一、空心槳葉干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)特征      

        空心槳葉干燥機(jī)由帶夾套的端面呈W型殼體、上蓋、帶有槳葉片的中空軸、殼體兩端端蓋、通有熱介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)接頭、金屬軟管以及齒輪、鏈輪等傳動機(jī)構(gòu)等部件組成。 

空心槳葉干燥機(jī)的核心部件是空心軸（可分為單軸、雙軸、四軸）和焊在軸上的空心攪拌槳葉，污泥干化工藝中一般選擇雙軸。槳葉形狀為楔形的空心半圓，內(nèi)部可以通入加熱介質(zhì)，除了起攪拌作用外，也是設(shè)備的主要傳熱體。槳葉的兩個主要傳熱側(cè)面呈斜面，物料與斜面接觸時，隨著葉片旋轉(zhuǎn)，顆粒很快就從斜面滑開，使傳熱表面不斷獲得更新。

空心槳葉干燥機(jī)為連續(xù)運(yùn)行設(shè)備。兩主軸配置時，旋轉(zhuǎn)方向相反，主軸轉(zhuǎn)速較低，線速度低于2m/s。主軸、槳葉以及W形槽均為中空，中間可通入熱流體加熱。

干燥機(jī)的上部穹頂不加熱，用于開設(shè)檢查窗，連接風(fēng)道、管線等。在頂蓋的中部設(shè)置抽氣口，以微負(fù)壓方式抽取蒸發(fā)的水蒸氣。換熱方式為熱傳導(dǎo)，僅在抽取負(fù)壓時流入少量的環(huán)境空氣，氣體與物料運(yùn)動方向?yàn)殄e流。物料在干燥機(jī)內(nèi)的停留時間較長，工藝環(huán)路為開環(huán)，不再將處理過的廢氣返回。 

由于主軸既為轉(zhuǎn)動部件，又是主要的換熱面，考慮設(shè)備密封及機(jī)械形變，工藝要求其工質(zhì)溫度一般不能超過200度。由于蒸汽釋放潛熱而導(dǎo)熱油僅釋放顯熱，使用工藝一般選擇蒸汽工質(zhì)，此時所需輸送熱流體的熱流道為^小，易于布置。典型的飽和蒸汽溫度為150－200度，壓力5～7巴，^高可達(dá)14巴。

二、空心槳葉干燥機(jī)在污泥干化處理方面各項(xiàng)技術(shù)因素分析

1、干燥機(jī)傾斜布置 

空心槳葉干燥機(jī)的布置為臥式，一般帶有一定傾斜角度，它由一側(cè)進(jìn)料，另一側(cè)出料，物料在干燥機(jī)內(nèi)的前移主要靠重力移動，這是由于槳葉本身的斜面不具有軸向推動作用，位于槳葉頂端的刮板與槳葉呈90度布置，也僅起到徑向抄起和攪拌的作用，也不構(gòu)成軸向推進(jìn)，因此物料的向前推進(jìn)需要依靠干燥機(jī)的傾斜角度來完成。

現(xiàn)在，經(jīng)過改進(jìn)后的干燥機(jī)，可以通過調(diào)整槳葉斜面角度，產(chǎn)生軸向推動力，實(shí)現(xiàn)對物料的推移，并利用轉(zhuǎn)速調(diào)整干燥時間。

2、溢流堰的設(shè)置 

由于槳葉的阻隔作用，物料在干燥機(jī)內(nèi)從加料口向出料口的移動呈現(xiàn)柱塞流形式，停留時間的分布^狹窄，要使產(chǎn)品獲得足夠的時間處理，并使換熱表面得到充分利用，須使物料充滿干燥機(jī)，即料位應(yīng)“浸沒”槳葉的上緣高度。在啟動運(yùn)行時，須關(guān)閉位于干燥機(jī)末端的出口，以實(shí)現(xiàn)“蓄水”效應(yīng)，同時還需設(shè)置能夠阻擋物料、維持高料位的溢流堰，理論上溢流堰應(yīng)使物料略高于槳葉高度。溢流堰位于干燥器尾部，干泥下料口的上方，它應(yīng)具有類似“提升閘”的機(jī)械結(jié)構(gòu)，以維持工藝所需的料位高度。 

