污泥过热蒸汽薄层干燥特性及干燥模型构建.doc

污泥过热蒸汽薄层干燥特性及干燥模型构建 第30卷 第14期 农 业 工 程 学 报 Vol.30 No.14 258 2014年 7月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jul. 2014 污泥过热蒸汽薄层干燥特性及干燥模型构建 张绪坤，孙瑞晨，王学成，苏志伟，曹 伟 （南昌航空大学机电设备研究所，南昌 360063） 摘 要：为了解污泥常压过热蒸汽薄层干燥特性，搭建了常压过热蒸汽干燥试验台，进行了2、4、6和10 mm厚度污泥在不同过热蒸汽温度160～280下薄层干燥试验，并分段对试验数据进行拟合分析，得到了模型参数与过热蒸汽温度、污泥厚度之间的关系。结果表明：污泥在较高温度过热蒸汽干燥后没有氧化燃烧，且裂纹密集，表面粗糙，利于干燥的进行。污泥薄层在干燥初始阶段存在凝结过程，过热蒸汽凝结在物料表面使其质量不降反而增加，导致干燥时间延长，凝结水质量和干燥时间的增幅受过热蒸汽温度的影响较大，过热蒸汽温度越高，增幅越小，而污泥的厚度对污泥质量和干燥时间的增幅影响较小。根据斐克第二定律，得到2、4、6和10 mm厚度污泥在160～280过热蒸汽干燥水分有效扩散系数分别为2.0641×10-9～8.8527×10-9、4.3738×10-9～1.6626×10-8、6.6082×10-9～2.46×10-8和1.1916×10-8～4.0806×10-8 m2/s，由Arrhenius方程建立有效扩散系数的对数与温度倒数的线性关系，得到水分的活化能分别为26.250、22.032、21.894和20.961 kJ/mol。试验结果可为污泥过热蒸汽干燥工艺参数优化及干燥设备研制提供参考。 关键词：干燥；动力学；模型；过热蒸汽；薄层干燥；污泥 doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2014.14.033 中图分类号：X705 文献标识码：A 文章编号：1002-6819(2014)-14-0258-09 张绪坤，孙瑞晨，王学成，等. 污泥过热蒸汽薄层干燥特性及干燥模型构建[J].农业工程学报，2014，30(14)：258－266. Zhang Xukun, Sun Ruichen, Wang Xuecheng, et al. Drying models and characteristics of thin layer sludge in superheated steam drying[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(14): 258－266. (in Chinese with English abstract) 0 引 言 污泥源自城市污水处理过程，2010年中国年产含水率80%的污泥约2 170万t，随着污水处理量的不断增加，污泥年产量将很快突破3 000万t[1]，大量污泥无害化处理处置日益成为环保领域的一大难题。污泥经机械脱水后含水率在80%左右，中国生活垃圾填埋场污染控制标准（GB16889-2008）规定污泥含水率必须小于60%，堆肥处理要求含水率为50%～60%，制建材时要求含水率不高于40%，而污泥的焚烧需要掺入大量的煤直接混烧或者将含水率降低至与挥发性物含量之比小于3.5[2]。因此，降低污泥含水率是实现污泥无害化、减量化、资源化处理第一步，也是关键的一步。为使其达到更低的含水率，采用加热干燥是比较可行的方法之一。姜瑞勋[3]、刘凯[4]分别研究了城市污泥、造纸污泥热风薄层干燥特性，并引入薄层干燥模型对干燥过程进行模拟，分别得到了最适合的干燥模型。收稿日期：2013-12-05 修订日期：2014-07-05 基金项目：国家自然科学基金 作者简介：张绪坤（1963－），男，汉族，江西武宁人，博士，教授，主要从事机电一体化技术与干燥设备研究。南昌 南昌航空大学机电设备研究所，330063。Email：xukun008@163.com 中国农业工程学会高级会员（E041200712S） 采用热风干燥污泥，干燥过程中会产生大量含污染物的尾气，增加尾气处理难度与成本，同时高温热风干燥存在产生苯系污染物的风险[5]。邓文义等[6]对造纸污泥干燥的排放物进行了研究，结果表明污泥干燥排放污染的量在200时要比160时