（工程热物理专业论文）高浓度粘稠物料的泵送及流变特性试验研究.pdf

摘要 摘要 随着人们生活水平的提高和城市建设以及工业生产的发展，世界范围的污 染和能源消耗增加问题越来越引起人们的重视。首先随着城市污水的增加，污 水处理业的迅速发展，我国的污泥产量越来越大。其次我国是以煤为初级能源 的经济大国，根据我国国情，加大煤炭洗选比例是洁净煤生产的一条有效途径， 这势必产生大量的洗煤泥，造成二次污染。因此污水处理的产物污泥和洗煤产 生的洗煤泥即高浓度秸稠物料如何处理被广泛地研究。国内外的大量实践表明， 焚烧法是解决这一问题的有效途径，对高浓度粘稠物料减量化及资源化有着重 要的意义。从流化床锅炉燃烧洗煤泥、污泥的研究开始，将高浓度粘稠物料安 全、稳定、经济地送入流化床内是保证高浓度粘稠物料稳定、高效燃烧的前提。 高浓度粘稠物料的流变特性是焚烧炉前给料输送工艺设计和管道运行不可缺少 基本参数。 本文从高浓度粘稠物料的定义出发，对两种高浓度粘稠粘稠物料( 污泥和 洗煤泥) 的危害进行分析。对用焚烧法处理高浓度粘稠物料时炉前的给料输送 进行了研究，在阐述流体的分类、流变参数基本知识的基础上，综合分析讨论 与给料输送有很大联系的高浓度粘稠物料的流变特性的影响因素、测量方法及 国内外研究现状。 本文以实验为基础，建立了污泥的流变模型，并对污泥温度、污泥中的水 分含量、添加剂、时间等因素对流变参数的影响作了定性与定量分析，揭示了 其影响规律。利用h a k k e 旋转粘度计测量污泥的流变特性，得出了污泥是一种触 变性流体，并且随着剪切速率的增加，污泥由屈服假塑性流体向宾汉流体转化 的结论。利用旋转粘度计得到了在无添加剂的情况下，在实验设定的测量范围 内各种原始污泥污泥适合泵送的最低水分，四堡污泥适合泵送的最低水分为 8 2 2 6 ；平湖造纸污泥适合泵送的最低水分为8 4 2 8 ；电镀污泥适合泵送的最 低水分为8 1 1 2 ；辽河油田含油污泥适合泵送的最低水分为6 2 7 。此处的最低 泵送水分是污泥泵送最低水分极限的必要条件。并且通过秸度计不同的程序设 置来测量污泥的剪切速率、温度、污泥中的水分含量、剪切时间、添加剂含量、 粒度分布、污泥种类对流变参数的影响，得出了污泥的流变参数随温度升高而 降低、随污泥中水分含量的增加而降低、随剪切时间的增加而降低的规律。每 种污泥自身存在一个最佳的添加剂用量和粒度级配。污泥浆体流变参数是由污 泥的类型、污泥含水量、粒度分布、连续相性质和浆体组成中所含有的添加剂 摘要 共同决定的，没有两种浆体的流变参数完全相似。 在兴隆庄洗煤泥泵送实验装置以及浙大高浓度粘稠物料泵送试验装置上采 用管道压降法对兴隆庄洗煤泥、海宁印染污泥、绍兴污水污泥、辽河油田含油 污泥进行了流变特性试验，研究分析了高浓度粘稠物料的流变特性和管道参数 的计算方法，得到了在一定水分下、一定剪切速率范围内的本构方程。实验结 果表明：随着剪切速率的增加，这几种物料完成了从屈服假塑性流体到宾 汉流体的转化；在实验水分范围内，高浓度粘稠物料的屈服剪切应力、剪切应 力、表观粘度和流动阻力随污泥中水分含量的增加而降低，含水量为2 7 5 的兴 隆庄洗煤泥为泵送的最低水分极限，符合经济性原则并适合泵送的是含水量为 2 8 的兴隆庄洗煤泥。辽河油田含油污泥的泵送实验验证了利用旋转粘度计测量 得到的含油污泥可泵最低水分极限为6 2 7 的结论是可信的。 最后本文总结了影响管道阻力损失的主要因素，提出了泵送高浓度粘稠物 料的工艺方法，包括实验方法及步骤以及泵压输送中的几个技术问题，为实现 泵送： 业化研究提供参考。 关键词：流变特性；泵送；高浓度粘稠物料；影响因素 l i 英文摘要 a b s t r a c t a l o n g 、撕t l li m p r o v e m e n ti ns t a n d a r do fl i v i n g u r b a nc o n s t r u c t i o na n d c o m m e r c i a l d e v e l o p m e n t ，p e o p l e m o ! r _ ea n dm o r ep a ya t t e n t i o n t o p o l l u t i o n a n de n e r g y c o n s u m p t i o ni nt h ew o r l d f i r s to fa 1 1 a l o n gw i t hu r b a ns e w a g ei n c r e m e n ta n d s e w a g em a n a g e m e n td e v e l o p m e n t , s l u d g eo u t p u ti sm o l ea n dm o r ef r u i t f u l s e c o n d l y , c o a li st h ep r i m a r ye n e r g yo f o u r c o n n t r y , a