城市污泥流化床干燥技术与设备研究

1、航空制造工程学院创新能力综合训练研 究 报 告题 目：污泥流化床焚烧技术研究和环境影响分析所属课题：城市污泥流化床干燥技术与设备研究学 院：航空制造工程学院专业名称：机械设计制造及其自动化班级学号：09031115学生姓名：李平合 作 者：简逸 指导教师：张绪坤二O一二年 十二月 城市污泥流化床干燥技术与设备研究学生姓名：李平 班级：090311指导老师：张绪坤摘要：介绍了国内外污泥热干燥工艺的现状和干燥设备的类型，阐述了热干燥方法，包括对撞流干燥、过热蒸汽干燥、燃气红外辐射干燥、间壁式热干燥和流化干燥等，及其在污泥干燥中的应用原理和发展。并分析了污泥干燥处理技术综合利用的集中途径和发展局势，

2、认为污泥热干燥技术拓展了污泥的处理手段，为污泥的安全、可靠利用与处理提供了保障。关键词: 流化床，干燥，污泥处理主要创新点1、采用异比重流化床焚烧技术, 能实现良好着火。2、不仅达到了污泥处理的目的, 还可回收污泥中的可用能。目 录一 引言I1、国内外污泥流化床焚烧技术的应用与发展现状I2、研究背景与课题的提出II3、课题的意义II二 污泥流化床焚烧技术研究和环境影响分析11、污泥的焚烧处理方法简介12、污泥的能量利用分析23、污泥的焚烧特性研究34、污泥流化床焚烧环境影响分析55、结论5三 干燥技术的未来趋势61、干燥技术发展的一般趋向62、干燥新技术展望73、结束语10四 参考文献11一

3、引言 市政污水污泥（以下简称污泥）主要是指城市污水处理厂在水处理过程中产生的泥浆状废弃物，其中含有大量的病菌、重金属和多氯联苯等有害物质，危害性很大。 随着我国社会经济和城市化的发展，城市污水的产生及其数量在不断增长。根据2005 年建设部关于全国城市污水处理情况的通报，到 2004 年底，全国 661 个城市建设有污水处理厂 708 座，处理能力为 4912 万立方米/日，是 2000 年的两倍多，全年城市污水处理量 162.8 亿立方米，比 2000 年增加了 43%，城市污水处理率达到 45.7%。另外，根据有关预测，我国城市污水量在未来 20 年还会有较大增长，2010 年污水排放量将

4、达到 440×108m3/d，2020 年污水排放量将达到 536×108m3/d。 近年来，基于流化床燃烧方式的污泥焚烧法得到了较大的发展。这是由于污泥是一种高水分、低热值的燃料，对于这种高水分、低热值燃料焚烧，与其他焚烧方法相比，污泥流化床焚烧有以下几个突出的优点：(1) 燃料适应性强：循环流化床燃烧稳定，炉内温度场均匀,特别适合焚烧这种高 水分、低发热值的劣质燃料；(2) 焚烧效率高：由于炉内气体和固体，固体和固体之间的强烈混合，使污泥与灼热的床料直接接触，增大了污泥的热解率；(3) 烟气排放性能好：由于循环流化床采用低温（850950）、分级燃烧，限制了热力型氮氧化

5、物的形成，在循环流化床中加入合适的吸附剂（如石灰石），可以大大降低SO2和HCl 的排放；(4) 燃烧强度高，炉膛截面积小；(5) 负荷调节范围广、速度快；(6) 易于实现灰渣的综合利用；(7) 床内不布置埋管受热面，因而不存在埋管受热面易磨损问题；(8) 投资和运行费用适中。 到目前为止，国外对污泥流化床焚烧处理的研究较多并己投入工业应用，国内在这方面的研究起步较晚，在污泥流化床焚烧处理得研究主要集中在污泥和辅助燃料（煤、油以及固体废弃物等）方面，在污泥燃烧特性和基础试验研究方面，还有很多工作需进一步探讨，在工艺和设备的改进方面有待新的突破。1、国内外污泥流化床焚烧技术的应用与发展现状 污泥

6、流化床焚烧技术是利用污泥中有机成分较高、具有一定热值等特点来处置污泥，是最彻底的污泥无害化处理方式。大体积的污泥被焚烧成小体积稳定的灰烬，仅为机械脱水污泥的 10%，干污泥的热值相当于煤的热值，因此通过焚烧能量可回收利用。 还可以使有机物全部碳化，杀死病原体，且其处理速度快，无需长期贮存，无恶臭等问题，焚烧温度高于 850可防治污泥焚烧产生的二恶英等有害气体。焚烧后产生的焚烧灰可以改良土壤、筑路、制砖瓦、陶瓷、混凝土填料等。对于人口稠密的沿海或是大城市，污泥中有毒有害物质含量较高，上地填埋和农田利用都受到限制，或是因远离处理场运输费用较高，使用流化床焚烧法进行处理是最值得推广的处理方法。且随着

