申請日2017.09.26

　　公開(公告)日2018.01.16

　　IPC分類號C02F11/12; B01F7/06

　　摘要

　　本發明涉及一種污泥過熱蒸汽干燥傳熱傳質強化裝置與方法，裝置通過改善污泥內部與外部熱質傳遞條件來強化污泥過熱蒸汽干燥過程傳熱傳質，適用于高含水污泥干燥。其特征是：在單根軸上錯開45°布置螺旋線方向分別為順時針與逆時針螺旋葉片，兩種葉片與中心軸軸向夾角互相垂直且螺距不同，順時針螺旋葉片底邊高等于逆時針螺旋葉片頂邊高。該裝置增加污泥運動時污泥之間間隙，改善污泥與過熱蒸汽兩相流動，進而強化污泥與過熱蒸汽接觸效率，改善污泥外部熱質傳遞，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，增強污泥內部熱質傳遞。裝置強化干燥過程內外部傳熱傳質，加快干燥進程，改善干燥質量，提高干燥效率與能量利用率。

　　權利要求書

　　1.一種污泥過熱蒸汽干燥傳熱傳質強化裝置，包括攪拌軸、葉片和支撐桿，其特征在于：從進料口起始沿軸向往出料口布置多個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料口布置多個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.根據權利要求1所述的一種污泥過熱蒸汽干燥傳熱傳質強化裝置，其特征在于：在攪拌軸上同時布置順時針螺旋與逆時針螺旋兩種葉片，兩種葉片與中心軸軸向夾角互相垂直。

　　3.根據權利要求1所述的一種污泥過熱蒸汽干燥傳熱傳質強化裝置，其特征在于：順時針螺旋葉片底邊距離中心軸的高度等于逆時針螺旋葉片頂邊距離中心軸的高度。

　　4.根據權利要求1所述的一種污泥過熱蒸汽干燥傳熱傳質強化裝置，其特征在于：逆時針螺旋葉片的螺距小于順時針螺旋葉片的螺距。

　　5.根據權利要求1所述的一種污泥過熱蒸汽干燥傳熱傳質強化裝置，其特征在于：順時針螺旋葉片支撐桿和逆時針螺旋葉片支撐桿錯開45°布置。

　　6.一種用于權利要求1、2、3、4和5所述的一種污泥過熱蒸汽干燥傳熱傳質強化裝置的污泥過熱蒸汽干燥傳熱傳質強化方法，其特征在于：污泥進入裝置強化區域后，被徑向高度不同的順逆時針螺旋葉片分成兩層;強化區域外層污泥隨順時針螺旋葉片做圓周運動，軸向運動方向往出口方向;強化區域內層污泥隨逆時針螺旋葉片揚起做徑向運動，軸向運動方向為入口方向;兩層污泥運動方向不同，但互相結合;過熱蒸汽受葉片運動影響在葉片之間與污泥進行強烈兩相對流。

　　說明書

　　一種污泥過熱蒸汽干燥傳熱傳質強化裝置與方法

　　技術領域

　　本發明屬于污泥干燥領域，涉及一種污泥干燥傳熱傳質強化裝置與方法，尤其是一種以過熱蒸汽為干燥介質的污泥干燥傳熱傳質強化裝置與方法。

　　背景技術

　　隨著城市人口的增加，城市污水處理量也在大幅度提升，污泥的產量也逐年增長，污泥中含有多種、大量的有害物質，如果不能得到有效的處理，會對環境造成很大的破壞。而且未經過處理的污泥，會散發出臭味，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峻的形式。

　　而污泥是一種高含水物質，一般的污水處理廠產生的污泥含水率都在95%以上，經過濃縮后依然含水率在90%以上，因此污泥的干燥是一個將污泥水分大量去除的一個過程。現有的污泥處理技術有很多種，分為衛生填埋、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，將污泥中含有的水分去除的方法。

　　污泥在干燥過程中，一般同時發生兩個過程，一個為濕分的汽化及其傳遞，即質交換，另一個過程為熱量的傳遞，即熱交換。也可以將干燥分為污泥內部的質熱傳遞和相界面上邊界層中的質熱傳遞，所以干燥過程的強度就與物料內部和外部的質熱傳遞條件相關。當外部質熱傳遞適應內部質熱傳遞時，干燥強度最大(金國淼.干燥設備[M].北京:化學工業出版社,2002.)。

　　污泥外部的質熱傳遞也是水分的蒸發過程，即由于污泥升溫后，外表面的水分溫度升高，然后發生汽化，由于表面的蒸汽壓力小于干燥介質中的蒸汽分壓，然后被干燥介質帶走的一個過程。污泥內部的質熱傳遞實質是污泥內部水分的擴散過程，干燥介質把表面的水蒸氣帶走之后，污泥內部的溫度低于外部的污泥溫度，而內部的濕度大于外部的濕度，因此水分便開始向外部擴散(李博. 污泥高效干化方法及干化焚燒系統的優化運行研究[D].浙江大學,2014.)。這兩個過程一般同時進行，強化這兩個過程的相互作用，就能增加污泥的干燥速率，縮短干燥時間。