c c o r d i n gt ot h es i t u a t i o n o f o u rc o u n t r y , a n e f f e c t i v ew a yo fc l e a nc o a lp r o d u c t i o ni st oi n c r e a s et h er a t i oo fc o a lw a s h i n g ，w h i c h i n e v i t a b l yw i l lg e n e r a t eal a r g ea m o u n to fc o a lw a s h e r ys l u d g ec a u s i n gs e c o n d a r y p o l l u t i o nt ot h ee n v i r o n m e n t t h e r e f o r e ，h o wh i g hc c t l m m - a e dd o p e si n c l u d i n gs l u d g e a n dc o a lw a s h c r ys l u d g et ob et r e a t e dw a sw i d e l yr e s e a r c h e d at a r g ea m o u n to f p r a c t i c e ss h o w e d 甑i n c i n e r a t i o ni s 缸e f f e c t i v ew a y t os o l v et h i sp r o b l e m ；i th a s i m p o r t a n tm e a n i n gt om a k eh i 咖a m m a m a e dd c l 礤蜘m a dl t 蔼o t l b 2 e f r o mr e s e a r c h i n g f l u i d i z e db e dw h i c hb u ms l u d g ea n dc o a lw a s h e r y s l u d g e ，s a f e l y , s t e a d i l y , e c o n o m i c a l l yt r a n s p o r t i n gh i g hc 0 啦朗血砌d o p 嚣幻血尉i 刀。d b e d j s a p 0 f l d 妇枷嘀出硒删 h i g ho 嘎磺l m 卸刚d q 翳蚓 丑i 础l 铀d t i 曲e 伍曲彤n e 血。嘲b d 驯妨0 f h i 曲o o l x x x a r , t e d d o p 葛j s 锄缸驴3 哟毗b 日索p e 啼i t 蝴盯h 自幽培佃出击c a i d e 西辨疆d p 啦缸鱼珊【o l 溢d i 均锄 f r o mg e t t i n gs t a r tw i t ht h ed e f i n i t i o no f t h ec o n c e n g a t e dd o p e s ，h a r mo f t w ok i n d s o f c o n c e n t r a t e dd o p e sw a sa n a l y z e d t h et r a n s p o r t i n gs y s t e m so f t h a tw h i c hd i s p o s e d o fc o n c e n t r a t e dd o p e sb yi n c i n e r a t i o nw a si n t r o d u c e da n da n a l y z e di nd e t a i l s o nt h e b a s eo fe x p a t i a t i n gk n o w l e d g ei n l i q u i ds p e c i e sa n dr h e o l o g i c a lp a r a m e t e r s ，t h e f a c t o r st h a ta f f e c tt l l e d x 3 0 l o g i c a lk l a 啊饵n l e m t m m l e l 啦a n d 用鸵耐1m u m yo fk 曲 c 0 翱蛔删d o p 鹤疆e 黟 丑 倒囝妙锄a b 贼 o nt h eb a s eo fr e s e a y c h , s l u d g er h e o l o g i c a lm o d e lw a se s t a b l i s h e d ，t h a ts o m e f a c t o r st h a te f f e c t e dr h e o l o g i c a lb e h a v i o ro fs l u d g ew e r eq u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v