7、经济的发展，我国污泥的组成、产量和热值等方面变的越来越适于流化床焚烧处理。流化床自从作为气体发生炉工业化以来，广泛用于以化学工业为主的各种工业的各个工艺过程，例如多相催化、吸附、吸收、蒸发、干燥、焙烧、干馏等单元操作。在固体污泥焚烧处理过程中，流化床焚烧炉能够处理污水污泥、油渣以及多种有机性废液和污泥。 流化床焚烧炉的构造很简单，主体设备是一个圆形塔体，下部设有分配气体的布风板，塔内壁衬耐火材料，并装有一定量的耐热粒状床料。气体布风板有的由多孔板做成，有的平板上穿有一定形状和数量的喷嘴。气体从下部通入，并以一定速度通过布风板，使床内床料呈流化状态。污泥从塔侧或塔顶加入，在流化床层内进行干燥、粉

8、碎、气化等过程后，迅速燃烧。燃烧气从塔顶排出，尾气中夹带的床料粒子和灰渣一般用除尘器捕集后，床料可返回流化床内。 污泥流化床焚烧技术是在 20 世纪 80 年代逐渐兴起的，之前的污泥焚烧处理主要采用多膛炉或多段炉焚烧，目前国外流化床焚烧炉的市场占有率超过了 90%。焚烧法所处理的污泥量在丹麦已占到污泥总产量的 24，法国 20，比利时 15，德国 14，在美国和日本，25和 55的污泥进行焚烧处理。2、研究背景与课题的提出 污泥以流化床焚烧为核心的处理方法主要可分为两大类：一类是将脱水污泥直接送流化床焚烧炉焚烧；另一类是将脱水污泥先干化再焚烧。 第一类直接焚烧工艺可焚烧 75%80%含水率的污

9、泥，为了保证污泥的稳定燃烧，并对污泥含水率的波动具有一定的适应性，一般都需掺入辅助燃料。普通的焚烧方法必需掺入大量的辅助燃料来稳定燃烧，且燃烧效率和热效率低。而污泥专用循环流化床焚烧炉，通过尽可能多地回收燃烧烟气中的显热，把辅助燃料的加量减至最低，具有燃烧效率高、燃料适应性广、燃料预处理系统简单等一系列优点，并且燃烧后灰渣易于实现综合利用。 与脱水污泥直接焚烧相比，第二类脱水污泥先干化再焚烧是利用污泥焚烧过程中产生的热能对污泥进行干化后再焚烧，可以大大降低辅助燃料的用量，所以污泥“脱水-干化-焚烧”是一条较佳的技术路线。在欧洲、美国、日本等国家，已逐步成为污泥处理的主流技术。与发达国家相比，我

10、国自主开发的污泥处理技术差距较大，绝大部分是弃置、填埋或与煤混烧处理，能满足较高环保标准的污泥干化焚烧一体化技术还未见工业性应用实例。我国目前能满足大型污水厂要求的污泥干化焚烧技术只能依靠进口，由于投资和运行费用太高，不具备推广条件。因此，迫切需要开发适合我国国情的具有自主知识产权的污泥干化焚烧技术。3、课题的意义由于市政污水污泥的形成过程与生成有机质的原始物质不同于常规燃料，导致市政污泥的燃烧特性与常规燃料有巨大差别，其挥发分含量达 40%以上，固定碳含量低，燃烧以挥发分为主。因此市政污泥循环流化床焚烧特性及其机理有其自身的特点与规律。本课题首先对市政污泥的基本特性进行深入研究，然后对不同含

11、水量市政污泥进行小型热态循环流化床焚烧试验，揭示不同含水量市政污泥地焚烧特性和污染物排放特性，并对其重金属在焚烧过程中的迁移特性进行分析研究，获得不添加辅助燃料的半干化污泥流化床焚烧规律。通过对流化床结构和运行参数的优化，形成不掺辅助燃料的半干化污泥流化床焚烧新技术。二 污泥流化床焚烧技术研究和环境影响分析污泥主要来自工业和城市废水处理后的终端产物, 仅以我国1993年国家环保局环境统计数据显示, 仅工业废水就可以生产1220万吨污泥, 若将生活污水处理后的污泥及造纸污泥等计算在内, 污泥量更为可观。 污泥中含有较为丰富的有机质和氮磷等营养物质, 不加稳定处理的污泥任意排放,污沂孙扫的有机物和

