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不同含水率下污泥流化特性

摘要:不同含水率下污泥流化特性,随着经济的快速发展,城市和工业污泥的产量日益增多,污泥的处置问题受到越来越多的重视。污泥是污水处理的终端产物,未经处理的污泥含水率高、体积

  伴随着经济发展的迅速发展趋势,大城市和工业生产淤泥的生产量日益增加,淤泥的应急处置难题遭受愈来愈多的高度重视。淤泥是废水处理的终端设备物质,没经解决的淤泥含水量高、容积巨大、成份繁杂,应急处置不善易导致二次淤泥。在诸多应急处置方式中,循环流化床焚烧处理技术性因其点燃充足、响应速度快、空气污染物排出劣等明显优势在污泥处置领域获得了普遍的运用。湿淤泥立即点燃会造成 热损害的提升,因而污泥脱水是污泥处理全过程中关键的流程。循环流化床干化具备脱干率高、环境污染小、实际操作简易等优势,是淤泥深层脱干的合理方法。在淤泥循环流化床干化技术性中,临界值收尘速率μmf是其关键的主要参数之一,对循环流化床的设计方案和运作拥有 指导意义。

  在预测分析原材料的μmf层面,世界各国专家学者干了很多的科学研究,获得了很多μmf的经验公式定律。但因为原材料特性和实验标准的不一样,得到的经验公式定律有非常大差别,迄今都还没统一的μmf计算方法。在淤泥收尘科学研究中发觉,含水量是危害μmf的关键要素之一。而先人相关μmf的实验,研究对象多见玻璃弹珠、石英沙、煤样等,影响因素多见床温、粒度、工作压力等。相关淤泥含水量对μmf危害的科学研究较少。因此,文中科学研究了不一样含水量下淤泥的收尘特点,详细介绍了μmf经验公式定律的计算全过程,别的类型淤泥能够参照文中方式,根据简易的实验迅速获得μmf的计算方法。

  一、试验设备及流程

  1.1 实验工作状况及试品

  临界值收尘速率μmf是收尘态实际操作的最少速率。文中觉得,床料的物理性能(相对密度、粒度遍布、表层黏性等)和收尘汽体的物理性能(相对密度、动力粘度等)立即危害μmf,溫度、工作压力等诱因根据危害床料和汽体的物理性能间接性危害μmf。具体工程项目中流化床干燥机器设备的运作工作压力为过热蒸汽,运作溫度在100℃下列。因为实验中测得溫度在100℃下列时,淤泥顆粒的相对密度、黏性等随溫度转变较小,且Saxena对石灰石(20~500℃)的科学研究也说明溫度对μmf危害较小,故选中实验溫度为30℃,实验工作压力为0.1MPa。

  实验试品为东莞市某纸厂的造纸工业淤泥,关键构成有甲基纤维素、造纸工业填充料、化工厂改性剂和水。造纸工业淤泥早已过机械设备压滤机和粉碎解决,原始含水量为48%,相对密度为1269kg/m3,呈颗粒。淤泥粒度分析列于表1,按品质百分数法测算淤泥顆粒的品质均值直徑dp为1.96mm:

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  式中:di为顆粒直徑xi为品质百分数。

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  将接到的原始淤泥顆粒放置105℃的烘干箱内干躁8h,获得全干淤泥,根据前后左右的品质差测算获得原始淤泥的含水量为48%。在制取不一样含水量的淤泥时,最先取一个空拖盘秤重,再将适当含水量为48%的原始淤泥放置拖盘中,称重其总品质,测算风干到总体目标含水量时这一份淤泥应当做到的总体目标品质。将淤泥放进60℃的烘干箱内干躁,每10min取下秤重并混和匀称,直到实现目标品质,取下密封性储存。应用一样的方式各自获得不一样含水量的淤泥试品,不一样含水量下淤泥相对密度主要参数列于表2。烘干箱干躁的全过程中会出现一部分顆粒粉碎,为了更好地避免 粒度分析发生改变对实验結果导致危害,将干躁后的淤泥筛选,按原粒度分析再次混和后用以实验。

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  1.2 试验设备

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  图1为试验设备示意图。设备关键由循环流化床管式反应器、压差变送器、涡街流量计和离心式风机鼓风机电机构成。管式反应器的行为主体是一个直四棱柱收尘室,在其中一面设立有机玻璃板,可观查收尘房间内收尘状况,横截面积310Mm×230Mm,合理高宽比60cm。收尘室底端设定有布空调风叶、2层18目不锈钢筛网和销钉,布空调风叶选用平板电脑多孔结构式,错列布局,小圆孔风频与板竖直。管式反应器的左右位置分别是地基沉降室日风室,其横截面呈上宽下窄的2个梯形。地基沉降室上宽下窄的构造使汽体传导率速率减少,有益于气旋带上的细顆粒再次落流回化房间内,降低细顆粒被气旋带去而造成的损耗转变风室起挡水板和稳流的功效,使气旋进到收尘室时遍布匀称。压差变送器一端布局于风房间内贴近布风板处,一端联接空气。离心式风机鼓风机电机装有性能卓越矢量素材软启动器,根据操纵鼓风机电机转速比来操纵引进风室的一次排风量,根据LUGB–65涡街流量计精确测量气体容积总流量,随后测算获得收尘房间内传导率汽体水流量。