e a n a l y s e d ，f o re x a m p l e ，t e m p e r a t u r e ，m o i s t u r ec o n t e n ti ns l u d g e ，a d d i t i v e ，s h e a r i n g t i m e ，i n f l u e n c el a ww a so p e no u t m e a s u r i n gt h e o l o g i c a lb e h a v i o ro fs l u d g eu s i n g h a k k er o t a t i o nv i s e o m e t e r ，i ta c h i e v e dt h a ts l u d g ew a sa t h i x o t r o p yl i q u i d ，s l u d g eh a d c o m p l e t e d t r a n s f o r m a t i o nf r o m y i e l d i n g - p s e u d o p l a s t i c f l u i dt ob i n # a r nf l u i d f o l l o w i n gt h ei n c r e a s eo fs h e a r i n gr a t e i ta l s oa c h i e v e dt h el o w e s tm o i s t u r ew h i c hw a s s u i t a b l et op u m p i n g i nc o n d i t i o no f h a v i n gn oa d d i t i v e sa n di nm e a s u r e m e n tr a n g eo f s e tv a l u ew i t hh a k k er o t a t i o nv i s c o m e t e r , i ta c h i e v e dt h a tt h el o w e s tm o i s t u r eo f 英文摘要 o r i g i n a ls i b a os l u d g ei s8 2 2 6 ，t h el o w e s tm o i s t u r eo fo r i g i n a lp i n g h up a p e r m a k i n g s l u d g ei s8 4 ，2 8 ，t h el o w e s tm o i s t u r eo f o r i g i n a le l e c t r o p l as l u d g ei s8 1 1 2 a n dt h e l o w e s t m o i s t u r eo fo r i g i n a ll i a o h eo i l ys l u d g ei s6 2 7 t h e s el o w e s t m o i s t u r eo n l yi s an e c e s s a r yc o n d i t i o nf o rl o w e s tm o i s t u r el i m i to fs l u d g ew h i c hw a ss u i t a b l et o p u m p i n g t h r o u g hs e r i n gd i f f e r e n tp r o c e s s e si nr o t a t i o nv i s c o m e t e r ，h o ws o m e f a c t o r st h a tt h e t e m p e r a t u r e ，m o i s t u r e i n s l u d g e ，s h e a r i n gt i m e i n f l u e n c eo n r h e o l o g i c a lb e h a v i o rw e r em e a s u r e d i ta c h i e v e st h a tt h ea p p a r e n tv i s c o s i t ya n d s h e a r i n gs t r e s sr e d u c ef o l l o w i n gt h ei n c r e a s eo fs e l ft e m p e r a t u r e ，m o i s t u r ec o n t e n ti n s l u d g ea n ds h e a r i n gt i m e s l u d g ee x i s ta no p t i m a la d d i t i v ed o s a g ea n dg r a n u l a r i t y p r o g r e s s i o n r h e o l o g i c a lb