12、氨、氮将大量消耗水体中的氧, 造成水体水质恶化, 严重影响水生物的生存, 污泥中的营养物质会造成水体的富营养化, 促使藻类恶性繁殖, 造成赤潮和绿潮现象, 影响生活用水和工农业用水, 使渔业产量下降, 造成巨大经济损失; 污泥中还含有致病菌和寄生虫卵等危害人类健康的因素, 处理不当会造成疾病的传播, 故污泥的适用处理技术应使污泥减容, 稳定化和无害化。 因此, 污泥处理总的目标是确保污泥中的有毒有害物质, 无论是现在还是将来都不致对人类及环境造成不可接受的危害。处理的基本要求是污泥体积应尽量小, 污泥本身无较大危害性, 处理场地适宜, 设施结构合理, 封场后要定期进行维护和检测。 污泥处理的基

13、本方法是通过天然或人工屏障实现有害物质同生物圈的有效隔离。 概括起来说, 污泥的处理分为海洋处理和陆地处理两大类。海洋处理主要是指海洋倾倒和远洋焚烧。陆地处理包括农用、土地填埋、浅地层埋藏或深井灌注、做建筑材料、焚烧、热解处理等方法。 近年来, 发达国家处理污水净化后产生的污泥, 已越来越多地采用焚烧方法, 因此从我国国情出发, 研制适合我国的污泥焚烧炉已迫在眉睫。1、污泥的焚烧处理方法简介80年代初, Cover和Greenfield 两人首先作了污泥燃料化的尝试, 他们直接把浓缩污泥作为原料, 用高效蒸发器脱水, 制取燃料, 被称为s F 流程。只要其中含有足够的有收稿机成份的污泥才可以进

14、行燃料化处理, 但上述设想的系统过于复杂, 运行成本高。污泥的焚烧设备有多段炉、回转窑焚烧炉、多室焚烧炉以及流化床焚烧炉等, 其中以流化床焚烧炉最具优势。焚烧法特别是流化床焚烧污泥与其它处理方法相比, 有以下几个突出优点: (l) 大大地减少污泥的体积和重量, 因而最终需要处理的物质很少, 有时燃烧的灰可制成有用的产品其体积可减少(8590)%, 重量减少(6580)%。(2)污泥的处理速度快不需要长期储存。(3)污泥可就地焚烧, 不需要长距离运输。(4)可以回收能量用于发电和供热。但是焚烧产生的空气污染和有毒物的排放必须受到严格的控制。因此, 本文重点对异重流化床焚烧污泥的特性及环境影响进行

15、分析研究。2、污泥的能量利用分析 各种污泥的水份变化很大, 从9%至50%均有。水份的变化对于燃料本身的热值影响大, 从而影响能量的回收。2.1 污泥的性质 试验和分析采用某白纸板厂的带式压滤后的造纸污泥( 下同) 。 对应收到基水份为80%的造纸污泥的低位发热量为438.36KJ/kg。对于如此低发热量的污泥, 单独维持燃烧几乎是不可能的。2.2 水份对能量回收的影响 对于水份含量较高的燃料, 其潜热损失占了很大比例。造成可用能降低，图1是造纸污泥的可用能份额与不同水份比例的关系，由图可知，水份造成潜热损失随水份的增加增长很快。特别是当高水份时(>76%)，水份的微小变化将引起污泥可用

16、能的大幅度变化，这在实用上是值得注意的。从提高可用能份额的角度讲，我们希望水份尽可能低。但要降低水份，要增加脱水工艺和设备，这除了增加投资、设备、人力，消耗外，同样也要耗用一定的能量，要求的水份越低，脱水的能耗也越大，所以究竟将污泥水份控制在什么范围内合适必须对各方面因素进行综合比较才能确定，这是一个相当复杂的技术经济问题。 图1可用能份额与水份的关系2.3水份对理论燃烧温度的影响分析 高水份污泥直接送入炉内时，把大量水份带入，而大量水份对燃烧过程产生一些不利的影响，如燃烧温度下降、着火过程延迟，炉内温度波动等。图2给出了不同水份污泥在不同热空气温度下的理论燃烧温度。计算时，假定燃料是由灰份、

