污泥颗粒与河砂混合流化特性的实验研究

随着我国城市生活污水处理厂大规模的建设，污泥产量日益增多，其处置越来越引起重视，在众多处置方法中，焚烧处理以减量化、无害化和资源化的显著优点而倍受青睐。在各种焚烧方法中，流化床焚烧技术以气固掺混好及污染物排放低等优点被广泛应用。干污泥的热值与褐煤相当，通过焚烧可有效回收热量，并减少湿污泥焚烧时水分蒸发产生的热损失，流化床焚烧产生的灰渣经适当的物理和化学方法处理后，可作为建筑原材料、土地改良剂甚至吸附剂使用。因此，污泥先干化再焚烧可更高效地达到无害化、资源化并回收热量。

在污泥焚烧过程中，为了尽可能降低能源消耗，污泥干化成了一个处理环节，而污泥的硫化床干化是实用的工艺。在硫化床内将湿污泥与热河砂直接混合加热是换热干燥效率最高的一种工艺。为了研究湿污泥在鼓泡流化床内的干化机理，实现湿污泥在鼓泡流化床内的高效干化，有必要先研究污泥颗粒与河砂的混合流化特性，尽管在预测混合物的最小流化速度方面有大量的文献，但由于二组分混合物最小流化速度的定义与测定方法不同，最小流化速度关联式之间的差异明显，而对于污泥颗粒与河砂的混合流化研究很少。为此，本工作开展了污泥颗粒和河砂在鼓泡流化床内的混合流化特性实验研究，以期为流化床污泥混合干燥工艺提供基础数据和依据。

实验物理为颗粒状的干污泥与3种不同粒径的河砂分别混合，所形成的双组成混合物料。干污泥颗粒的收到基水分为10%，表观密度为400kg/m³，近似呈球形，河砂的表观密度为2600kg/m³。测定污泥颗粒水分含量对混合物料最小流化速度的影响时，污泥颗粒的不同水分含量是由于污泥颗粒喷水湿化得到的。在水分增加到一定值时，便发现水分不能再渗入污泥内部。测量得到污泥的最大水分含量为45%，即为饱和水分含量。污泥颗粒的水分增加时，污泥的粒径没有发生变化，但密度增大，为考察实验前后污泥颗粒水分含量的变化，进行了验证实验，结果发现在多种影响因素的作用下，实验前后污泥颗粒的水分含量变化很小。

根据不同工况设定的物料配比，称取污泥颗粒与河砂分别加入流化床中，保持物料在流化床中的静止高度一定，即105mm。实验开始时，开启空气压缩机，逐步增加风景，达到充分流化后，再逐步减小风量，同时记录整个床层的压降。根据压降-流化速度关系曲线确定整个床层的最小流化速度。在进行物料混合特性实验时，先通入空气使床层处于充分流化状态，保持5min后突然关闭流化风，而后插入滑动插板，将床层物料分成3部分，分别取出筛分、称重、得到每一层中的物料配比，算出混合指数。为保证数据可靠，每次试验重复3次，取平均值作为实验结果。所有工况中，静止物料高度均为105mm，由于污泥颗粒平均粒径较大，密度较小，因此随污泥颗粒含量的增加，一定体积物料的质量减小，相同流化速度下流体给颗粒的曳力较小，因此，床层压降降低，最小流化速度增加，以下实验都存在这种现象。

设定物料配比为25%，干污泥颗粒与不同粒径河砂混合时的压降与流化速度关系的实验，我们可以看出，随河砂粒径的增大，混合物料流化过程中的压降逐渐减小。干污泥颗粒与不同平均粒径的河砂以相同配比混合流化时，河砂的粒径越大，混合物料的最小流化速度越大。河砂以25%的物料配比混合床层压降-流化速度关系。可以看出，随污泥颗粒水分含量的增加，混合物料流化过程中的床层压降逐渐增大。因为物料粒径不变，总体积不变时，物料的真密度越大，总质量越大，因此达到流化状态时床层的压降就越大。在相同配比的情况下，污泥颗粒的水分含量越大，混合物料的最小流化速度越大。

对于干污泥颗粒与河砂组成的双组分物料，配比影响料层压降，而且以指数规律影响混合物料的最小流化速度；配比还影响混合程度，污泥颗粒与河砂的质量配比越接近1:1，越容易实现充分混合。河砂的粒径影响混合物料的最小流化速度。在实验范围内，河砂粒径增加了0.4mm，混合物料的最小流化速度增大了0.171m/s，同时污泥与河砂的总质量差越大，越难充分混合。污泥颗粒的水分含量对最小流化速度的影响较大，实验中水分含量从10%增加到50%，混合物的干化速率从0.154m/s增加到0.56m/s。通过实验结果得到了适合污泥颗粒与河砂混合流化的最小流化速度经验式。

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