流化床內(nèi)停留較長的時間除去內(nèi)部水分，不再需要干顆粒返混至濕顆性。與此相似，一個較小的噴霧于燥器可配一個流化床，以除去噴霧干燥器卸出相對較濕的物料中的內(nèi)部水分，這樣

30、可大為降低單獨(dú)使用噴霧干燥器的尺寸和費(fèi)用。所以噴霧一流化床于燥被廣泛應(yīng)用。作為后干燥器的流化床，有時采用振動流化床或帶有與與產(chǎn)品特性相適應(yīng)的間接加熱的流化床。由2種或多種型式的干燥器組合而成的干燥系統(tǒng)具有適應(yīng)性廣、便于調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)。然而系統(tǒng)的模擬放大、設(shè)計(jì)和最佳化則更為復(fù)雜。（4）改善干燥過程的控制。干燥過程中，在線測量固體濕度，對某些物料的質(zhì)量控制、附聚、粒度分布等是必要的?？焖僖苿游锪系姆墙佑|式局部濕度測重(常采用紅外測濕法）對監(jiān)控低干燥過程是很重要的。高溫含塵氣體和固體在線濕度測量技術(shù)的開發(fā)，將會使未來的于燥過程得到較好的控制。干燥技術(shù)專家系統(tǒng)的商業(yè)開發(fā)將使干燥系統(tǒng)的選擇、設(shè)計(jì)、分析和控制

31、更為方便，采用數(shù)學(xué)模型和經(jīng)驗(yàn)直觀判斷相結(jié)合將更有利于常用干燥器，可改善千燥器的放大設(shè)計(jì)和分析程序。遺憾的是，這種專家系統(tǒng)目前仍然是一種值得大力研究和開發(fā)較為困難的課題。（5)對于低值產(chǎn)品而言干燥節(jié)能是一大課題。就能源的種類，未來也不會有什么變化。礦物燃料將仍然是主要的能源。太陽能干燥在具有高日照值的發(fā)展中國家可能被采用，但對動植物類物料的變質(zhì)和損耗及衛(wèi)生要求值得注意。電能大多限于提供風(fēng)機(jī)或物料運(yùn)輸器的動力，只有在電力價格相對不高和干燥過程的“純”能耗較低時，電力作為熱能能源才是合理的。采用電力的干燥設(shè)備易于操作和控制，特別適用于對排出的蒸汽再壓縮并重新使用的蒸汽干燥(如熱泵干燥)中。2、干燥新

32、技術(shù)展望在未來10年，具有明顯潛力并將獲得進(jìn)一步研究和發(fā)展的干燥技術(shù)中，對節(jié)能、提高產(chǎn)品質(zhì)量或產(chǎn)量具有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)的有下列幾項(xiàng)新技術(shù)。(1)過熱蒸汽干燥其主要優(yōu)點(diǎn):可有效地利用干燥器排出的廢蒸汽;無起火和爆炸的危險;減少產(chǎn)品氧化變質(zhì)的隱患(如褪色、褐變反應(yīng)等)，可改善產(chǎn)品質(zhì)量;具有較高的干燥速率，使干燥器緊湊。缺點(diǎn):工業(yè)使用經(jīng)驗(yàn)有限，在加料和卸料時難于控制空氣滲入;產(chǎn)品溢度較高(排除表面水分的大氣壓，蒸汽干燥器內(nèi)為100攝氏度)。與空氣相比，蒸汽具有較高的熱容，使傳遞熱能時需要的質(zhì)量流量較少;蒸汽的導(dǎo)熱系數(shù)較高，這意味著具有較高的傳熱系數(shù)。但蒸汽的動力粘度較高，減少了阻力，這將要求較高的流化速度，

