_城市污泥与植物秸秆掺混制作燃料的生产线及其设备研发 (1)

2015年4月第43卷第7期机床与液压MACHINE TOOL ＆HYDＲAULICS Apr.2015Vol.43No.7DOI ：10．3969/j.issn.1001－3881.2015.07.030收稿日期：2014－03－02基金项目：国家高技术研究发展计划（863计划）项目（SS2012AA063306）作者简介：李小平（1965—），男，工学学士，副教授、高级工程师，研究方向为机电一体化等。

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城市污泥与植物秸秆掺混制作燃料的生产线及其设备研发李小平1，刘海兰1，芮延年2(1.常州信息职业技术学院，江苏常州213164; 2.苏州大学机电工程学院，江苏苏州215021)摘要：通过对现有污泥秸秆制作生物质燃料相关文献的研究，提出了一种新的制作燃料的工艺方法及生产线设计思路。

对污泥秸秆造粒干燥一体机及其关键部件进行了结构设计，该设计方法采用了污泥软体造粒技术，使得它与传统设备结构相比，具有结构简单、集成化程度高的特点。

同时也解决了传统污泥干燥方法能耗高、效率低、干燥时间长、设备占地面积大的问题。

关键词：污泥；秸秆；燃料；软体造粒技术中图分类号：TH691.9文献标志码：B文章编号：1001－3881（2015）7－116－3Development about Production Line and Its Equipment to MakeFuels with Sewage Sludge Production Mixed Plant StrawLI Xiaoping 1，LIU Hailan 1，ＲUI Yannian 2（1.Changzhou College of Information Technology ，Changzhou Jiangsu 213164，China ；2.College of Mechatronics Engineering ，University of Suzhou ，Suzhou Jiangsu 215021，China ）Abstract ：Through study of the relevant present literatures about biological fuel produced by sludge and straw ，a new fuel tech-nology and its production line was proposed．The structure design was focused on a sludge and straw granulation drying machine and its critical components．Sludge and straw granulation technique were adopted by this design method．Compared with the traditional equip-ments ，it has the characteristics of simple structure ，high integration．The problems were resolved whose sludge drying of high energy consumption ，low efficiency ，long drying time and the device covering a bigger area．Keywords ：Sludge ；Straw ；Fuel ；Sludge and straw granulation technique0前言随着我国城市化的快速推进，市政污泥的产生数量在不断增长。

据统计，全国每年污泥总产生量将很快突破3000万吨［1］。

由于城市工业园区的大量存在，生活污水处理厂常常会混入工业废水，致使污泥中重金属含量偏高。

目前国内对污泥的处理方法以填埋为主，资源化能源化利用率低。

研究表明，污泥的着火和燃尽特性均较好［2－3］。

焚烧减量明显，是国际上污泥处理的方向之一。

但污泥自身热值较低，约6272kJ /kg 。

如果将半干污泥与辅助燃料（煤、木屑、秸秆等）等混合后制得的污泥衍生燃料，比污泥直接燃烧具有更好的燃烧性［4－6］。

对于我国农业比较发达的地区，存在着大量植物秸秆无法处理，多年来秸秆田间直接焚烧已对环境造成了严重污染。

因此，文中基于我国国情，将污泥与植物秸秆掺混制成热值较高（据有关研究显示，污泥及秸秆制备的固体燃料的净热值可达3260kJ /kg ［7］）的混合燃料用于锅炉燃烧，具有非常重要的意义。

1污泥秸秆制作生物质燃料的方法文中研究的污泥秸秆制作生物质燃料的方法可简单概述为：来自污水处理厂的湿污泥首先被挤压成细条状，然后与粉碎的秸秆段掺混并同时被烘干，即得到可直接燃烧的生物质燃料。

其过程如图1所示。

图1污泥秸秆制作生物质燃料的方法在制作燃料的工艺过程中，由于秸秆的挥发性远好于污泥，更易于燃烧，因此，秸秆的添加比例越高，污泥及秸秆制备的固体燃料的燃烧性能越好。

但为提高污泥处理率，秸秆的添加比例越小越好，结合已有研究成果，文中取秸秆的添加比例为干污泥质量的10%。

2生产线设计2.1传统污泥处理方法存在的问题传统污泥处理方式是先干化后造粒，即先利用干燥设备将污泥的含水量降低，再进行下一步的造粒。

目前采用较为普遍的干燥设备是回转圆筒热风干燥器，其干燥工艺是湿污泥直接从较高一端加入，载热体从低端进入筒体，随着圆筒的转动，污泥受重力作用行进到较低一端，并吸收热载体的热量逐渐变干。

该工艺存在如下问题［8］：污泥刚进入干燥筒时，含湿量很大，此时应是蒸发量最大，干燥效率最高点，但由于此时粘稠湿污泥无法破碎，污泥表层结有致密的硬壳，污泥与热空气弥散接触度很低，蒸发效率很低。

待干燥筒内抄板发挥作用时，物料水分一般在40%以下，这时物料已运行到回转圆筒的半程以上，导致有效空间不能充分发挥作用。

同时，由于与污泥进行过热交换的废气热量没有被有效利用，一般在较高温度下就排入大气，造成大量热源浪费。

上述原因使得传统回转圆筒热风干燥方法能耗高，效率低，干燥时间长，占地面积大，设备投资及运行费用高。

2.2生产线设计思路为了解决污泥在传统方法干燥过程中，表层容易结致密硬壳进而影响污泥进一步干燥的问题，研发设计了一种新型生产线，它采用污泥软体造粒技术，先将污泥通过造粒器挤压成比较细的便于干燥的污泥条。