17、水份和可燃份三种成分组成，前两种成分是完全惰性的。流化床燃烧的正常温度在8001000左右，因此，在炉膛绝热情况下，热空气温度为20时，60%水份污泥可以维持800以上的床温，而高于此水份，要维持稳定燃烧，需加入一定的辅助燃料。 图2 理论燃烧温度与水份的关系3、污泥的焚烧特性研究 造纸污泥中很大部分固相纤维组成，这些纤维素的比重又比较小，如果投入流化床的污泥在干燥后还原成短小的纤维素，则在通常的流化风速下其必然会立即被吹出床层，从而形成很大的扬析损失，甚至会使正常的燃烧工况都无法组织，而如果我们用降低燃烧风速去迁就短小纤维素不被吹出的要求，又会使流化床锅炉的断面热强度低到无法接受的程度。造纸

18、污泥能否在流化床内稳定燃烧是利用流化床燃烧技术处理造纸污泥的首要问题。通过实验我们发现了一个十分重要的现象，即污泥在燃烧过程中的凝聚结团现象。这就是说，尽管造纸污泥中的固相物是短小的纤维素，但对相当一部分污泥而言，在其与水混合以聚集状态被投入流化床后，只要工况条件适当，它们在干燥后并不还原成短小的纤维素，而是形成具有一定强度和耐磨性的凝聚团，污泥的这种凝聚结团特性，对其流化床燃烧过程的组织有很大的意义，实际上它是在流化床内组织正常燃烧的基础，也为降低流化床燃烧过程中燃料的扬析损失创造了极为有利的条件。3.1试验方法结团和着火试验是在一内径为必30mm的小型流化床上进行的。为了测定污泥的结团强度

19、，本试验采用的污泥统一制成直径为10mm圆球。试验时迅速从流化床顶部给入，经一定时间后连同床料迅速倒出，经筛分后，在抗压强度测定仪上进行测定，慢慢地增大压力，以破碎前可达到的最高压力作为污泥的抗压强度值凡，凡的单位为MPa。研究着火温度对流化床燃烧意义不大，但对指导点火启动还是很有指导作用的。对着火温度的测定采用逐步降低床温观察污泥团能否发红的逼近法，在温度较低时(小于700)可以观察到挥发份析出，但没有火焰，只有在温度较高(大于700)才能观察到挥发份析出并燃烧产生火焰的开始时间和结束时间。3.2结团特性试验表明污泥凝聚团的抗压强度S，在燃烧过程中要经历较长的变化。如图4所示。 图4不同床温

20、下杭压强度与时问的关系由图可知，在同一床温下，抗压强度Sp随时间的延长而变小，而且随着时间的延长，Sp的变化率也变小，这是由于:(l)在加热初期，由于加热速率高引起挥发份的快速析出，造成结构的变化，中间相的发育受到抑制，从而使结团变得“疏松”，强度也相应降低。(2)因为污泥挥发份较高，而表面由于粘土等物质的存在而变得比较致密，当污泥受热时，特别是骤然受热时，内部挥发份的析出由于表面比较致密以及受表面张力的作用暂时析不出来，而且随着温度的升高，这些挥发物要经历塑性阶段，最终将导致聚团体积膨胀而中心呈空心状。在这过程中将导致抗压强度急剧变小。最后这些挥发份将先通过某个薄弱处排出。这一现象也说明在利

21、用流化床燃烧技术处理造纸污泥时，污泥挥发份是易于析出的。这对维持稳定燃烧，提高燃烧效率是有利的。床温对结团强度有十分重要的影响，从图中可以看出，污泥的结团强度随着温度升高而降低。这是由于床温的升高引起挥发析出速度变大，造成结构变化也大，对中间相的发育影响也大，因此，强度也变得越低。3.3着火特性 通过观察可以发现，污泥的着火时间随水份的增加而降低，但在我们的实验温度范围内，即在床温700900范围内这种变化并不明显。在床温达到一定值后(>700)，着火时间几乎和污泥水份没有关系，而与床温关系比较密切。其原因主要是结团体积较小，水份析出速率很高，而试验水份变化范围也不大，因而析出时间仅与床

22、温有关。如图5所示。 图5 着火时间与床温变化的关系现在再来分析水份蒸发对着火过程的影响。假定水份为完全惰性的成份，水份蒸发将引起燃料着火过程的延迟。我们没有对水份蒸发时间作专门实验，但在必30mm流化床结团试验过程中，我们发现，即使是含水为80写的污泥其着火时间也只有四十秒左右，而对流化床燃烧而言，燃料在炉内的停留时间通常达几十分钟甚至一、二小时，所以着火延迟几十秒不会对污泥在流化床内的燃尽有实质影响。水份对燃烧过程的另一个可能的影响是造成炉温不稳定，而流化床内由于物料的载热，热惯性较大，从而可以有效地缓和炉温的波动，而流化床内始终有燃烧着的燃料为流化床补充热。从以上的初步分析可以看到，流化