  1.3 实验流程

  最先,测量空床情况下的布空调风叶摩擦阻力,在空床情况下,调整软启动器慢慢扩大一次排风量,在每一个排风量下保持2min,待系统软件平稳后,纪录相对的布空调风叶损耗,直至升至较大 排风量。次之,称量10kg淤泥顆粒床料,匀称添加至收尘房间内,关掉入料口,查验管式反应器的密封性是不是优良。再度,打开软启动器,运行离心风机,将排风量调至较大 ,通过有机玻璃板观查收尘房间内原材料的收尘情况,确定床内原材料已彻底收尘,保持5min等候系统软件平稳。随后,调整软启动器慢慢减少一次排风量,在每一个排风量下,保持2min待系统软件平稳后,纪录相对的压差变送器和涡街流量计读值,直到排风量为零(软启动器可调式较大 頻率为50Hz,每一次以2Hz逐渐下降开展调整,共25组数据信息)。最终,待收尘完毕、料层高宽比较收尘前略微扩大时,纪录此时的料层高宽比,以用以测算料层空隙率。开启进料口,清除原材料,换不一样含水量的淤泥反复之上流程。

  二、实验結果及剖析

  2.1 布空调风叶摩擦阻力特点

  实验早已测出了不一样的一次排风量下布空调风叶的损耗。风力u的测算以下:

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  式中:Qg为一次排风量Ac为料层截面(经测算为0.0713M2)

  图2为布空调风叶损耗曲线图,线性拟合获得布空调风叶损耗△Pc与传导率风力u的函数关系为

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  2.2 临界值收尘速率的明确

  由固定床反应器环节进到收尘环节时要摆脱顆粒中间的相互作用力,升速法个人所得损耗曲线图因为管理体系的迟缓效用而含有任意性,因而顆粒的最少收尘速率一般用减速测定方法。本实验选用减速法,即先扩大一次排风量至料层彻底收尘,再多次减少排风量,并纪录相对数据信息。实验能够测得淤泥顆粒在不一样传导率风力u下,料层与布空调风叶的损耗之和,减掉相匹配风力下空床布空调风叶损耗△Pc,就可以获得床压层降△P随传导率风力u的变化趋势。将固定床反应器环节损耗曲线图与收尘环节损耗曲线的切线相交点列入临界值收尘点。图3为淤泥含水量为0%时的风力–损耗曲线图,图圆心A为临界值收尘点,相匹配的传导率风力为临界值收尘速率μmf

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  2.3 含水量率对淤泥收尘的危害

  图4为淤泥含水量各自为15%和35%时收尘全过程现场图。图5得出了9种不一样含水量淤泥收尘的风力–损耗曲线图。

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  融合图4和图5,剖析得知,伴随着淤泥含水量的扩大,μmf呈持续上升发展趋势,收尘情况由散式收尘向聚式收尘衔接。一方面,含水量的扩大使淤泥顆粒的相对密度扩大,而μmf与顆粒相对密度呈成正比,因而μmf随含水量的扩大而扩大。另一方面,在烘干箱干躁全过程中发觉,实验常用造纸工业淤泥带有很多絮状物化学纤维,伴随着含水量的扩大,淤泥材质变松,且顆粒表层吸咐了大量的水份,顆粒粘性和顆粒聚团工作能力明显提高。这促使淤泥收尘时顆粒与顆粒中间、顆粒与管式反应器边界层间的作用力均扩大,收尘摩擦阻力扩大,进而使μmf扩大。由图5还得知,含水量的扩大使淤泥收尘可靠性减少。图5中不一样含水量下的收尘曲线图说明:低含水量的淤泥顆粒收尘情况平稳,个人所得收尘曲线图稳定,在固定床反应器环节向收尘环节衔接时有光滑的转折点,实验观察收尘房间内呈散式收尘而高含水量的淤泥顆粒收尘情况慢慢恶变,个人所得收尘曲线图有很大起伏,固定床反应器环节向收尘环节衔接的转折点不容易明确,实验观察收尘房间内呈聚式收尘。实验测得造纸工业淤泥在这里粒度分析下可收尘的较大 含水量约为38%,含水量高过38%时收尘极不稳定,非常容易出現破孔和沟流。

  2.4 临界值收尘速率经验公式定律

  世界各国专家学者对μmf干了很多科学研究,得到许多μmf的经验公式定律,表3为一部分专家学者得到的经验公式定律及公式计算可用标准。

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  表3中,Ar为阿基米德数Remf为临界值收尘时的流阻。

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  图6为文中μmf实验值与这种工作经验计算公式值的前后对比,在其中序号1~7各自相匹配于表3中的经验公式定律编号,鲜红色粗实线为μmf随含水量的趋势分析。剖析得知,因为原材料收尘特性的差别,立即应用这种经验公式定律来测算实验常用淤泥的μmf会造成很大误差,需挑选适合的方式再次线性拟合经验公式定律。