3、加熱軸類型 

設(shè)備的加熱介質(zhì)既可以用蒸汽，也可以用導(dǎo)熱油或熱水，但熱載體相態(tài)不同，中空軸結(jié)構(gòu)也不同。用蒸汽加熱時熱軸管徑小，結(jié)構(gòu)會相對簡單；用熱水或?qū)嵊图訜釙r，熱軸結(jié)構(gòu)則較復(fù)雜，需要考慮管內(nèi)液體流速；管徑越粗，旋轉(zhuǎn)接頭及密封的難度也越大。 

向中空槳葉供給熱量，若采用蒸汽工質(zhì)時，因其釋放潛熱的特點(diǎn)，進(jìn)出管線直徑較小。若采用導(dǎo)熱油時，為獲得足夠的熱體流量，這些管線的直徑可能變得較大，這對主軸來說則可能降低其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。由于主軸本身具備多項(xiàng)功能（支撐槳葉、輸送熱流體、傳熱換熱等），它需要克服物料的粘滯力、物料與槳葉間摩擦、以及物料本身對主軸表面的磨損等，主軸所需克服的應(yīng)力較大。設(shè)計(jì)時，既要保證其機(jī)械強(qiáng)度，又要保證其換熱性能，同時還應(yīng)兼顧材料強(qiáng)度等，這些可能相互矛盾的條件將使設(shè)計(jì)變得復(fù)雜，如為了提高換熱面積，需增加槳葉數(shù)量和直徑，但這將導(dǎo)致主軸的應(yīng)力增加。如要提高主軸強(qiáng)度，需要增加主軸直徑，但這又會相應(yīng)減少槳葉的換熱面積。 

針對不同的加熱介質(zhì)，主軸類型的選擇和結(jié)構(gòu)是有區(qū)別的，如原來采用蒸汽作為工質(zhì)的干燥機(jī)，當(dāng)改用導(dǎo)熱油作為熱介質(zhì)時，其熱流通道將完全不同，傳熱能力也有很大變化，所以不能簡單復(fù)制和利用原來的工藝參數(shù)。

4、停留時間

理論上污泥干化的停留時間可通過加料速率、轉(zhuǎn)速、存料量等調(diào)節(jié)，可在幾^種到幾小時之間任意選定，其中溢流堰是調(diào)節(jié)干燥機(jī)內(nèi)污泥滯留量的主要手段。 

為使換熱面積得到充分利用，干燥機(jī)內(nèi)污泥滯留量要求較高，料位應(yīng)當(dāng)超過槳葉的上緣高度，即一般所說的“有效容積”需100％加以利用。如果按蒸汽罩在內(nèi)的整個干燥機(jī)筒體容積計(jì)算，有效容積可能要占到干燥機(jī)總?cè)莘e的70～80%。干燥機(jī)內(nèi)物料存留率高，將使得污泥在干燥器內(nèi)的實(shí)際停留時間相應(yīng)較長，可達(dá)3－7個小時。 

5、干泥返混 

理論上，由于主軸上的空心槳葉互相嚙合，具有自清潔作用，空心槳葉干燥機(jī)可進(jìn)行污泥半干化和全干化操作，而無需進(jìn)行干泥返混。但實(shí)際上，通過槳葉互相嚙合而形成的物料剪切實(shí)現(xiàn)自清潔仍需要一定的前提條件，這就是設(shè)備中的嚙合精度足夠高，機(jī)械間隙足夠小，以及物料間的剪切力足以克服產(chǎn)品在換熱表面上的附著力。我們在分析空心槳葉干燥器內(nèi)部結(jié)構(gòu)時，不難注意到其機(jī)械結(jié)構(gòu)之間是存在較大間隙的，完全靠機(jī)械咬合清理死區(qū)是不可能的，這意味著真正實(shí)現(xiàn)空心槳葉熱表面自清潔和更新的手段是物料之間的相互摩擦，即金屬表面與物料之間以及物料與物料之間的剪切力。實(shí)現(xiàn)物料之間相互摩擦可采用加大物料填充密度的方法，維持料位高度，可提高物料間的相互接觸機(jī)會，配合槳葉葉片的擠壓，可實(shí)現(xiàn)對某些換熱面的自清理。 