23、床燃烧在燃用高水份污泥时较其它燃烧有着许多突出的优点，它能够较好地克服大量水份进入炉内可能引起的燃烧温度降低，着火延迟及炉温波动等不利因素，从而成为处理污泥的一项重要焚烧技术。4、污泥流化床焚烧环境影响分析采用流化床焚烧法处理污泥，会不会产生二次污染呢?经过对造纸污泥在900床温下产生灰渣中重金属锌、铜、钻、铬、福等的含量分析，最多的锌为295.8mg/kg，其余四种均在45mg/kg以下，远低于国标中“农用污泥中有害物质最高允许浓度”。采用离子电极法测得造纸污泥中氛离子含量为593mg/kg，氟离子含量为5.6X10一mg/kg，可以忽略。既使所有Cl-生成HCI，其排放也仅为1.81ppm

24、，比加拿大CCME标准90pPm低许多，污泥中硫全部生成S0:其最高浓度99mg/Nm3，NOx排放按燃料氮转化率40%计算为228ppm，均低于GB13271一91对锅炉大气污染排放规定值。污泥焚烧后会产生的主要有害有机物(POHC)在国外已引起相当重视，如甲苯、氯乙烯、二恶英均有毒性，按美国的资源保护法规定POHC破坏率(DRE)要求达到99.99%以上。可以对各种焚烧反应的动力学方程求得达到上述要求的破坏温度和反应时间，在8501000的流化床焚烧条件下，可求得要求达到99.99%破坏率的各种POHC停留时间为2S以上，这对于采用污泥异比重流化床焚烧炉来说是不难达到的。因而污泥流化床焚烧

25、可以满足苛刻的环保要求。5、结论1.对造纸污泥的研究表明污泥在流化床焚烧炉内可以形成一定强度的结团, 可以采用浙大发展的异比重流化床焚烧技术, 能实现良好着火。2. 经过充分分析计算和试验研究表明,造纸污泥采用流化床焚烧技术SO2 、NOx、氟、氯、重金属、POHC排放均能满足环保要求,从而不致引起二次污染。3. 污泥流化床焚烧方法在技术上, 环境上是可行的, 不仅达到了污泥处理的目的, 还可回收污泥中的可用能, 是一种具有较好应用前景的新方法。三 干燥技术的未来趋势本文是作一种预测，是作者对干燥技术发展趋势的一些看法。可以确信，进入下世纪后，干燥技术将更加有效地利用能源，其操作的微过程控制将

26、更为普及，联合干燥方法显示的优点将获得更好地开发。此外，本文评述的一些新技术将会得到进一步的研究和利用。干燥是最通用和耗能最多的工业操作，被干燥的物料有各种状态，组成复杂。在工业中使用的干燥器有数百种。但干燥又是一种被了解得较少的操作。大多数干燥器的设计仍然依赖中间试验和操作经验。但是科学技术的发展，如生物技术、新型超导材料等新技术的开发，对于燥技术的要求更高。由于各种新过程质量要求严格，常把一些额外的复杂要求加于干燥操作，致使按现行方法计的干燥器不能满足各种新的要求。预测未来10年世界上于燥技术的发展是很困难和很冒昧的，但对这种趋向的讨论及对于干燥技术的交流和发展却是有益的。1、干燥技术发展

27、的一般趋向其趋向是:更有效地利用能量，强化干燥操作，使干燥器更紧凑;改善产品质量;处理好提高质量和增加容量的关系，减少环境污染，消除起火和爆炸危险，使之安全操作，发展一机多用系统，包括适用于不同产品、不同生产率的操作，以及在同一设备中先后进行不同操作的系统，如反应、附聚、冷却或加热、涂覆、掺合、造粒、分级等，法展组合干燥，针对被干燥物料的干燥特性，连续地用不同的方法进行分级干燥，使效果最佳，同时利用多种能源的干燥，如同时利用直接热源和间接热源，同时加热和引入微波能等，发展智能干燥器，使产品具有特殊的物理性能，如高级瓷料和超导材料的制造。笔者认为，对干燥技术今后应注重以下几个方面。(1)间接干燥