33、對噴霧干燥而言，就要求有較大的干燥室。 對熱敏性物料，在較低壓力廠的蒸汽干燥也是可能的。德國一公司銷售了用于甜菜漿的蒸汽干燥設(shè)備，其總的經(jīng)擠效益不佳，但產(chǎn)品質(zhì)量有了顯著的改善。Mujumdar1990年綜合評論了公開發(fā)表的用于大噸位產(chǎn)品，如煤、紙漿、樹皮、泥煤、紙、原木、木片及甜菜漿等工業(yè)型、中試型、實(shí)驗(yàn)室型的蒸汽干燥。原則上任何直接(對流)干燥均可改為過熱蒸汽干燥。干燥器排出蒸汽的有效利用(在凈化前或凈化后)是這項(xiàng)技術(shù)成功的關(guān)鍵。其廢氣可用作工廠其它過程的工作蒸汽，或經(jīng)再壓縮或再加熱后重復(fù)使用，采用2級或多級干燥可充分利用蒸汽潛熱。(2)聲干燥和脈沖燃燒干燥在60多年前已有關(guān)于高強(qiáng)度聲場增強(qiáng)

34、傳熱、傳質(zhì)的報(bào)道，但熱敏性產(chǎn)品在接近大氣溫度下的聲干燥還未越出實(shí)驗(yàn)室研究階段。其聲發(fā)射的能量轉(zhuǎn)換率甚低(小于20%)是主要障礙。聲場增強(qiáng)傳熱、傳質(zhì)的機(jī)理已有一些假定，如在多孔介質(zhì)內(nèi)反復(fù)地升高和降低壓力場，增強(qiáng)濕物料表面空氣的湍流等;并假定在超聲場中降低了液體的粘度，從而提高了液體在固體中的擴(kuò)散率。蘇聯(lián)，日本、美國已設(shè)計(jì)了聲增強(qiáng)轉(zhuǎn)筒、洞道及流化床于燥器，并以實(shí)驗(yàn)室規(guī)模或中試規(guī)模進(jìn)行了試驗(yàn)。由于聲能利用率很低，至今未能實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模。Borisov和Gynkia1971年采用在閃急干燥器中裝置了幾個橢圓型聲集中器，使干燥速率提高許多倍。氣體噴嘴聲發(fā)生器裝在每一個聲集中器的聚焦點(diǎn)上，在空氣流率比較低時

35、，采用了聲強(qiáng)達(dá)177dB，頻率為1819Hz的聲場，使聚苯乙烯乳膠類物料在2一3秒鐘內(nèi)就干燥，但未報(bào)道能耗和質(zhì)量的數(shù)據(jù)。對于高值熱敏性物料（藥物、某些新的生物技術(shù)制品)，Borisov邪v和Gynkina1971年報(bào)道了在17時，用6.6Hz頻率和160dB的聲強(qiáng)，3.5mm的涂膜可在4一5分鐘內(nèi)被干燥，而在35的對流干燥器中完成同樣的干燥則需要10分鐘。聲干燥也可能影響產(chǎn)品的質(zhì)量，對此難以系統(tǒng)的評論。有文獻(xiàn)指出，在聲場中干燥瓷器模型(24，156dB;10kHz，干燥時間2小時)比在熱空氣中干燥8小時具有更好的彎曲強(qiáng)度。一般在快速干燥階段，排除表面濕分時，聲干燥效果較好。對于薄層或分散物料，

36、脈沖速度分量對傳熱、傳質(zhì)速率的影響的影響是顯著的。由于聲發(fā)射效率較低(25%)，聲干燥的實(shí)際能耗估計(jì)約為普通熱力干燥的34倍。因此，僅在難以干燥貴重和小噸位物料時，才值得考慮。在某些情況下，安全因素和產(chǎn)品質(zhì)量也許可補(bǔ)償聲干燥的費(fèi)用。將聲干燥和其它干燥方法聯(lián)合使用也是可行的，如與對流干燥或介電干燥聯(lián)合。在對流干燥時，聲干燥的相對效益隨溫度的升高而下降。Borisov和Gynkina的數(shù)據(jù)表明，微波干燥與聲干燥聯(lián)合使用，對瓷盤干燥有利。因?yàn)槁暩稍锱懦砻嫠侄⒉ㄇг锱懦齼?nèi)部水分。遠(yuǎn)紅外輻射與聲干燥的聯(lián)合使形，對石棉、瓷片等的干操也顯示了優(yōu)點(diǎn)，如果保持相同的最終表面混度，在聲場(7kHz，158d

