太阳能干燥污泥的研究(4)

第三章实验装置的设计与热性能测试

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，可满足不同物料、不同干燥阶段及不同干燥工艺的要求。

２干燥室底部设有隔板，将干燥室分为可接受日光照射的ｈ通道和不可接受日光照射的下通道两部分，形成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。

３为适应污泥的干燥特点，干燥室内设置了物料传输带，污泥可按一定速度连续进出，同时还可与气流运行方式配合，进行逆流连续对流干燥作业或分区干燥作业。４为适应不同季节不同时间连续干燥要求，干燥室内设有可与煤气热水器连接的下通道，不利天气条件下可利用热水器出来的高温烟气补热，保证干燥过程的正常进行。

５对干燥室的温度和湿度进行实时测量，在物料干燥周期内，可根据实际情况调节风门来控制干燥室内湿度，进行变工况干燥作业，实现干燥工艺的优化控制。

§３．３干燥系统的热性能测试

评价一个太阳能干燥系统的好坏通常是对其进行热性能测试。太阳能干燥装置的热性能测试方法，国内外已有许多人进行过深入研究。因为干燥过程因物料种类，干燥特性，气象条件及干燥设备的种类等诸多因素的不同，可比性较差，不易找到通用的测试方法。本装置的热性能测试选用污水处理厂经机械脱水后含水率在８０％左右的污泥作为标准物料，测试条件为环境温度Ｏ＇Ｃ～３５＂Ｃ，环境空气相对湿度为４０％～６０％，太阳辐射强度４００Ｗ／ｍ２—８００Ｗ／ｍ２的季节，保持４０℃～７０℃的条件下，进行干燥装置的热性能测试。

空气集热器系统瞬时效率仉及日平均效率玑

％。—玄矿ｍ．Ｃ，（ｔ。一ｆ１）ｉ：三杰％（３—５）

，，ｆ－Ｉ

式中：珊一空气流量（ｋｇ／ｓ）印一空气定压比热（ｋｊ／ｋｇ．℃）

ｔ。，一集热器出口温度（℃）ｔｌ一集热器进口温度（℃）

三识，一单位时间投射到集热器单位面积的总太阳能辐射（Ｗ／ｍ２）

４ｃ一集热器采光面积（ｍ２）ｎ一数据采集次数

系统干燥效率叩和太阳能保证率仉叩＝荆”彘（３—６）

；

第三章实验装置的设计与热性能测试

式中：Ｄ一污泥平均脱水量，ｈｙ一水的汽化潜热，ｋＪ／ｋｇ

ｆ。一干燥室出口温度，℃

Ｃ。一水的定压比热，ｋＪ／ｋｇ．℃Ｑ，一辅助热源加热量，ｋＪ

Ｑ，一风机耗电量，ｋＪＱ：一平均太阳辐射量，ｋＪ

叩和仇的测定结果见表３—３。

表３—３于燥装置的热性能测试结果

工况ｌ２３４５干燥时间ｌｌ：００．１４：３０１ｌ：００．１４：００１０：３０．１４：３０１０：４５．１４：００１１：ｌ５。１４：００环境温度（℃）１８１２ｌ１２，５１７．７２０４太阳辐射（ｗ／ｍ２）６０１６３８５６０６４３４２３湿物料重（ｇ）ｌ００１００１００１００ＪＯＯ初含湿率（％）８４．００８４００８４．００８４．００８４００终含湿率（％）５０．００５７８９５７８９４２８６６０００干燥周期０１）３．５０３．００４．００３，２５２．７５耗电量（ｋＪ）３３３．２ｌｌＩ．６９５．２３４３．３２１０３集热器平均０．２７Ｏ．２４Ｏ．２８０２４０２６干燥效率０．１４Ｏ．２２０．２２０．１７ｏ１５太阳能保证率ｏ７３０．８５ｏ８７Ｏ．６６Ｏ．４４