由于濕泥本身特性的原因，在干化過程中有成團(tuán)、成球和搭橋的傾向，純粹靠提高料位是無法克服的，因?yàn)闈衲囝w粒之間的剪切力可能造成濕泥在無法更新的間隙中“壓實(shí)”，而不會使其在顆粒間產(chǎn)生疏松和流動性，只有干泥因其顆粒表面已完全失水，具有在短時間內(nèi)復(fù)水性不佳的特性，顆粒間隙大，遇到機(jī)械剪切力，才有滑離金屬表面的可能性。因此實(shí)際工程上，空心槳葉干化均考慮了干泥返混，其做法是對干泥進(jìn)行篩分，細(xì)小干化污泥與濕泥進(jìn)行預(yù)混合。 

從換熱效率的角度考慮，干泥返混應(yīng)該是必要手段之一。根據(jù)污泥失水狀況，空心槳葉干燥機(jī)的蒸發(fā)速率具有明顯的峰谷變化。在含固率低于25%時，污泥在加熱狀態(tài)下有明顯的液態(tài)性質(zhì)，換熱條件較佳，但物料易形成附著層而導(dǎo)致蒸發(fā)強(qiáng)度的降低，且污泥因高分子聚合物的作用，具備自身形成團(tuán)塊的傾向，與換熱面的接觸率降低；在含固率25%-75%之間時，污泥可能具有表面黏性，結(jié)團(tuán)傾向明顯，換熱效果較差。當(dāng)含固率大于75％時蒸發(fā)速率回升，這是由于干細(xì)疏松的顆粒與換熱面重新獲得了較好的接觸。空心槳葉干燥工藝一般根據(jù)干燥目的，采取回流部分干燥污泥的做法（干泥返混），使干泥起一定的“潤滑”作用，獲得較好的流動性，避免黏著，其回流量僅為出口干泥的小部分?？招臉~干燥機(jī)返混干泥的比例要求不高，一般可能在40％左右（遠(yuǎn)低于一般要求的65%，如轉(zhuǎn)鼓機(jī)），此干泥粉末的存在，已足以在熱表面起到“潤滑”和“清理”的作用。 

6、干燥機(jī)內(nèi)不清空 

凡需要干泥返混的污泥干化工藝，對于濕泥的進(jìn)料均有嚴(yán)格的要求，濕泥進(jìn)料前須在干燥機(jī)已有大量干“床料”的條件下才能進(jìn)行，這樣才能避免濕泥一進(jìn)去就糊住換熱面、產(chǎn)生結(jié)垢。因此，典型的做法是，在干燥系統(tǒng)停車時，應(yīng)維持返料系統(tǒng)繼續(xù)工作，停止進(jìn)料裝置，干燥產(chǎn)品實(shí)行全返料，同時系統(tǒng)降溫，系統(tǒng)溫度低于60℃時才全線停車，干燥機(jī)內(nèi)不進(jìn)行清料，開車時直接帶料啟動，這意味停機(jī)時，干燥機(jī)內(nèi)充滿了干泥。在關(guān)機(jī)過程和開機(jī)過程中始終存在高粉塵、低濕度的特點(diǎn)，但此時需要關(guān)注干化安全等問題。 