e h a v i o ro fs l u d g ei sd e c i d e db yi t st y p e ，c o n s i s t e n c y , s i z e d i s t r i b u t i o n ，c o n t i n u o u sp h a s ep r o p e r t ya n da d d i t i v e s l u d g ea r e n te n t r es i m i l a r u s i n gp i p ep r e s s u r ed r o pm e t h o d ，r h e o l o g i c a lb e h a v i o ro fx i n g l o n gz h u a n gc o a l w a s h e r ys l u d g e ，h a i n i n gp r i n t i n ga n dd y e i n gs l u d g e ，s h a o x i n gs l u d g e ，l i a o h eo i l y s l u d g e o nt h eb e n c hs l u d g ep u m ps y s t e mo fx i n g l o n g z h u a n ga n dz h e j i a n g u n i v e r s i t yw e r em e a s u r e d ，m e a s u r i n gm e t h o do fp i p ep a r a m e t e r sa n dr h e o l o g i c a l b e h a v i o ro fh i g hc 0 啦d 删d o p e sw e r ea n a l y z e d ，0 0 璐缅血v ee q 畔正0 n si ns e i n es h e a r i n gl a t e a n d c 嘎把吐n t i a t n e w e r e a t t i r e d e x p e r i m e n tr e s u l t ss h o w ：s l u d g e sr h e o l o g i c a lb e h a v i o r h a sc o m p l e t e dt r a n s f o r m a t i o nf r o my i e l d i n g - p s e u d o p l a s t i cf l u i dt ob i n g h a mf l u i d f o l l o w i n gt h ei n c r e a s eo fs h e a r i n gr a t e ，i nt h i sm o i s t u r er a n g e y i e l ds h e a r i n gs t r e s s ， s h e a r i n gs t r e s s ，a p p a r e n tv i s c o s i t ya n df l o a t i n gr e s i s t a n c er e d u c ef o l l o w i n gt h e i n c r e a s eo fm o i s t u r e ，t h em o i s t u r eo fs l i m ew h i c hi st h el o w e s tm o i s t u r el i m i tw h i c h p u m p sc a ns e n di ni s2 7 5 t h em o i s t u r eo f s l i m ew h i c hb e s tc o n f o r m st oe c o n o m y p r i n c i p l ea n dt h em o s ts u i t a b l et os e n db yp u m pi s2 8 p u m p i n ge x p e r i m e n to f l i a o h eo i l ys l u d g ev e r i f i e st h a tl o w e s tm o i s t u r eo fl i a o h eo i l ys l u d g em e a s u r i n gb y r o t a t i o nv i s c o m e t e ri sc r e d i t a b l e f i n a l l y , m a j o rf a c t o r s i ne f f e c t i n gp i p er e s i s t a n c el o s s 髓e & n 面础b r i n i n g f o r w a r dt e c h n i q u e sa b o u tt r a n s p o r t i n gh i g h 。