  测算μmf的经验公式定律虽多,但从公式计算的计算全过程来分,基础能够分成下列两大类。

  2.4.1 第一类经验公式定律

  该类公式计算以Wen等的经验公式定律为意味着,由床压层降与传导率风力的厄贡方程组计算而成。厄贡方程组假定在临界值收尘情况时,床压层降类似相当于汽体对固态顆粒的拽力,忽视汽体及床料与床壁间的滑动摩擦力及内功。

  在固定床反应器环节,床压层降与传导率风力的表达式,可由厄贡方程组精确表明为

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  式中:L为料层高宽比ε为料层空隙率u为汽体水流量,即传导率风力Φ为顆粒球型度ρ为气体密度μ为气体动力粘度。

  在临界值收尘情况时,床压层降相当于企业总面积上的料层净重,即

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  式中:ρp为原材料顆粒相对密度字符mf表明处在临界值收尘情况。

  将式(3)和式(4)联立,并引进规则数

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  化简梳理获得

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  将式(5)当作Remf的一元二次方程,正根为

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  εmf和Φ的明确方式参照闫维公平上述:εmf为临界值收尘情况时的料层空隙率,略大固定床反应器时的空隙率。它事实上非常一个基本上沒有净重的添充床的最松散情况,能够由随便添充实验来精确测量。εmf取收尘完毕时的料层空隙率为

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  充分考虑若εmf在每个含水量取不一样值,Φ的值将难以明确,且测出不一样含水量时的εmf转变不大,因而根据实验测得εmf算数平均值为0.414。将不一样含水量下的淤泥物理性能主要参数、μmf的实验值及εmf的算数平均值带入式(6),根据试凑法获得Φ的自然数。最终带入获得C1=16.09,C2=0.0445,从而获得μmf的经验公式定律。

  因为低含水量的淤泥顆粒比较高含水量时收尘平稳,实验误差小,应用低含水量的几个数据拟合获得经验公式定律

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  μmf实验值与式(8)测算值的对例如图7所显示,显而易见,测算值与实验值误差非常大。剖析缘故是因为该类公式计算在运用厄贡方程组时假定了床压层降相当于汽体对固态顆粒的拽力,而忽视了床料顆粒中间的内功。当实验试品为玻璃弹珠、石英沙等非粘性原材料时测算比较精确。造纸工业淤泥在低含水量时粘性较小,与上式误差并不大,但伴随着含水量的扩大,淤泥粘性扩大,一部分顆粒聚团,原材料中间的内功充足大已不可以忽视。因而实验值大测算值大,且含水量越高,误差越大。

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  2.4.2 第二类经验公式定律

  该类公式计算由单顆粒应力分析计算而成。

  在临界值收尘状况产生时,单顆粒或顆粒团在床内关键遭受3个力的作用,各自为顆粒自身的作用力Fg、汽体的水的浮力Ff、收尘汽体的拽力Fy,且这3个力互相均衡,即

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  该公式计算运用于多粒子系统的时候会有误差,为了更好地清除这类误差,将式(10)梳理成

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  该类公式计算最开始由原苏联专家学者费多罗夫明确提出,自此专家学者们对于不一样状况获得很多组a、b值,在我国《层状燃烧及沸腾燃烧工业锅炉热力计算方法》中强烈推荐的公式计算就归属于该类。

  根据实验数据信息,线性拟合获得经验公式定律

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  μmf实验值与式(12)测算值的对例如图8所显示,能够见到测算值与实验值误差较小,离散程度在5%之内,因而式(12)可用以此造纸工业淤泥的μmf测算。

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  必须表明的是,因为大城市及工业生产淤泥类型多种多样,收尘特性差别非常大,别的类型的淤泥若立即套入式(12),很有可能导致一定误差,乃至此造纸工业淤泥在不一样的粒度分析下,μmf也很有可能不一样。尽管此式不具有普遍实用性,但别的类型的淤泥可参照式(11),根据几个收尘实验来明确a和b,就可以获得能用的μmf计算方法。

  三、结 论

  本实验在过热蒸汽0.1MPa和常温下30℃下,以气体为收尘汽体,精确测量了含水量从0%~38%的造纸工业淤泥临界值收尘速率μmf。除此之外,将实验結果与目前经验公式定律开展比照与剖析后,采用适合的方式再次线性拟合了μmf的经验公式定律,获得以下结果:

  a.造纸工业淤泥在实验粒度分析下,低含水量时呈散式收尘,伴随着含水量的扩大,慢慢向聚式收尘衔接,含水量高过38%时无法收尘,这时非常容易产生破孔和沟流

  b.淤泥顆粒的μmf随含水量的扩大而扩大

  c.此造纸工业淤泥的μmf,可以用公式计算Remf=0.00125Ar0.91来测算,确定误差在5%之内

  d.在流行的两大类经验公式定律中,形如Remf=aArb的经验公式定律在预估淤泥的μmf时确定误差较小。(来源于:上海理工大学电力能源与驱动力工程学校)

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作者: 三六五环保公司

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