7、槳葉頂端刮板 

任何機(jī)械都是有公差間隙的，主軸嚙合的空心槳葉干燥機(jī)也不例外。濕泥在一定含固率下具有黏性，在這些間隙之間可能造成黏壁，在熱表面上的任何黏結(jié)，將降低換熱效率。為避免污泥垢層的加厚，常采用機(jī)械刮削的方式，需要利用槳葉頂端的刮板起到刮削污泥的作用。從刮板的作用可知，隨著長期運(yùn)行，刮板對且僅對落在槳葉與W形槽換熱面之間的物料有抄起作用，同時也對附著在W型槽壁上的物料有刮取作用，無論抄起還是刮取，由于刮板的運(yùn)動速度大約為2～5米/秒，在抄起或刮取的過程中，此速度下刮板外緣的污泥的運(yùn)動方向有兩個，一個是向外擠壓（磨W形槽），另一個是向后運(yùn)動（磨刮板）。

8、金屬表面硬化處理 

磨損可能是空心槳葉干燥機(jī)所面臨的重要挑戰(zhàn)之一。污泥中含有磨蝕性顆粒，空心槳葉干燥機(jī)屬于典型的傳導(dǎo)接觸型換熱，金屬與磨粒的反復(fù)、長期接觸，金屬磨蝕是不可避免的。涂層和硬化可減輕磨蝕的速度，但受限于被磨蝕的金屬表面同時也是換熱面（如W形槽、槳葉、主軸等），所能采取的硬化措施不多（噴涂碳化硅等），在加熱條件下耐磨層的附著力、實(shí)際硬度等都不甚理想，只能起到減緩磨蝕的作用。 

因干泥顆粒對金屬表面的磨蝕作用較為突出，一般常對后半段（15~25%）的槳葉進(jìn)行熱處理保護(hù)，但對于有干泥返混的工藝，其磨蝕則是全程的。磨蝕傾向的存在，無疑將影響干燥機(jī)的材質(zhì)選定。 

空心槳葉干燥機(jī)的換熱金屬面中，W形槽因與刮板間隙^小，在熱表面更新過程中有明顯的擠壓作用。當(dāng)存在這種擠壓縫隙時，一般磨蝕強(qiáng)烈的是相對較“軟”的金屬面，這就意味著需要保護(hù)作為換熱面的W形槽，刮板可以不做硬化，但不做硬化的刮板壽命也將^有限。 

9、機(jī)械死角 

機(jī)械死角是空心槳葉干燥機(jī)必需解決的設(shè)計(jì)難題之一，它可分為三類：1）無表面機(jī)械清理的金屬外緣；2）有表面清理但存在不可觸及的公差；3）因磨蝕造成的不可觸及公差加大。

楔形槳葉本身的旋轉(zhuǎn)方向是一定的，即兩個主軸均向內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)，此時楔形槳葉的窄側(cè)在前，刮板在后，槳葉從窄而寬的換熱面上均無機(jī)械清理，需要靠物料自身的剪切力更新。刮板大于楔形部分^寬換熱面的部分將始終刮帶污泥，并在W形槽上形成擠壓。此外，刮板與主軸僅在某一點(diǎn)（即扇形缺口的中心部位）上有“切線相交”（其實(shí)是接近，清理作用微乎其微），主軸在絕大部分情況下表面沒有機(jī)械清理。上述均屬于無表面機(jī)械清理的金屬外緣，它占總換熱面積的70～80％。 

有機(jī)械清理的換熱表面，按照楔形槳葉的排布規(guī)則，存在以下因不可觸及公差所造成的死角：第一排和末排槳葉的刮板與加熱主軸外側(cè)的空隙，介于干燥機(jī)槳葉與主軸填料密封之間。軸向刮板間的空隙，此間隙可明顯觀察到。 

由于前述磨蝕問題，造成特別是徑向刮板空隙的增大，即刮板因磨蝕而變薄，刮板與W形槽換熱面的不可觸及公差加大。此時刮板所起的刮取作用減低，在物料之間的剪切力不足以克服濕泥在換熱面上的附著力時，在換熱面上的堆料和結(jié)垢就會產(chǎn)生。當(dāng)形成一定厚度時，將導(dǎo)致軸跳、震動和噪聲等。

無法清理的換熱表面均可稱之為“機(jī)械死角”。綜合以上因素，空心槳葉干燥機(jī)無法進(jìn)行機(jī)械清理的部位占了換熱面積的大部分，因此對于這種工藝來說，核心問題在于如何避免產(chǎn)品的黏性。 