m 即删d o p e s 讪= l i 碰1 唱e x i x a - j m e 晌r , , p r o c e s s e sa r dt e c h n i c a lm a t t e r s i np i 蛔晌晷t h e s eo f f e r e d 圮白翳e sf o r _ e d a i e v i n gp 砒洒n g 打d u 或d a l 诬赫琏s 臣缸 k e yw o r d ：r h e o l o g i e a lb e h a v i o r ；p u m p i n g ；h i g hc o n c e n t r a t e dd o p e s ；i n f l u e n c e f a e t o r s 全文符号表 全文符号表 f 、t w ：剪切应力，n y ，：校核流速，m s d v d x ：速度梯度，或称剪切速率，s 1 儿：动力粘度，或称表观粘度，p a s f o ，t o ：初始屈服应力，p a q i ：体积流量，m 3 h 。辫5 溢凌， 拧：修正幂定律指数 k ：系数 s 。：剪切速率，s 4 d ：输送管内径，m l n q l l ：质量流量，k g m p 2 ：管路测压点的压力值，p a p 3 ：管路测压点的压力值，p a ：电机转速，r r a i n p ：l 管长上相应的压降，p a p ：高浓度粘稠物料密度，k g m 3 m ：管道直径，i n ：物体的面积，m 2 v 0 ：平均体积流速，m s m ：水分， a ：灰分， v ：挥发分， c ：碳元素， o ：氧元素， h ：氢元素， n ：氮元素， f c ：其它， s t ：其他， l ：p l 与p 3 之间的长度，i n k ：幂定律系数 n ：幂定律指数 r ：拟合相关系数 x ：高浓度粘稠物料的水分含量 a p u ，是高浓度粘稠物料相应于平均流速下的水平布置，相同长度和管内径的 管路中流动时的流动阻力损失，p a m 9 l 学号：2 0 5 0 8 2 0 6 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 它人已经发表或撰写过的研究成果，也丌i 包含为获得逝至三盘堂或其它教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：商彩碉签字隅州年厶月，r 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盘望盘堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权逝江盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：彰奶调 签字r 期：渊年6 月，同 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 签字日期：矿岬年j 月c 同 电话 邮编 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 引言 二十世纪中期以来，随着工业生产的发展和城市人口的增加，世界范围的 污染和能源消耗增加问题越来越引起人们的重视。随着城市污水的增加，污水 处理业的迅速发展，我国的污泥产量越来越大。截至2 0 0 4 年底，我国己建成并 投入运行的污水处理厂达6 0 0 多座，污泥量通常占污水处理量的1 3 ( 质量) ， 如果属于深度处理，污泥量会增加o 5 1 倍。污水处理效率的提高，必然会导致 污泥数量的增加。据专家估计，在未来数年内，我国城市污泥排放量每年都将 达到8 4 0 万吨左右( 干重) ，占我国固体废弃物总比重的3 强。每年还以1 0 的速度增长，处理形势严科1 1 。另一方面，我国是当今世界上几乎唯一以煤为初 级能源的经济大国。一个以煤炭为主要能源的国家，虽然原煤占能源消费总量 的比例自5 0 年代起有逐年降低的趋势，但至今煤炭仍占我国能源消费总量的7 0 左右，并且近期内不会有根本性变化【2 】。因此污水处理和寻找煤的替代品成为 了人们比较感兴趣的研究课题。自然，污水处理的产物污泥和洗煤产生的洗煤 泥即高浓度粘稠物料也被广泛地研究，对高浓度粘稠物料减量化及资源化有着 重要的意义。 1 2 高浓度粘稠流体的定义、分类及特性 高浓度粘稠物料就是指水处理过程中产生的原生污泥及煤炭洗选过程中的 废弃物即原生洗煤泥等一类工业副产品或固体废弃物。下面以污泥和洗煤泥为 代表详细的分析。 1 2 1 污泥的定义 污泥是污水处理厂对污水进行处理过程中产生的沉淀物质。是一种由有机 残片、细菌菌体、胶体、各种微生物以及有机、无机颗粒组成的极其复杂的非 均质体。 1 2 2 污泥的分类 1 、按污水的处理方法，生物固体可分为四类1 3 ( 1 ) 初沉污泥：污水一级处理中产生的沉淀物，无机成份较高； ( 2 ) 活性污泥：来自生化处理系统一次沉淀池的污泥，扣除回流到曝气池的 那部分后，剩余的部分称为剩余活性污泥： 第1 章绪论 ( 3 ) 消化污泥：生物污泥经厌氧消化处理后产生的熟化污泥称为消化污泥； ( 4 ) 化学污泥：强化一级处理( 或三级处理) 后产生的污泥，如混凝、气浮、化 学沉淀所产生的污泥。 