　　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散出來，因此增加干燥時污泥之間的間隙，就能提高濕分蒸汽的蒸發速率。而污泥在干燥過程中存在明顯的收縮現象，前段干燥收縮幅度大，后段干燥收縮幅度小，各尺寸變化規律與水分變化規律一致，污泥產生收縮是水分蒸發的直觀反映。在干燥機中，尾端的污泥干燥速率比前端的污泥高，因為經過一段時間的干燥后，污泥的體積發生收縮而減小，且溫度升高，污泥在經過長時間攪拌后也變得更加均勻，這個時候的污泥失重變快，干燥速率大大上升(馬俠,蔣旭光,馬增益,嚴建華,岑可法. 槳葉式干燥機污泥干燥試驗研究[J]. 能源工程,2006,03:57-60.)。

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

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

　　中國專利CN 205138138 U公開了一種螺旋推進式連續干燥裝置，該裝置利用打散葉片和螺旋葉片使得物料在打散、揚起的過程中與干燥介質充分接觸，該裝置加強污泥的打散作用來達到強化換熱的目的，但并沒有改善干燥介質的運動狀態及污泥邊界層的質熱傳遞，干燥介質的熱量沒有得到充分的應用。

　　中國專利CN 103693838 A公開了一種污泥干燥裝置及方法，該裝置通過兩個腔體共同連接的套筒設置，分別將污泥與干燥介質分別在各自的腔體內做螺旋運動來增加污泥與干燥介質換熱效率，但該裝置只是延長了污泥與干燥介質的運動時間，也沒有改變污泥的運動效果及污泥內部質熱傳遞，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不夠，污泥容易黏結在一起，與過熱蒸汽的接觸不夠充分，影響邊界層的質熱傳遞，且相鄰污泥之間溫度差和濃度差不高，影響污泥內部的質熱傳遞，導致干燥介質的傳熱傳質效果不好，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。

　　發明內容

　　本發明的目的是提供一種能改善污泥與過熱蒸汽兩相流動，增加污泥之間間隙，提高污泥內部及外部質熱傳遞，從而增加干燥速率，縮短干燥時間，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效果的污泥過熱蒸汽干燥傳熱傳質強化裝置與方法。

　　為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

　　一種污泥過熱蒸汽干燥傳熱傳質強化裝置，其特征在于：從進料口起始沿軸向往出料口布置多個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料口布置多個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。

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

　　優選的，裝置內順時針螺旋葉片底邊距離中心軸的高度等于逆時針螺旋葉片頂邊距離中心軸的高度。

　　優選的，裝置內逆時針螺旋葉片的螺距大于順時針螺旋葉片的螺距。

　　優選的，裝置內順時針螺旋葉片支撐桿和逆時針螺旋葉片支撐桿錯開45°布置。

　　一種污泥過熱蒸汽干燥傳熱傳質強化裝置的污泥過熱蒸汽干燥傳熱傳質強化方法，其特征在于：污泥進入裝置強化區域后，被徑向高度不同的順逆時針螺旋葉片分成兩層;強化區域外層污泥隨著順時針螺旋葉片做圓周運動，軸向運動方向往出口方向;強化區域內層污泥隨逆時針螺旋槳葉揚起做徑向運動，軸向運動方向為入口方向;兩層污泥運動方向不同，但互相結合;過熱蒸汽受葉片運動影響在葉片之間與污泥進行強烈兩相對流。

　　本發明的有益效果是：

　　1.污泥在裝置內通過順時針螺旋葉片與逆時針螺旋葉片結合方式可以加強污泥與過熱蒸汽在裝置內的兩相流動，使污泥充分與過熱蒸汽接觸并進行傳熱傳質;

　　2.逆時針螺旋葉片與順時針螺旋葉片錯開45°布置，且逆時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動，增加污泥在裝置內運動次數及頻率，使污泥充分與過熱蒸汽接觸并進行傳熱傳質;

　　3.污泥在裝置內通過順逆時針結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，改善污泥干燥質量，使污泥充分與過熱蒸汽接觸并進行傳熱傳質;

　　4.順時針螺旋布置葉片的底邊高恰好為逆時針葉片的底邊高，這種布置方式使污泥錯開成兩個區域，使不同區域的污泥產生不同的運動方式，順時針螺旋葉片使底部污泥有更多的圓周運動，逆時針螺旋使污泥有更多的徑向運動，這兩種運動增加污泥之間的間隙，使污泥充分與過熱蒸汽接觸并進行傳熱傳質;

　　5.本發明通過改善污泥與過熱蒸汽傳熱傳質效果，并改善污泥的干燥質量，減少干燥時間且提高能量利用率。