热性能测试结果表明．试验装置太阳能保证率较高，干燥效率满意。可以进行污泥的太阳能干燥实验。６

第四章污泥的干燥实验与结果分析

第四章污泥的干燥实验及结果分析

本实验以天津纪庄子污水处理厂机械脱水后含水率在８０％左右的污泥进行进一步热干燥将其含水率降至６０％以下，通过实验研究探索利用混合型太阳能干燥器干燥污泥的可行性及污泥的干燥特性，为实现将此技术应用于工业型的太阳能污泥干燥生产提供有参考价值的成果。

§４．１污泥的干燥实验

４．１．１实验前的准备工作

制作并校核热电偶。选用铜一康铜热电偶，利用恒温水浴校验热电偶，得到关系式：

ｔ＝Ｃ／＋ｂｔｌ（４－１）

ａ，ｂ一回归系数ｔ．一数字记录仪显示温度，℃

４．１．２测试方法

影响物料干燥特性的因素很多，但影响程度各不相同，以往研究表明，干燥介质温度，湿度及流速是影响干燥过程的主要参数。

ｌ空气及污泥温度的测量

采用分度为０．１ｏｃ的水银玻璃温度计及经过标定的铜一康铜热电偶和上海大华仪表厂生产的ＰＲＯＣＯＳ－ＶＩＩ型数字温度巡回检测仪测定。

２空气湿度的测量

采用干湿球温度法，用两支分度值为０．１℃的水银玻璃温度计组成的干湿球温度计测定，通过下式计算空气的相对湿度。

击：坐二生！墼！二盟（４—２）。只

其中：Ａ。一湿度计系数。可用经验公式表示为６．０１２５×１０。

Ｂ一大气压，Ｏ．９９８６５×１０６Ｐｏ

只一湿球温度ｔ。下的饱和蒸汽压，只

只一干球温度ｔ。下的饱和蒸汽压，只

３空气速度的测量

采用Ｉ（Ａ２ｌ热式风速计。

４污泥重量的测量

采用Ｂｅｎｓｏ电子天平（测量精度为Ｏ．１９）。

４．１．３实验工况安排７

第四章污泥的干燥实验与结果分析

整个污泥干燥的实验在天津市纪庄子污水研究所进行，干燥装置置于室外可充分接受日光照射的约３米高的平台上，干燥室放在距平台０．６ｍ的架子上。集热器与水平方向成３９℃放置。由于进行室外作业，干燥介质参数受太阳辐射量及环境因素影响较大不易稳定，均在一定范围内波动（图４－１２），干燥工况所取为其平均值。

一般太阳能对流干燥的温度、流速并不太高。温度小于７０。Ｃ，风速低于２ｍ／ｓ““，同时由于污泥成分复杂，风速过大时会造成表面结壳，不利于干燥的进一步进行，故本实验选用实验风速范围０．２ｍ／ｓ一１．２ｍ／ｓ之间进行，热风温度决定于太阳辐射强度，夏季可达７０℃，冬季用一台煤气热水器作为辅助热源以弥补太阳辐射量的不足，干燥室湿度通过排气阀门控制在一定范围内。

本实验选用一年中两个过渡季节进行。实验工况见下表４－２（秋冬季节），表４－３（春夏季节）所示。

４．１．４实验步骤

１启动实验装置，预热待整个系统稳定后（约３０ｍｉｎ）开始实验。

２将总量在４００９左右的含水率在８０％左右的污泥制成不同重量（５９，８９）不同形状（球状，饼状）的污泥，并将热电偶插入污泥～起放入干燥室，摇动链条手柄使之处于输送带中部。

３记录空气集热器进出口温度，干燥室进出口温度，污泥温度，太阳辐射量，环境温湿度，干燥室温湿度，干燥室及环境风速，以及一定时间间隔（１５ｍｉｎ）的污泥重量。

４实验进行至污泥重量变化不超过０．１９／ｈ为止，然后做污泥绝干实验。整个实验过程约需５ｈ左右。

§４．２实验结果与分析

迄今为止，采用纯理论方法求解干燥问题还未成为现实，因此二Ｆ燥实验作为研究污泥干燥特性的重要手段受到了人们的重视。根据实验结果通过热谱图，温湿曲线，干燥曲线，干燥速率曲线来分析污泥的干燥过程。