28、具有较高的热利用率。对流(或称直接式)型干燥器是最常见的。如转筒、流化床、闪急、冲急、输送带式干燥器等。直接干燥排气带走的热量与蒸发水分的热量一样多，热损失大。间接干燥(或称接触或传导式)经常在真空或低气流速率下操作，以排除被蒸发的水分，这样惰性气体带走的热量可减至最少或消除。(2)能量场干燥，在某些特殊的干燥器中利用远红外加热，如涂布、印刷膜的于燥。介电干燥时，极性水分子有选择地吸收能量，从而避免受傅立叶热传导定律的约束，即必需在物料内部建立明显的热梯度，才能把热量传入湿固体内部。(3)组合型干燥方法，原则上优于仅采用1种传热方式的干燥。如直接供热和间接供热的组合型干燥器，用于树脂干燥的带有

29、浸没加热面段的流化床干燥器，其尺寸仅为普通热空气流化床的1/3。用于涂布膜的冲击和射频干燥器，以及用于挤出青状物料的冲击和微波干燥器。提供间接热量的组合干燥有时可减少设备的尺寸达幼%，但在传热面上粘接或结垢的物料不宜使用这种设备，除非使部分干物料返混于湿物料中。组合干燥的另一种含义是物料在干燥过程中性能变化时可采用2种组合或多种不同形式的干燥器。闪急干燥器与流化床干燥器的组合是理想的，在几秒钟内排除颗粒固体的表面水分，随之在一个较小的流化床内停留较长的时间除去内部水分，不再需要干颗粒返混至湿颗性。与此相似，一个较小的喷雾于燥器可配一个流化床，以除去喷雾干燥器卸出相对较湿的物料中的内部水分，这样

30、可大为降低单独使用喷雾干燥器的尺寸和费用。所以喷雾一流化床于燥被广泛应用。作为后干燥器的流化床，有时采用振动流化床或带有与与产品特性相适应的间接加热的流化床。由2种或多种型式的干燥器组合而成的干燥系统具有适应性广、便于调节的优点。然而系统的模拟放大、设计和最佳化则更为复杂。（4）改善干燥过程的控制。干燥过程中，在线测量固体湿度，对某些物料的质量控制、附聚、粒度分布等是必要的。快速移动物料的非接触式局部湿度测重(常采用红外测湿法）对监控低干燥过程是很重要的。高温含尘气体和固体在线湿度测量技术的开发，将会使未来的于燥过程得到较好的控制。干燥技术专家系统的商业开发将使干燥系统的选择、设计、分析和控制

31、更为方便，采用数学模型和经验直观判断相结合将更有利于常用干燥器，可改善千燥器的放大设计和分析程序。遗憾的是，这种专家系统目前仍然是一种值得大力研究和开发较为困难的课题。（5)对于低值产品而言干燥节能是一大课题。就能源的种类，未来也不会有什么变化。矿物燃料将仍然是主要的能源。太阳能干燥在具有高日照值的发展中国家可能被采用，但对动植物类物料的变质和损耗及卫生要求值得注意。电能大多限于提供风机或物料运输器的动力，只有在电力价格相对不高和干燥过程的“纯”能耗较低时，电力作为热能能源才是合理的。采用电力的干燥设备易于操作和控制，特别适用于对排出的蒸汽再压缩并重新使用的蒸汽干燥(如热泵干燥)中。2、干燥新

32、技术展望在未来10年，具有明显潜力并将获得进一步研究和发展的干燥技术中，对节能、提高产品质量或产量具有独特优点的有下列几项新技术。(1)过热蒸汽干燥其主要优点:可有效地利用干燥器排出的废蒸汽;无起火和爆炸的危险;减少产品氧化变质的隐患(如褪色、褐变反应等)，可改善产品质量;具有较高的干燥速率，使干燥器紧凑。缺点:工业使用经验有限，在加料和卸料时难于控制空气渗入;产品溢度较高(排除表面水分的大气压，蒸汽干燥器内为100摄氏度)。与空气相比，蒸汽具有较高的热容，使传递热能时需要的质量流量较少;蒸汽的导热系数较高，这意味着具有较高的传热系数。但蒸汽的动力粘度较高，减少了阻力，这将要求较高的流化速度，

