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日期:2006-3-16 9:02:00

欧洲污泥干化技术的现状与比较

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欧洲污泥干化技术的现状与比较
说显然不如发展中国家敏感,但是由于能源在一个干化系统的经营总成本中占去一半以上,节能哪怕是很少的部分,也都具有重要意义。

  4.欧洲干化设备的主要工艺类型

  4.1.工艺分类

  根据热能供给的形式,可以分为两个系列,每个系列分别有几种代表性的工艺:

  4.1.1.直接加热方式

  转鼓式(rotary / drum dryers)

  传送带式(conveyor belt dryers)

  气动传输式(pneumatic transport dryers)

  其它间歇式包括太阳能式(batch as well as solar dryers)

  4.1.2.间接加热方式

  转碟式(disc dryers)

  桨式(paddle dryers)

  薄层式(thin film dryers)

  流化床式(fluidized bed dryers)

  涡轮薄层式(turbo thin film dryer)

  4.2 换热效率差别产生的原因

  众所周知,蒸发意味着在单位时间里将一定数量的热能传给蒸发的对象。一般都需要通过一个介质,要么是空气,要么是蒸汽,要么是金属等。

  通过金属热壁,水分子与金属分子直接换热,即所谓热传导;通过或不通过热交换器将热传给空气、通过热交换器将热传给蒸汽,然后蒸汽或空气的分子与水分子进行热交换,即所谓热对流。

  衡量热传递效率的一个参数是导热率,即在单位时间、单位面积里能够传递(通过)的热量。金属的导热率明显好于空气或蒸汽,热量通过金属表面与介质进行换热,是效率最高的热传递。需要介质时,热交换器的有效换热面积将决定热量供给的供方效率。

  同样,热量的接受方,其接受热量的能力也有限制。比热的定义是:单位重量的物质、每升高1度所需要的热量。物质要接受一定的热量,必须有足够的质量来获得和携带它。虽然热交换器通过金属表面可以在单位时间里给出足够的热量,但是在单位时间里如果没有足够的气量来接受它,也是枉然。因此,热对流系统不仅需要庞大的气量进行物料的搬运,也需要这些气量来携带足够温度的热量。

  此外,空气、蒸汽的运动是有时间和空间限制的,也就是说要受到换热表面积、管线、流速、摩擦力、热量散失等因素的影响。升温的温度越高,气量越大,总的热能损失也越大。空气对空气的换热效率最低,其它介质对空气的换热也有较大损失。

  减少换热损失的方法,只能是选择最佳材料(导热率)、增加换热表面积、减少换热次数、延长换热时间、增加保温等。

  不幸的是,大多数能源均来自于某种燃料的焚烧,而焚烧是空气的不断供给过程,有着特定的速率,在这个速率下获得的热量如果无法全部利用,必然又回到大气,形成物理上的能量损失,即所谓“燃烧效率”问题,这一损失根据燃料类型变化。

  无论直接还是间接加热的干化,都存在同样的燃烧效率问题。

  直接加热方式将燃料燃烧后直接引入系统,烟气没有向大气直接排掉,也没有通过热交换器,因此有着较高的热效率,但是这部分烟气连同整个系统的气体均必须洗涤,从而有一次热损耗。此外,不完全燃烧是一个潜在问题。问题在于,由于空气本身的换热性质较差,在污泥方面必须干泥返混之外,还需考虑一系列的“废热回收”,才能在整体热能消耗上保持竞争力。

  间接加热的干化无论如何要通过一个乃至多个热交换器,这形成第一个损失。之后,洗涤气体成为第二个损失点,因此应该考虑燃烧效率。间接加热方式要获得高的热效率,必须依靠有效的热传导,以获得高换热效率。

  4.3.干化工艺的主要问题

  下面分别列举热对流和热传导在污泥干化方面分别可能存在的问题。

  4.3.1.热对流系统

   依赖干泥返混

   粉尘含量高

   安全隐患多

   换热效率低

   干化速度慢

   气量高,热损失大

   设备数量多,关键控制点多

   设备体积大

   停机所需的时间长

   维护复杂,特别是紧急情况后的清理繁重

   对能源要求较高

  4.3.2.热传导系统

   依赖干泥返混(薄层除外)

   粉尘含量高(仅流化床)

   金属磨损(流化床和转碟式)

   安全隐患(与金属磨损、粉尘相关)

   工艺气量高,热损失大(仅流化床)

   设备数量多(薄层除外)

   动能损失大

   设备体积大(仅流化床)

   污泥粘壁降低导热率

   维护复杂,特别是紧急情况后的清理繁重

  4.4.主要缺陷的解决方法及其问题

  减少单位时间里的物流量,取消干泥返混,可以减少设备台数一半以上,将控制关键点减少到最低程度;不幸的是,对于绝大多数系统来说是不可能的;

  采用蒸汽回路避免氧气含量所造成的安全隐患;这一方案仅能适用于间接加热方式,在直接加热系统中无法应用;

  提高工艺气量(速度),以提高干化效率;这样做的结果将造成更大的热量损失;

  增加热交换系统,以尽可能降低热损失;从理论上看是非常出色的想法,但是在实际运用中意义有限,这主要是因为其废热温度较低,回收的比例也较低;

  采用更耐磨和防黏附的材料与工艺来制造设备;无论什么耐磨材料,都是有一定寿命的,何况干化工况复杂,影响其使用寿命的因素太多,如果需要特殊材料的部分太多,将失去经济可行性;

  使用废热或廉价能源;废热包括废热蒸汽、烟气、沼气等,廉价能源包括燃煤、重油等。直接加热方式除了采用热交换器利用废热蒸汽进行一次预热外,仍需以来其它能源,燃煤、重油等含二氧化硫的能源在高湿环境下可能形成硫酸,将损害设备,除非安装昂贵的干法除硫设备,但这将大大降低系统所需的工艺温度。间接加热方式可以使用所有废热或廉价能源。

  4.5. 涡轮薄层是如何解决两种换热方式的局限性的

  涡轮薄层工艺是意大利VOMM公司研制的一种特殊干燥技术,它既采用热传导也采用热对流。其有效的热对流占换热总量的40%左右,热传导占60%以上。

  这一工艺彻底取消了干泥返混,使得工艺简洁,设备数量极少,整体可靠性提高;

  工艺采用相当于普通热对流工艺不到一半的气量,起到物料搬运的作用,并配合热传导,形成最佳的蒸发效率,干化时间仅为2.5-3分钟,同时利用蒸汽的表面保护作用,避免污泥颗粒的过热,进而减少了粉尘问题;

  利用高速涡轮产生的涡流形成搅拌,使得物料不但不会贴附的金属热壁上,相反,有着强烈的自清洁效果。

  易磨损金属件数量和范围极为有限,因此可以采用较好的热处理技术提高其寿命。

  由于处理时间大大缩短,单位时间里系统内的物料极少,因此停机所需时间短,紧急停机情况下的清

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