10、傳熱系數(shù) 

空心槳葉干燥機(jī)由于槳葉垂直于主軸，刮板平行于主軸，槳葉兩端的換熱面無推動而僅起換熱作用，物料的徑向混合充分，物料與換熱面的接觸頻率較高，停留時間長，理論上應(yīng)可實(shí)現(xiàn)較好的換熱，其綜合傳熱系數(shù)應(yīng)在80～300W/m2.K之間。在污泥干化應(yīng)用方面，由于不同的污泥黏性不同，干化產(chǎn)品含固率也影響到工藝過程（如能否進(jìn)行低干度半干化），實(shí)際項(xiàng)目中給出的傳熱系數(shù)可能相差較大。 

11、傳熱面積 

空心槳葉干燥機(jī)熱軸上的楔形槳葉和主軸是主要的加熱面，換熱面積占總換熱面積的70%以上。設(shè)計(jì)上對其制造精度、主軸類型和熱流道布置上有較高要求，一般認(rèn)為這種干燥機(jī)“結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度高”，大型干燥機(jī)的設(shè)計(jì)難度更大。國外已制造出單機(jī)換熱面積1.5～295平方米、理論^大蒸發(fā)能力12噸/小時的空心槳葉干燥機(jī)，在污泥干化領(lǐng)域，目前^大裝機(jī)換熱面積約300平方米，蒸發(fā)能力不到5000公斤/小時。國內(nèi)目前的系列化設(shè)計(jì)^高110平方米，常用的空心槳葉干燥機(jī)換熱面積多為25～100平方米，^高達(dá)160平方米。 

12、吹掃空氣量

空心槳葉干燥機(jī)屬于典型的傳導(dǎo)型干燥機(jī)，其傳熱和蒸發(fā)是靠熱壁而不是靠氣體對流實(shí)現(xiàn)的，實(shí)際應(yīng)用中，由于干燥過程產(chǎn)生的水蒸氣需要及時排出干燥機(jī)，且污泥干化產(chǎn)生惡臭，為防止臭氣溢出到環(huán)境，一般均需采用微負(fù)壓操作方式，存在使用“吹掃空氣”的必要性。抽取負(fù)壓必然會造成環(huán)境空氣從干燥機(jī)和回路的縫隙中（軸縫、濕泥入口、干泥出口、溢流堰密封處等）進(jìn)入回路，為防止吹掃空氣在干燥機(jī)內(nèi)造成水蒸氣冷凝，還需對此氣體進(jìn)行加熱。吹掃空氣量與工藝本身相關(guān)，以水蒸發(fā)所需的環(huán)境干空氣量進(jìn)行衡量，一般在0.1～1.2kg/kg.H2O之間，此值的高度對干化系統(tǒng)的凈熱耗有重要影響，典型的空心槳葉干燥機(jī)一般考慮0.5kg/kg.H2O左右的干空氣量。 

13、蒸發(fā)強(qiáng)度 

傳導(dǎo)型干燥機(jī)的蒸發(fā)能力一般以每平方米、每小時的蒸發(fā)量來衡量，它在理論上可實(shí)現(xiàn)10～60kg/m2.h的蒸發(fā)量。但在污泥干化實(shí)踐中，設(shè)計(jì)值取值范圍一般在6～24kg/m2.h之間，以14～18 kg/m2.h的取值居多。參考其它傳導(dǎo)型干化（如轉(zhuǎn)碟機(jī)、圓盤機(jī)），典型值均在8～14 kg/m2.h之間，考慮空心槳葉干燥機(jī)的換熱條件與其它傳導(dǎo)型干燥器非常相似，較為可靠的實(shí)際蒸發(fā)強(qiáng)度應(yīng)該在8～14kg/m2.h之間。 

14、產(chǎn)品出口溫度 

由于污泥在干燥機(jī)內(nèi)停留時間長，污泥在離開干燥器時的出口溫度較高，應(yīng)在90～100℃左右。