由于微波发生器同时也在工作，这样，对细小的污泥条就可以进行预干燥，从而形成表面及芯部都比较干燥的污泥条，为下一步与秸秆掺混作好准备。

当预干燥过的污泥条降落到搅拌器处时，一方面污泥条被搅拌器打断，另一方面，其与粉碎了的秸秆在搅拌器的作用下按一定比例进行掺混。

而在掺混过程中，由于污泥本身又具有较大的黏性，这样，体积小的掺混物之间还可黏接成较大的颗粒，同时在被微波发生器的作用下，颗粒物由内而外会变得越来越干燥。

当颗粒物干燥到一定程度，即得到了可直接燃烧的固体生物质燃料。

在以上燃料制作的整个工艺过程中，污泥造粒与微波干燥、秸秆掺混几乎是同时完成的，因此，是一种污泥造粒、秸秆掺混并干燥的一体化的新工艺。

根据以上思想，设计了如图2所示的一种用于污泥秸秆掺混制作燃料的新型专用生产线。

其主要由4部分组成，分别为：污泥带式输送机、秸秆粉碎机、秸秆气力输送机和污泥秸秆造粒干燥一体机。

由于污泥带式输送机、秸秆粉碎机和秸秆气力输送机市面有售，故这里不作详细介绍。

文中主要针对所研究的关键设备———污泥秸秆造粒干燥一体机的研发为重点进行论述。

图2污泥秸秆掺作燃料生产线3污泥秸秆造粒干燥一体机的研发［9］从图2可以看出，污泥秸秆造粒干燥一体机采用立式布置，其主要部件为中部的螺旋杆轴系。

螺旋轴系的上端通过连轴器及减速箱与电机连接。

螺旋轴系的中部装有滚动轴承和造粒器。

在滚动轴承上方装有轴瓦，以防止湿污泥进入轴承。

在螺旋杆的下端装有搅拌器。

整个轴系部件安装在一个大的套筒中。

在套筒下部的干燥区，左侧壁装有微波发射装置，右侧壁开有排气孔。

在排气孔外侧固定有过滤除臭装置。

套筒底部装有旋转式炉门，其结构如图3（为图2从A－A处切开的剖视图）所示。

炉门一处与套筒壁的连接为铰链连接，另两处在120ʎ方向上通过转动挂钩、销轴环与套筒壁连接（B－B剖视图）。

图3污泥秸秆造粒干燥一体机4工作原理研发的污泥秸秆掺混制作燃料的专用生产线工作·711·第7期李小平等：城市污泥与植物秸秆掺混制作燃料的生产线及其设备研发时，首先将污泥池中的湿污泥经过带式污泥输送机输送至污泥秸秆造粒干燥一体机高处的泥斗处，随着带式污泥输送机的运转，不断有污泥落入泥斗，进而落入套筒内螺旋杆的螺旋叶片上。

随着螺旋杆的转动，越来越多的污泥即被输送到螺旋叶片底部的造粒器上。

由于造粒器上钻有许多小孔，这样多余的泥池在螺旋杆叶片的挤压作用下，被挤入造粒器的孔中，随后污泥即被挤压成条状并落入下方的干燥腔。

另一方面，秸秆通过粉碎机粉碎之后，由气力输送机输送到污泥秸秆造粒干燥一体机的干燥腔，通过搅拌器与被搅拌器打断的污泥条充分掺混。

在掺混的过程中，掺混物同时被微波发生器发出来的微波加热从而被干燥。

掺混物在干燥过程中所产生的废气可通过干燥腔侧壁上的排气孔排出。

由于在排气孔的外侧装有过滤除臭装置，这样，当废气排放到大气中之前已经经过过滤除臭了，从而保护了环境。

当干燥腔内的污泥秸秆掺混物被干燥到一定程度后，在控制系统的作用下，转动炉门的3个挂钩，然后再转动炉门，制备好的污泥秸秆掺混物燃料即泄入燃料车中。

燃料车可从炉门底部的两个120ʎ方向中任一方向推入。

5螺旋轴系结构设计5.1螺旋结构所研发的污泥秸秆造粒干燥一体机，其主要部件采用了螺旋结构。

这是由于螺旋结构不仅可以输送物料，而且物料在运动的过程中，各颗粒之间的运动速度和方向不同，还具有一定的混料功能。

在污泥秸秆造粒干燥一体机中，螺旋轴系的上部与下部所采用的螺旋结构是不一样的。

由于上部螺旋要完成输送污泥并对污泥进行挤压的功能，因此特别设计了一种带型叶片，如图4所示。

这种带型叶片特别适合输送黏滞性的物料［10］，所以特别适合于污泥的输送。

图4带型叶片结构由于螺旋轴系下部螺旋的主要作用是将污泥条与植物秸秆充分掺混，在结构设计时，则采用了一种比较独特的齿形叶片，如图5所示。

图5齿形叶片结构这种形状的叶片在运转时，每一个齿都如同一个搅拌棒在物料中搅拌，因此具有较好的混料功能。

5.2齿形叶片设计由于螺旋轴系上部螺旋结构较为简单，限于篇幅这里不再展开。

下面就螺旋轴系下部螺旋结构的设计过程加以说明。

考虑到加工方便，叶片的结构与图5中的结构有所不同，未采用“阳形”结构，而采用了“阴形结构”，如图6所示。