33、对喷雾干燥而言，就要求有较大的干燥室。 对热敏性物料，在较低压力厂的蒸汽干燥也是可能的。德国一公司销售了用于甜菜浆的蒸汽干燥设备，其总的经挤效益不佳，但产品质量有了显著的改善。Mujumdar1990年综合评论了公开发表的用于大吨位产品，如煤、纸浆、树皮、泥煤、纸、原木、木片及甜菜浆等工业型、中试型、实验室型的蒸汽干燥。原则上任何直接(对流)干燥均可改为过热蒸汽干燥。干燥器排出蒸汽的有效利用(在净化前或净化后)是这项技术成功的关键。其废气可用作工厂其它过程的工作蒸汽，或经再压缩或再加热后重复使用，采用2级或多级干燥可充分利用蒸汽潜热。(2)声干燥和脉冲燃烧干燥在60多年前已有关于高强度声场增强

34、传热、传质的报道，但热敏性产品在接近大气温度下的声干燥还未越出实验室研究阶段。其声发射的能量转换率甚低(小于20%)是主要障碍。声场增强传热、传质的机理已有一些假定，如在多孔介质内反复地升高和降低压力场，增强湿物料表面空气的湍流等;并假定在超声场中降低了液体的粘度，从而提高了液体在固体中的扩散率。苏联，日本、美国已设计了声增强转筒、洞道及流化床于燥器，并以实验室规模或中试规模进行了试验。由于声能利用率很低，至今未能实现工业规模。Borisov和Gynkia1971年采用在闪急干燥器中装置了几个椭圆型声集中器，使干燥速率提高许多倍。气体喷嘴声发生器装在每一个声集中器的聚焦点上，在空气流率比较低时

35、，采用了声强达177dB，频率为1819Hz的声场，使聚苯乙烯乳胶类物料在2一3秒钟内就干燥，但未报道能耗和质量的数据。对于高值热敏性物料（药物、某些新的生物技术制品)，Borisov邪v和Gynkina1971年报道了在17时，用6.6Hz频率和160dB的声强，3.5mm的涂膜可在4一5分钟内被干燥，而在35的对流干燥器中完成同样的干燥则需要10分钟。声干燥也可能影响产品的质量，对此难以系统的评论。有文献指出，在声场中干燥瓷器模型(24，156dB;10kHz，干燥时间2小时)比在热空气中干燥8小时具有更好的弯曲强度。一般在快速干燥阶段，排除表面湿分时，声干燥效果较好。对于薄层或分散物料，

36、脉冲速度分量对传热、传质速率的影响的影响是显著的。由于声发射效率较低(25%)，声干燥的实际能耗估计约为普通热力干燥的34倍。因此，仅在难以干燥贵重和小吨位物料时，才值得考虑。在某些情况下，安全因素和产品质量也许可补偿声干燥的费用。将声干燥和其它干燥方法联合使用也是可行的，如与对流干燥或介电干燥联合。在对流干燥时，声干燥的相对效益随温度的升高而下降。Borisov和Gynkina的数据表明，微波干燥与声干燥联合使用，对瓷盘干燥有利。因为声干燥排除表面水分而微波千燥排除内部水分。远红外辐射与声干燥的联合使形，对石棉、瓷片等的干操也显示了优点，如果保持相同的最终表面混度，在声场(7kHz，158d

37、B)影响下的干操速率为只有远红外时的3倍。代替气体喷嘴产生高频压力场的另一种增强分散颗粒物料传热、传质速率的方法是脉冲燃烧(PC)。在脉冲燃烧室中燃烧气产生的频率相当低(100Hz)，似振幅很大，因而产生的湍流强度高，使膏伏物料分散或糊状物料雾化不需任何辅助的分散或雾化装置。虽然对脉冲燃烧干燥的研究已有10余年，但这种系统最近才商业化。对于可泵送好的糊状物料及溶液，特别是热敏性物粒，中间试验的结果表明:改善了产品的质量，减少了维修和能耗，设备成本可低至相应喷雾于燥器的40%，而且不需要雾化器。在PC室中产生的声压达150dBA.(调整分贝=82dBm)，但干燥器外部(距外表面7.6cm)噪音强

38、度仅为90dBA。在脉冲然烧干燥器中与在喷雾干燥器中得到的产品性质(包括颗粒度分布)有一定差别，因此中间试验是必需的。Nomure等人1988年利用PC废气作平表面的对流干燥，在实验室试验中得到了很高的干燥速度，得到的传热系数与高速冲击干燥得到的值为同一数量级。(3)纸张的高强度干燥，普通的造纸过程是大量的脱水过程。开始浓度约为0.5%的纤维与水的悬浮液，最终为含95%一98%纤维的纸必须采用加热干燥。工业上应用的干燥器是多级烘缸(82%）。.冲击（7.6%)、杨克式(yankee）(用于餐巾纸4%）、远红外（3%)、闪急(1%)、真空（1%)及介电(<0.1%)。多级烘缸的典型干燥速率