2 、按污水产生的来源可分为【4 1 ： ( 1 ) 2 1 2 业污泥：工业废水经处理后沉淀分离出的污浊物质，不同行业产生不 同的工业污泥。目前，主要的工业污泥有电镀污泥、炼钢炼铁污泥、炼氧化铝 污泥( 赤泥) 、建筑污泥、油田与炼油厂含油污泥、造纸污泥、印染污泥、制革污 泥等。 ( 2 ) 生活污泥：生活污水经处理后沉淀分离出的污浊物质，如下水道污泥等。 1 2 3 污泥的性质 3 1 生活污泥具有以下特性： 1 、含有机物多，有肥效； 2 、含病原菌及寄生虫卵，性质不稳定，易腐化发臭。 工业污泥具有以下特性： 有毒有害污染物的含量高，废水处理过程中许多有害物质富集到污泥中。 生活污泥与工业污泥具有以下共同特性： 1 、含水率高，呈胶状结构，不易脱水； 2 、可用管道输送。 1 2 4 洗煤泥的定义及特性1 5 ，6 j 洗煤泥是煤炭洗选过程中的废弃物。有以下重要特性： 1 、有较强的持水性； 2 、有一定的热值； 3 、灰分相当高； 4 、表观粘度变化较大： 5 、洗煤泥是一种高浓度、高粘度的膏状物料，水分在2 5 - 4 0 之间，不易 运输； 6 、含有相当数量的细煤粒，粒径小于0 ，5 r n m 和0 2 m r n 以下的占总组分的8 0 以上： 1 3 高浓度粘稠物料的危害 1 3 1 污泥的危害【3 ，7 ，8 ，9 ，m 1 第1 章绪论 污泥含有大量的有机物、丰富的氮磷等营养物、重金属以及病菌和病原菌 等。未经处理的污泥在堆积过程中易腐烂，有强烈的臭味，并且含有的寄生虫 卵、病原微生物及重金属通过种种途径对土壤与作物造成二次污染，进而被人 体吸收危害他们的身体健康，污泥还造成了地下水的n 、p 超标，已经成为影响 城市环境卫生和人体健康的一大公害。 1 3 2 洗煤泥的危害1 5 6 ，1 0 】 洗煤泥由于其水分高、粘度大，不宜运输，造成的直接后果是掩埋了土地 及其底下的生物种群；而且在堆积状态下形态极不稳定，遇水即流失，洗煤泥 中的有害有毒可溶成分可以被雨水冲淋出来，然后再随地表或地下迁移至邻近 水体，引起地表水及地下水的污染；风干即飞扬，引起大气中颗粒物含量的增 加，作为废料遗弃，造成的危害比同是洗选废弃物的煤矸石要大得多，产生了 极为严重的环境污染。 1 4 高浓度粘稠物料的最终处置及综合利用 高浓度粘稠物料的处置目的主要有以下4 个方面t 4 1 ： 1 、减量化，减少高浓度粘稠物料最终处置前的体积，降低高浓度粘稠物料 处理及最终处置的费用； 2 、稳定化，通过处理使高浓度粘稠物料稳定化，最终处置后不再产生高浓 度粘稠物料的进一步降解，从而避免产生二次污染； 3 、无害化，除去重金属或固化等，达到高浓度粘稠物料的无害化与卫生化； 4 、资源化，在处理污泥的同时达到变害为利、综合利用、保护环境的目的。 因为洗煤泥的最终处置一般除了堆放就是焚烧利用，所以下面以污泥为例 进行介绍。 1 4 1 工业利用f 8 】 干污泥颗粒主要用于发电厂燃料掺合料、污泥干馏、提取焦油、焦碳、燃 料油和燃气等。污泥燃烧后的灰用做水泥添加剂、污泥砂、污泥砾石、污泥砖、 污泥陶粒等建筑材料。污泥细菌蛋白可制造蛋白塑料和胶合生化纤维等。 1 4 2 填埋 污泥的卫生填埋始于2 0 世纪6 0 年代，是从保护环境的角度出发在传统填埋 的基础上经过科学选址和必要的场地防护处理，具有严格管理制度的科学的工 第1 章绪论 程操作方法。污泥填埋是一项比较成熟的污泥处置技术，其优点是处理容量大、 见效快。但它也存在一些问题，如合适的场地不宜寻找，污泥运输和填埋场地 建设费用较高，渗出液是一种被严重污染的液体，如果填埋场选址或运行不当， 这种液体就会进入地下水层，污染地下水环境，填埋场产生的气体主要是甲烷， 若不采取适当措施会引起爆炸和起火。填埋场的卫生、臭气问题造成二次污染 等。在发达国家，这种方法过去采用较多，但目前可供填埋的场地越来少，因 此其所占比例也越来越小。今后几十年内，美国6 5 0 0 个填埋厂将有5 0 0 0 个被 关闭【9 】。 1 4 3 土地利用1 9 】 由于污泥中含有大量有机质和氦、磷、钾以及微量元素可作为农田、林地、 市政绿化的土壤改良剂或处理加工戍无机、有机肥料后利用，或用于受到破坏 的土地修复与重建等。在美国约有4 0 左右的污泥采用土地利用的方式进行处 置，欧洲国家在2 0 0 5 年有约4 5 的污泥用于此处置方式。 由于污泥中含有很多盐分、重金属、病原菌、寄生虫、有机污染物等有害 成分，直接旌用会污染土壤、水体、危害农作物或通过食物链危害人体健康。 为此，许多政府颁布了农用污泥重金属浓度标准、土壤中重金属浓度标准和严 格的无害化要求。并对单位面积土地污泥的应用量也有严格的限制见表1 1 表 1 4 。 