污泥余熱型干化機進風口結構對流場分布的影響

陳菲琳，暢凱旋，章華熔

（福建龍凈環保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

余熱帶式干化技術是實現污泥減量化的主要技術之一，其原理是熱風在風機的作用下流動，并穿透污泥層發生熱交換使污泥水分蒸發，從而實現干化效果。干化機結構會影響熱風氣流分布情況，進而會影響污泥的干化效果。Zhang 等人[1]的數值模擬試驗結果表明，網帶層數對氣流分布影響顯著，測點氣流流速存在明顯差異。

干化機進風口結構同樣會影響干化機腔體內部氣流分布，但相關研究鮮有報道。本文以脫水量為5000 kg/d 的余熱型帶式干化機為試驗對象，通過數值模擬分析不同進風口結構腔體內部流體分布情況，以期為帶式干化機進風口結構的設計提供參考。

1 數值模擬

1.1 建立模型

本次數值模擬選取工程中常用的k-ε模型，具體方程式見參考文獻[1]。按實際結構1∶1 干化機腔體作為計算域，計算域采用網格和非網格化生成，網格數量為202 萬個。熱風速度作為入口邊界條件，壓力作為出口邊界條件，無滑移壁面為導流裝置的邊界條件，多孔跳躍為傳送帶邊界條件。

1.2 試驗過程

實際運行條件下，熱風氣流在循環風機作用下從干化機進風口進入干化機腔體內，從上至下依次通過網帶上的污泥，最終從出風口排出干化機腔體。

干化機單臺風機風量為4800m3/h，溫度為130℃，進口截面為0.24m2的正方形，進口速度為23.148m/s。污泥攤鋪厚度約為70mm。傳送帶的運行速率為0.5m/min，孔徑為3mm，厚度為1.2mm，孔間距為5mm。

1.3 評價標準

采用分布均勻性相對均方根差Cv 定量評價測試斷面氣流均勻性，其值越小，表明氣流越均勻，其計算公式見參考文獻[2]。

2 結果與討論

2.1 進風口內導流板的導流效果分析

在進口管路彎頭未設置導流板的情況下，氣流整體偏向右側，彎頭下游局部風速高達42.39m/s，局部風速過大，上部空腔內存在大范圍的渦流現象。在進口彎頭管路設置導流板后，氣流最大風速降低至34.5m/s，渦流現象有所改善。另外，增設導流板后，污泥上表面氣流速度分布均勻性得到改善，局部最高風速由17.00m/s 降低至5.91m/s，有利于污泥的均勻受熱；進風口出口斷面Cv 值為0.078，有利于下層污泥的均勻受熱；進風口全壓總阻力降低了207Pa。

2.2 不同進風口出口結構

通過數值模擬研究了三種進風口出口結構干化機腔體內氣流分布情況：結構a 不做變動；結構b 為進風口出口設兩層孔板，上層孔板與水平呈10°，下層孔板為水平布置，孔板開孔率為30%；結構c 為進風口出口設3 層孔板，孔板與水平面垂直，孔板開孔率為50%。

2.3 不同進風口出口結構對干化機內部氣流分布的影響

2.3.1 進風口出口結構a 內部氣流分布

如圖1 所示，結構a 內部氣流模擬結果表明，氣流進入干化機腔體后沿著后墻的壁面前進，此處局部速度非常高，氣流分布不均，對設備會產生局部磨損現象。頂層污泥上游產生大范圍渦流，氣流不能豎直向下經過污泥；底層污泥上游的速度分布均勻性很差，斷面平均風速為0.793m/s，Cv 值為0.343。該結構下系統阻力大、能耗高，污泥無法均勻受熱，干化效率差，最終導致出泥含水率不均，干化污泥成品質量較差。

圖1 結構a 內部氣流模擬結果

2.3.2 進風口出口結構b 內部氣流分布

如圖2 所示，結構b 內部氣流模擬結果表明，增設兩層孔板后，風機引起的偏流仍然存在，頂層污泥上游依然存在大范圍渦流，底層污泥上游的速度分布均勻性有一些改善，但均勻性依然較差，Cv 值為0.272，該結構對整體渦流和氣流分有所改善，但不明顯。

圖2 結構b 內部氣流模擬結果

2.3.3 進風口出口結構c 內部氣流分布

如圖3 所示，結構c 內部氣流模擬結果表明，腔體頂部污泥上游的渦流范圍明顯減小，底層污泥上游的氣流速度分布均勻性得到較大改善，Cv 值為0.141。該結構下污泥的干化更加均勻，熱風能量的利用率提升。

圖3 結構c 內部氣流模擬結果

3 結語

在進風口彎頭內及出口增設導流板，可以改善干化機上部腔體內渦流現象和污泥表面速度分布均勻性，有利于下層污泥的均勻受熱。進風口全壓總阻力降低了207Pa，帶式干化機能耗水平下降。

在進風口設置垂直擋風板，腔體頂部污泥上游的渦流范圍明顯減小，更多氣流能夠豎直向下經過污泥，底層污泥上游的氣流速度分布均勻性得到較大改善，Cv 值為0.141，提高58.9%。該結構下污泥干化均勻，熱風能量的利用率高。