37、B)影響下的干操速率為只有遠(yuǎn)紅外時的3倍。代替氣體噴嘴產(chǎn)生高頻壓力場的另一種增強(qiáng)分散顆粒物料傳熱、傳質(zhì)速率的方法是脈沖燃燒(PC)。在脈沖燃燒室中燃燒氣產(chǎn)生的頻率相當(dāng)?shù)?100Hz)，似振幅很大，因而產(chǎn)生的湍流強(qiáng)度高，使膏伏物料分散或糊狀物料霧化不需任何輔助的分散或霧化裝置。雖然對脈沖燃燒干燥的研究已有10余年，但這種系統(tǒng)最近才商業(yè)化。對于可泵送好的糊狀物料及溶液，特別是熱敏性物粒，中間試驗(yàn)的結(jié)果表明:改善了產(chǎn)品的質(zhì)量，減少了維修和能耗，設(shè)備成本可低至相應(yīng)噴霧于燥器的40%，而且不需要霧化器。在PC室中產(chǎn)生的聲壓達(dá)150dBA.(調(diào)整分貝=82dBm)，但干燥器外部(距外表面7.6cm)噪音強(qiáng)

38、度僅為90dBA。在脈沖然燒干燥器中與在噴霧干燥器中得到的產(chǎn)品性質(zhì)(包括顆粒度分布)有一定差別，因此中間試驗(yàn)是必需的。Nomure等人1988年利用PC廢氣作平表面的對流干燥，在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中得到了很高的干燥速度，得到的傳熱系數(shù)與高速沖擊干燥得到的值為同一數(shù)量級。(3)紙張的高強(qiáng)度干燥，普通的造紙過程是大量的脫水過程。開始濃度約為0.5%的纖維與水的懸浮液，最終為含95%一98%纖維的紙必須采用加熱干燥。工業(yè)上應(yīng)用的干燥器是多級烘缸(82%）。.沖擊（7.6%)、楊克式(yankee）(用于餐巾紙4%）、遠(yuǎn)紅外（3%)、閃急(1%)、真空（1%)及介電(<0.1%)。多級烘缸的典型干燥速率

39、為1025kg/(m2·h)，而現(xiàn)代楊克式干燥器可高至150kg/(m2·h)。新聞紙機(jī)需要60個蒸汽加熱烘缸(直徑為1.6m)，需要很大的空間和高額投資，同時“蒸汽能耗”高達(dá)1.5kg蒸汽/蒸發(fā)1kg水。這就需要發(fā)展新型高強(qiáng)度干燥系統(tǒng)來取代。近20年中，已開展了一些新的紙張干燥方法。在MeGill大學(xué)研究了“SWIFT”(Steam With Flow一Through)過程，即利用過熱蒸汽射流沖擊和穿透的聯(lián)合干燥，實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的試驗(yàn)和模擬研究證明，可得到很高的干燥速率。但技術(shù)上要處理在紙張的快速移動時沒有空氣的過分滲入，特別是在干燥器的進(jìn)口和出口端。美國的紙化學(xué)研究所(IP

40、C)已經(jīng)從不同的側(cè)面接近此難題。IPC開發(fā)的稱之為“高強(qiáng)度”的干燥過程是指一定溫度和壓力(紙張上的)條件下的熱表面干燥，紙張加熱面的溫度可高于水的沸點(diǎn)。穿過紙張的蒸汽流使紙張的內(nèi)部加熱加速，并使蒸汽快速排出而不受外部傳質(zhì)阻力的阻礙，即一部分液態(tài)水未發(fā)生相變而被驅(qū)出，這可能有利于改善熱效率。很顯然，高強(qiáng)度干燥對紙張有高的傳熱速率，這可以由提高圓筒表面溫度或?qū)垙埍砻媸┘痈邏狠d荷來達(dá)到(采用稱之為壓輥或“補(bǔ)充擠壓”)，并建議采用高溫燃?xì)馊紵骷訜岷娓住?4)沖擊氣流干燥器沖擊氣流干燥器(ISDImpinging Stream Dryers)是一種顆粒物料或膏狀物料干燥器。此干燥器在沖擊區(qū)內(nèi)排除物料