表1 1 农用污泥中重金属浓度限值( m g k g 污泥干基) 州 e聃蚰10 0 0 一l7 5 03 州1 - 删 o - l2 0 02 ，0 0 - 4 嗍 1 6 - ，5 - 鬯氆j 堰一咻65黼2 蝴2 蝴r嘲 s ，墨i m 6ison2n2 蝴h 9 1 ) 0 酵瓣，- 1 0 * 2 0 0 l 删i20 0 06 - i o9 0 0 瞒氍2融坩5 ii f l o8 2 51 0 0 何羔 i 卦竹掷0 ：， j 0 i ) f j ， j 嚣机蜘l t 嬲i 挣 0磅#i 舛 n 2 捌ml i 御肿2 1 1 0 2 0 2 m m # 1 5 。7钟5 ：嘞5 1 1 。5 3 5 王5 l oi7 置辉i5 0 0420舯n2r i ：1 01 1i 搠) q 陶lx 触6 ，s52 婚i l l5 0 0sb ! ：氆! ：碰! ：型型塑：业l ! 业! 咝坐! 咝 表1 2 美国和法国污泥无害化要求p j 拌赶作碱懿丰 瓣+ j ，自沙? j 如浦膊逆辆毒可地蜡虫鼎 fe p 美4 1 0 q c 杯f 堆r5 。3 l 3 8 q i i l l i o , f i , l t s 6 5 c g k g 的有机废液，因热值较高如果选用 适合燃用低热值污泥的流化床焚烧炉，可不加辅助燃料进行处理，大大降低费 用。表1 1 1 说明了不同污泥的热值。 表1 1 1 不同污泥的燃烧热值 1 3 1 第l 章绪论 j 5 j 4 污泥颗粒 污泥颗粒的大小、表面电荷水合的程度以及颗粒间的相互作用是影响污泥 浓缩和脱水性能的主要因素。首先，污泥颗粒越小颗粒的比表面积越大。这意 味着更高的水合程度和对过滤( 脱水1 更大的阻力及改变污泥脱水性能更多的化 学药剂。其次，污泥中颗粒大多是相互排斥的。由于水合作用，有一层或几层 水附在颗粒表面而阻碍了颗粒相互结合，并且污泥颗粒一般都带负电荷，相互 之间表现为排斥，造成了稳定的分散状态。为了合理利用污泥，要克服水合作 用和静电排斥作用，增大污泥颗粒，使其易于浓缩和过滤。其途径有：( 1 ) 加入 混凝剂，改变颗粒表面性质，使其脱稳并凝聚起来：( 2 ) 改善污泥颗粒问的结构， 减小过滤阻力，使其不堵塞过滤介质。常用的污泥调理方法有加药调理、淘洗、 加热、冷冻等。 1 6 本文研究的内容与意义 我国在高浓度粘稠物料处理方面已经开展了广泛研究，但是对于高浓度粘 稠物料的输送还处于起步阶段。本文选用多种污泥、兴隆庄洗煤煤泥为研究对 象，用实验的方法研究了高浓度粘稠物料输送过程中的流变特性，高浓度粘稠 物料可以泵送的最低水分极限，影响高浓度粘稠物料粘度的因素，并利用管道 法测量并验证高浓度粘稠物料的流变特性，对高浓度粘稠物料的流变特性进行 了初步的探索研究，从而找出管道阻力特性的变化规律，进而为确定管道的工 程设计参数和运行方式提供合理依据，最终使整套实验系统应用于工业生产。 具体内容包括： 1 、利用h a l e 旋转粘度计测量不同种类污泥的流变特性及可测量的最低水 分极限。 2 、分析多种污泥和兴隆庄洗煤泥的特性，包括工业元素分析、含水率分析、 粒度分析。 3 、改变不同的测量条件，利用h a k k e 旋转粘度计测量污泥的流变参数的变 化情况，分析影响污泥流变参数的因素。 4 、根据泵送过程的沿程阻力损失，通过流体力学公式计算，得到高浓度粘 稠物料流变特性并验证可泵送最低水分极限。 9 第2 章高浓度粘稠物料的流变特性研究综述 第2 章高浓度粘稠物料的流变特性研究综述 2 1 引言 焚烧法作为粘稠物料的有效处理方法在国内外得到了普遍的应用，设计可 行的粘稠物料给料输送系统显得非常重要，为了向给料输送提供合理的数据， 有必要对高浓度粘稠物料的流变特性进行测量并进行模拟工程实际的输送研 究，可以通过实验，对不同成分的污泥、洗煤泥进行不同水分、不同温度、不 同转速下的测量，确定介质的流型状态和流型转变过程中各瞬时工况参数，通 过得到的流变曲线进行比较，讨论这几个条件对高浓度粘稠物料的输送流变特 性的影响，通过实验对管道输送过程的沿程压力损失及质量流量的测定，找出 管道阻力特性的变化规律，进而为确定管道的工程设计参数和运行方式提供合 理依据。 “万物皆流”是古代哲人的基本思想之一，包括了丰富的内容，是对自然 现象和人类社会的深刻理解。“流变学”这一术语是美国印地安纳卅i l a f a y e t e 学 院的教授b i n g h a m 发明的口”。流变学意味着物质形变和流动的研究，现代流交学 的研究是从本世纪二十年代开始的，通过多年的发展，已经成为一门相当成熟 的科学。 2 2 流体的分类【1 4 】 粘性流体一般分为牛顿流体和非牛顿流体。 2 2 1 牛顿流体 在一定温度下和较宽的剪切速率范围内，粘度值保持恒定的称为牛顿流体。 在牛顿流体中，剪切应力与剪切速率是成线性关系的，关系式为：f a o = 一d v d x 其中f 表示切应力；d v d x 表示速度梯度，或称剪切速率：表示动力 粘度。在牛顿流体中，粘度在特定的温度和固体浓度下可以认为是常量，随 着剪切速率的变化不