污泥烘干机设计方案
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污泥烘干机设计方案
随着人类社会经济的发展，城镇化进程的加快，污泥“四化”逐步提上议事日程，要实现污泥的“减量化、稳定化、无害化、资源化”，污泥干化是关键的环节；我公司研发设计生产的新型回转式污泥干燥机可一次性将85%左右含水量的物料干燥至成品。针对污泥干燥过程中易结团结块的特性，改变了一般单通道干燥机的料板结构形式，采用了组合式自清理装置，极大地扩展了单通道干燥机应用范围，不仅可以干燥各类污泥，还可以干燥各种高粘度物料。其工作原理如下：
该机的主体部分为：与水平线略呈倾斜的旋转圆筒，烘干方式采用顺流式烘干。物料经供料装置从回转式转筒的上端送入，在转筒内抄板的翻动下（5～8r／min）与同一端进入的流速为1.3～1.5m／s、温度为850℃的热气流接触混合，滚筒中部设旋转的破碎搅拌链条及自翻重锤，能使进入烘干机内的物料迅速被打碎，特别是有一定粘性的大块物料，可碎成小块，并自动清理筒内抄板，以便和热风充分接触，提高干燥效率，小块物料进一步碎成粒状，经35～60min的处理，干污泥经出料口输送出来。最终得到含水率合格干污泥产品。
设计计算：
一、回转烘干机设计参数：
1、烘干物料：污泥饼（经板框压滤机挤压后） 2、初水分：70~75% （W1）
3、终水分： 28~32% （W2）
4、台时产量：5t/h （G）
5、热风炉热效率：95%
6、进风温度：850oC （t1）
7、废气温度：120 oC （t3）
8、原材料比热：1.05KJ/kg.污泥
9、出料温度：110 oC (t4)
二、回转烘干机选型
按照此台时产量要求，因为污泥饼初水分在75%时，其 A值一般在700~750kg水/m3.h。
则烘干机小时需蒸发水量W=G×1000×（W1－W2）÷(100－W1)=5×1000×(75-32) ÷(100-75)=8600kg/h H2O
因此实际烘干时所选烘干机的烘干能力必须满足上述要求，即：
G’=0.785×D2×L×A>=W
则D2×L>=W/(0.785×A)=8600/(0.785×90)=121(m2)
此时，D可取φ2.0，则L>20m
三、 工艺热平衡计算（以烘干机为脱离体，oC，1h）
设定条件：
设定烘干原材料时，进入烘干机的热风温度（t1）在750 oC，蒸发每千克水分需烟气量为n kg，热平衡计算以蒸发量1kg水为单位。
（一） 收入热
1、 热气体带入热量
热气体在850 oC时，平均比热C1=1.4KJ/kg. oC
Q1=n×C1×t1=n×1.4×850=1190n (KJ/kgH2O)
2、 湿物料中被蒸发水量带入热（1kg）
水的比热C2=4.19KJ/kg. oC，环境温度20 oC（t2）
Q2=C2×t2=4.19×20=83.8 (KJ/kgH2O)
（二） 热支出
蒸发水分消耗的热量
3、 Qw=（2490+1.8922）×（t3-4.19）×t2
=（2490+1.8922）×（120-4.19）×20=4750271 (KJ/kgH2O)
4、 出烘干机气体带走的热量
废气平均温度按照120 oC时，平均比热C3=1.3 KJ/kg. oC
Q3=n×C3×t3=n×1.3×120=156n (KJ/kgH2O)
5、 加热物料消耗的热量
原材料的比热C’=1.05 KJ/kg. oC
Q4=(100-W1)/(W1-W2)×[C’×(100-W2)/100+C2×W2/100]×(t4-t2)
=(100-75)/(75-32)×[0.84×(100-32)/100+4.19×32/100]×(110-20) =9.188 (KJ/kgH2O)
6、 烘干机表面散热（Q5）
Q5=1.15×π×D×L×K×Δt/W=1.15×π×2×20×58×50/8600 =48.7312 (KJ/kgH2O)
按照平衡原理：收入热量=支出热量
Q1+Q2=Qw+Q3+Q4+Q5
n=(Qw+Q4+Q5-Q2)/(C1×t1-C3×t3)
=(4750201+9.188+48.73-83.8)/(1190-156)
=4594 (KJ/kgH2O)
填充率
一般来说，转筒干燥器内物料的填充率等于干燥器内物料的体积与干燥器有效容积之比。适宜的填充率，可以保证干燥器在操作上的经济性和安全性。在确定物料的填充率时，通常考虑两种情况：一是有空气流动（通风）的情况；二是无空气流动（无风）的情况。
无空气流动的情况无空气流动时的填充率可以用下式表示
k0=0.14(1+3.4Za1/2) (1+5.4Fr2/3)/(1+0.033Ga1/2)
Fr=(πDn)2/(Dg)
Ga=
Za=NFAφ/(πD2/4)
式中 φ——无空气流动时的物料填充率；
F——单位干燥器截面物料的供给速率，m3／(m2．s)；
n——转筒的转速，r／min；
Sd——转筒的倾斜度，m／m； D——转筒内径，m；
KO——与抄板的几何形状、抄板数、抄板持有量、物料的休止角以及转筒的转速有关的系数；
dp——物料的平均粒径，m;
ρg——气体密度，kg/m3；
ηg——气体黏度，kg/(m．s)；
NF——抄板数；
Aφ——抄板持有量，Aφ的数值如图所示定义。
抄板持有量定义图
无空气流动时的物料填充率φ的计算公式成立的条件是
φ≤φo opt=18.9
式中—— φo opt无空气流动时的物料最适宜保有率。
有空气流动的情况： 有空气流动时的物料最适宜填充率φU opt可以用下式表示
φU opt≈φo opt=18.9
传热 常规直接加热转筒干燥器中热载体向物料传递的热量，一般用下式表示：
Q=haV(Δtm)
式中：Q —— 传热量，W;
ha—— 容积传热系数，W／(m3.℃)；
V —— 干燥器的有效容积，m3；
Δtm —— 干燥器对数平均温度差，℃。
从上式可以看出，影响干燥器中热载体向物料传递热量的主要因素，取决于容积传热系数的大小。而该系数通常与热风流速、物料特性、抄板数量以及干燥器直径等因素有关。
已知条件：污泥处理量为5000kg/h，
物料密度P。=2250kg/m3，
比热容c。=0. 8kj/(kg℃)，
干物料的堆积密度p1=1400kg/m3，
温度为20℃，
初始湿含量W1=75%，
最终湿含量W2=32%，
用热空气进行干燥，
环境温度为to =20℃，
气体在干燥器的入口温度t1 =850℃，
出口气速=1.5m/s，空气与物料并流流动。 终上所述：即该回转式烘干机应设计为Φ2×20m,为了保险起见，保险系数设为1.2.即按Φ2.2×20m设计。
为了使进入烘干机内的物料迅速被打碎，同时打碎污泥饼在高温下结成的硬皮，在烘干机进料端抄板加装链条和自动重锤，以解决污泥结皮难干燥和粘附问题。
污泥干燥系统工艺布置图
上海明工重型设备有限公司
2011.03.28