39、为1025kg/(m2·h)，而现代杨克式干燥器可高至150kg/(m2·h)。新闻纸机需要60个蒸汽加热烘缸(直径为1.6m)，需要很大的空间和高额投资，同时“蒸汽能耗”高达1.5kg蒸汽/蒸发1kg水。这就需要发展新型高强度干燥系统来取代。近20年中，已开展了一些新的纸张干燥方法。在MeGill大学研究了“SWIFT”(Steam With Flow一Through)过程，即利用过热蒸汽射流冲击和穿透的联合干燥，实验室规模的试验和模拟研究证明，可得到很高的干燥速率。但技术上要处理在纸张的快速移动时没有空气的过分渗入，特别是在干燥器的进口和出口端。美国的纸化学研究所(IP

40、C)已经从不同的侧面接近此难题。IPC开发的称之为“高强度”的干燥过程是指一定温度和压力(纸张上的)条件下的热表面干燥，纸张加热面的温度可高于水的沸点。穿过纸张的蒸汽流使纸张的内部加热加速，并使蒸汽快速排出而不受外部传质阻力的阻碍，即一部分液态水未发生相变而被驱出，这可能有利于改善热效率。很显然，高强度干燥对纸张有高的传热速率，这可以由提高圆筒表面温度或对纸张表面施加高压载荷来达到(采用称之为压辊或“补充挤压”)，并建议采用高温燃气燃烧器加热烘缸。(4)冲击气流干燥器冲击气流干燥器(ISDImpinging Stream Dryers)是一种颗粒物料或膏状物料干燥器。此干燥器在冲击区内排除物料

41、的大部分湿分，且2种射向相反的高速气流发生碰撞（其中至少1种含有湿颗粒或液滴的两相流)。由于冲击气流的流体动力学特性而形成高湍动区，并因流体一颗粒碰撞而使传热、传质增强，使干燥时间减少。冲击气流干燥器必须与已知的冲击干燥器或称之为“射流区”，干燥器加以区别。后者是用热空气干燥片状物料，如纸、织物、木材、胶合板及涂布薄片等，或是在输送带或振动盘上放置一层颗粒物料，用多股高速热空气冲击流使之“假液化”。冲击气流干燥几乎没有报道过实验室规模或工业性的应用。2股射流相反的单相冲击，在燃烧和气体混合的应用方面已被广泛地研究过，然后把它推广到含有颗粒物粒传热、传质的两相射流。根据冲击流流量、冲击角、气流导

42、管的形状、气流的颗粒携带量(或是欲干燥的糊状物、悬浮液或膏状物涂布的惰性颗粒)、射流的流动特性(如打旋或不打旋的，以及2种气流的旋涡方向同向旋转或反向旋转)等，可将冲击气流干燥器分成很多种，其中有一些已在实验室作了研究，但并未报道全部数据。因此，对一些改型干燥器的有效性难以作出结论性的论述。冲击气流干燥装置与普通流化床、喷动床、振动流化床、闪急干燥器，甚至与喷雾干燥器和旋转闪急干燥器处于竞争之中。它的主要优点为具有很高的体积蒸发能力、破碎团块的能力、尺寸小、易于控制等。另一方面，鼓风要求很大的功率，可能产生腐蚀问题，则为其主要的限制因素。根据苏联文献报道，工业上采用冲击气流干燥单元(沿轴向旋转

43、或不旋转)干燥结晶固体(如赖氨酸)、膏状物(如污泥)、颗粒状物料(如药物)以及微生物样品。在干燥微生物制品时，接触时间很短，对保持制品的质量是很重要的。Kudra和Mujumdar曾尝试对各种冲击气流干燥器进行分类，这需要检测大量的其它因素，实际上，如产品的质量问题、产品的磨损、管道的腐蚀、在导管中产品可能沉积等，在可能得到广泛的工业认可前，必须予以仔细的核实。除了上述4项技术之外，许多其它的干燥技术现今正处于不同的发展阶段，在这些干燥技术中，以下诸项值得一提。1.包括添加非水溶剂或聚合物的冷冻喷雾干燥过程，以期获得良好的产品质量。2.用惰性干粒子的流化床干嫌连续薄片材料，如用间接加热硅胶粒子的流化床干燥皮革。3.将湿颗粒与干粒子混合的间接加热的分层浸没干燥，如用天然沸石顺粒的搅拌分层的谷物干燥。4.间断供热干燥(由对流、辐射或微波)，以节省能量并使热敏性物料的破坏最小。5.利用渗透