干燥曲线是污泥干基含湿量Ｍ与时间ｔ的关系曲线；干燥速率曲线是污泥干燥速率‘扒彳／出与干基含湿量Ｍ的关系曲线，由于本实验时间间隔较大（１５ｍｉｎ），而且实际上很难求出ｄ＇ｖｌ／ｄｖ的真实值。一般采用一段时间的平均脱水速度ＡＭ／△ｒ来代替ｄＭ／ｄｒ。

要得到干燥曲线和干燥速率曲线，首先必须求得污泥的干基含湿量Ｍ，干基含湿量可由式４－２表示：

Ｍ：竺委鱼（培水／幻干物质）（４—２）

第四章污泥的干燥实验与结果分析

式中：缈——某一时刻称得污泥的重量，ｋｇ

Ｇ。——污泥的绝干重量，ｋｇ，可由绝干实验得到。

△Ｍ，Ａｒ＝（Ｍ。一Ｍ…）／（ｒ…一ｆ，），ｋｇ／ｓ，其中Ｍ，和Ｍ。为湿污泥第ｊ时刻和第ｆ＋１时刻的含水率。

本实验干燥温度由太阳辐射量决定。由于一天内太阳辐射呈周期性变化。敌空气温度也在一定范围内波动。实验中采用煤气热水器作为辅助热源以稳定干燥室内温度。空气流速利用调速风机维持恒定。空气相对湿度通过调节回流比来控制。整个干燥过程中有一定波动，但变化不大（见图４－１２）。

４．２．１实验结果

图４－２～图４一１２为根据实验结果分别作出的不同工况下的污泥干燥过程的热谱图，温湿曲线，干燥曲线及干燥速率曲线。

（注：５Ｑ一５９球状污泥；５Ｂ一５９饼状污泥；８Ｑ一８９球状污泥：８Ｂ一８９饼状污泥）４．２．２实验结果分析

实验结果表明，污泥形变，空气参数、太阳辐射强度及污泥形状是影响干燥过程的主要因素。

图４－２～图４一１１分别为污泥的干燥曲线和干燥速率曲线。干燥曲线表明，污泥的干燥曲线与通常固定骨架的多孔介质有～定区别。首先，曲线没有明显的起始段，基本上各工况都是在１分钟内进入恒速蒸发段。这说明对于污泥这种高含水率物料，蒸发预热时间较短。但这种预热不同于烧结金属的那种整体预热，而是气流很快加热污泥表面，由于污泥较大的热阻以及污泥表面的吸热，使得表面和内部可以在相当长的时间内保持较大温差。实验中污泥中部温度至少在干燥一小时后还接近室温。其次，由于干燥过程中的急剧变形，使得污泥没有明显的恒速及第http:///
一、第二降速阶段，干燥速率曲线有较大误差，整体缓慢降低，而且基本上没有严格的恒速段。曲线起伏十分剧烈，这和一些植物如土豆的干燥曲线类似，但表现的更加明显。这实际上是污泥收缩和开裂现象造成干燥速度曲线的波动。

４．２．２．１污泥形变的影响

同时实验过程中观测到污泥在干燥过程中发生了形变，此过程电可解释干燥速率曲线的变化。

污泥的形变过程大体可分为三个阶段：

ｌ裂缝生长段

干燥开始时（大约为－ｄ＇时），污泥以表面开裂为主，且主要是裂缝在表面生长，这一段时间大致对应于干燥速度曲线的近似恒速段，直至裂缝不再生长，文献“订

第四章污泥的干燥实验与结果分析

认为木材和粘土在干燥时的开裂是因为表面首先干燥而塑性拉紧变硬，在干燥后期，当内心本身收缩时，外部物料不再复原，而在虚弱的表面出现裂缝。但污泥的开裂与之不同。实验过程中观察到，污泥表面很湿润时就会出现裂缝。裂缝容易出现在两种地方：表面有缺陷或局部含水率降低。这两种地方的毛细水分散失较快。使得此处由于毛细力引起的内部应力下降较多或消失，从而被两侧应力拉开。一旦裂开，此处及其临近地区蒸发将更快，从而使裂缝生长扩大。此时裂缝的增加还不足以增大干燥速率，因此干燥速率曲线整体呈下降趋势。