41、的大部分濕分，且2種射向相反的高速氣流發(fā)生碰撞（其中至少1種含有濕顆?；蛞旱蔚膬上嗔?。由于沖擊氣流的流體動力學(xué)特性而形成高湍動區(qū)，并因流體一顆粒碰撞而使傳熱、傳質(zhì)增強(qiáng)，使干燥時間減少。沖擊氣流干燥器必須與已知的沖擊干燥器或稱之為“射流區(qū)”，干燥器加以區(qū)別。后者是用熱空氣干燥片狀物料，如紙、織物、木材、膠合板及涂布薄片等，或是在輸送帶或振動盤上放置一層顆粒物料，用多股高速熱空氣沖擊流使之“假液化”。沖擊氣流干燥幾乎沒有報(bào)道過實(shí)驗(yàn)室規(guī)?；蚬I(yè)性的應(yīng)用。2股射流相反的單相沖擊，在燃燒和氣體混合的應(yīng)用方面已被廣泛地研究過，然后把它推廣到含有顆粒物粒傳熱、傳質(zhì)的兩相射流。根據(jù)沖擊流流量、沖擊角、氣流導(dǎo)

42、管的形狀、氣流的顆粒攜帶量(或是欲干燥的糊狀物、懸浮液或膏狀物涂布的惰性顆粒)、射流的流動特性(如打旋或不打旋的，以及2種氣流的旋渦方向同向旋轉(zhuǎn)或反向旋轉(zhuǎn))等，可將沖擊氣流干燥器分成很多種，其中有一些已在實(shí)驗(yàn)室作了研究，但并未報(bào)道全部數(shù)據(jù)。因此，對一些改型干燥器的有效性難以作出結(jié)論性的論述。沖擊氣流干燥裝置與普通流化床、噴動床、振動流化床、閃急干燥器，甚至與噴霧干燥器和旋轉(zhuǎn)閃急干燥器處于競爭之中。它的主要優(yōu)點(diǎn)為具有很高的體積蒸發(fā)能力、破碎團(tuán)塊的能力、尺寸小、易于控制等。另一方面，鼓風(fēng)要求很大的功率，可能產(chǎn)生腐蝕問題，則為其主要的限制因素。根據(jù)蘇聯(lián)文獻(xiàn)報(bào)道，工業(yè)上采用沖擊氣流干燥單元(沿軸向旋轉(zhuǎn)

43、或不旋轉(zhuǎn))干燥結(jié)晶固體(如賴氨酸)、膏狀物(如污泥)、顆粒狀物料(如藥物)以及微生物樣品。在干燥微生物制品時，接觸時間很短，對保持制品的質(zhì)量是很重要的。Kudra和Mujumdar曾嘗試對各種沖擊氣流干燥器進(jìn)行分類，這需要檢測大量的其它因素，實(shí)際上，如產(chǎn)品的質(zhì)量問題、產(chǎn)品的磨損、管道的腐蝕、在導(dǎo)管中產(chǎn)品可能沉積等，在可能得到廣泛的工業(yè)認(rèn)可前，必須予以仔細(xì)的核實(shí)。除了上述4項(xiàng)技術(shù)之外，許多其它的干燥技術(shù)現(xiàn)今正處于不同的發(fā)展階段，在這些干燥技術(shù)中，以下諸項(xiàng)值得一提。1.包括添加非水溶劑或聚合物的冷凍噴霧干燥過程，以期獲得良好的產(chǎn)品質(zhì)量。2.用惰性干粒子的流化床干嫌連續(xù)薄片材料，如用間接加熱硅膠粒子的流化床干燥皮革。3.將濕顆粒與干粒子混合的間接加熱的分層浸沒干燥，如用天然沸石順粒的攪拌分層的谷物干燥。4.間斷供熱干燥(由對流、輻射或微波)，以節(jié)省能量并使熱敏性物料的破壞最小。5.利用滲透