空心桨叶深度剖析（二）

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（接空心桨叶深度剖析一）

10. 传热系数

空心桨叶干燥器由于桨叶垂直于主轴，刮板平行于主轴，桨叶两端的换热面无推动而仅起换热作用，物料的径向混合充分，物料与换热面的接触频率较高，停留时间长，理论上应可实现较好的换热，其综合传热系数应在80～300 W/m2.K之间。

在污泥干化应用方面，由于不同的污泥黏性不同，干化产品含固率也影响到工艺过程（如能否进行低干度半干化），实际项目中给出的传热系数可能相差较大。

11. 传热面积

根据前面的描述可知，热轴上的楔形桨叶和主轴是主要的加热面，换热面积占总换热面积的70%以上（后面将加以证明）。设计上对制造精度、主轴类型和热流道布置上有较高要求，因此一般认为这种干燥器“结构复杂，加工难度高，大型干燥机的设计有一定难度”。

截至2008年底，国外已制造出单机换热面积1.5 ～295平方米、理论最大蒸发能力12 吨/小时的空心桨叶干燥器。在污泥干化领域，目前最大装机换热面积约300平方米，蒸发能力不到5000公斤/小时。

据不完全统计，国内目前的系列化设计最高110平方米，已见于报道的用于污泥干化的空心桨叶干燥器换热面积多为25～50平方米，最高达160平方米。

由于污泥干化是有技术难度、大宗、无增值的产品应用，设备的大型化是节约投资的重要手段。但基于前述空心桨叶的特点，设备放大具有较高的技术难度。

12． 吹扫空气量

空心桨叶干燥器属于典型的传导型干燥器，其传热和蒸发是靠热壁而不是靠气体对流实现的。因此，大多数空心桨叶厂家均声称不需要吹扫空气。

实际应用中，由于干燥过程产生的水蒸气需要及时离开干燥器，且污泥干化产生恶臭，为防止臭气溢出到环境，一般均需采用抽取微负压方式。这样就事实上存在了使用“吹扫空气”的必要性。抽取负压必然会造成环境空气从干燥器和回路的缝隙中（轴缝、湿泥入口、干泥出口、溢流堰密封等）进入回路，为了防止这部分气体在干燥器中造成水蒸气冷凝，有时还需要对此气体进行加热。

吹扫空气的量与工艺本身相关，以升水蒸发量所需的环境空气干空气量衡量，一般在0.1～1.2 kg/kg.H2O之间。此值的高度对干化系统的净热耗有重要影响。典型的空心桨叶干燥一般考虑0.5 kg/kg.H2O左右的干空气量。

13． 蒸发强度

传导型干燥器的蒸发能力一般以每平方米、每小时的蒸发量来衡量，它在理论上可实现10～60 kg/m2.h的蒸发量。但在污泥干化实践中，根据我对世界上主要空心桨叶制造商业绩的统计，设计值取值范围一般在6～24 kg/m2.h之间，以14～18 kg/m2.h的取值居多。

对于蒸发强度的取值，可以从多个技术文献得到印证。如日本奈良机械制作所污泥干化专利“特开平9-122401”，试验条件下的污泥干化蒸发强度在6～6.8 kg/m2.h之间。浙江大学热能工程研究所的试验在90分钟后、40％干燥率下也只有6 kg/m2.h。得利满研发部的研究报告则提出空心桨叶计算模型取值在11.5～13.8 kg/m2.h之间。

参考其它传导型干化（如转碟机、圆盘机），典型值均在8～14 kg/m2.h之间。考虑到空心桨叶干燥器的换热条件与其它传导型干燥器事实上非常相似，较为可靠的实际蒸发强度应该在8～14 kg/m2.h之间。

14． 产品出口温度

由于污泥在干燥器内停留时间长，污泥在离开干燥器时的出口温度较高，应在90～100℃左右。污泥温度高，则产品在筛分以及输送（包括返混）过程中，可能对安全性产生影响。

因干泥返混的原因，在筛分前或是否后降温将关系到系统的净热耗。此外，进入停机序列后，热载体撤除或停供后，产品的降温仍需要走一个非常缓慢的过程，理论上剩余产品均需经外部的冷却措施才能实现。基于空心桨叶的工作原理及其内部容积，很难想象空心桨叶干燥器能够采用喷水降温这样的快捷方式进行安全保护。

二、空心桨叶干燥器的结构与特点  

要真正了解一种干化工艺，进行一些设计分析是必要的。空心桨叶从过程工艺角度看是较为简单的，其特性主要是机械形式决定的。

根据日本Tsukishima Kikai 公司系列空心桨叶设备的尺寸，我尝试建立了一个空心桨叶干燥器的设计模型。

选择其中换热面积100平方米、有效容积6.66立方米的ID 1000DSL-K型双轴设备作为参考，根据其标注的尺寸，利用几何学知识，不难求出截面上各位置的面积。对加热主轴长度进行设定，即可求出干燥器的总容积。

由量图知，桨叶所围出的两个扇形面积夹角一般为144度左右。桨叶直径已知（1米），给出主轴直径（0.3～0.5米），则扇形换热面面积可求。

根据干燥器内桨叶布置需要，可设定刮板宽度、桨叶最大厚度、桨叶最小厚度、刮板间最小公差。在上述参数给出时，可认为桨叶的径向外缘为一梯形，其高为桨叶扇形的弧长；主轴的换热面积为加热主轴总面积减去桨叶焊接面积（主轴上144度扇形弧长，宽度为厚度），则桨叶的外缘换热面积、主轴有效面积均可求，从而得到干燥器的实际换热面积。

由于换热面积和有效容积已知，上述假设各项尺寸、主轴直径、桨叶数量以及加热轴有效长度的给定均会影响上述两个已知参数。

通过建立体积和换热面积的两个方程组，可解出一组同时满足两个方程组的数据：

－ 当主轴直径为0.41 米时，加热主轴的长度约为6.15米，基本符合干燥器体长度6.27米的原设计值。此时，桨叶、主轴和W形槽的换热面积分别占总换热面积的64.6%、13.5%、22.0%，也符合一般所说的换热面比例分配。

在结论基本正确的基础上，可确认以下几个关键取值具有可参考性：

－ 刮板宽度50 mm、桨叶换热面最大厚度40 mm、最小厚度14 mm、刮板间最小公差3 mm； － 桨叶总数量58对，116个；

－ W形槽的弧直径1.006米，即桨叶刮板与W形槽换热面的距离只有3毫米；

分析过程中可注意到取值范围极窄，特别是刮板宽度和刮板间最小公差。这意味着干燥器的设计极为紧凑、“精密”，其目的可能是为了减少W形槽换热面的死角。

套用此模型，可分析其它一些机型的参数。比较这些参数，可发现其中的某些规律。这些规律是解读空心桨叶干燥器的钥匙。

1． Komline 13W2200机型

已知KS干燥器13W2200具有204平方米换热面积、18立方米的有效容积。应用模型可分析其可能的构成如下：

－ 当主轴直径为0.50 米时，加热主轴的长度约为10.06米。与ID 1000DSL-K型比较，换热面积增加一倍，有效容积增加约2.7倍，而加热主轴部分的长度仅增加0.67倍。此时，桨叶、主轴和W形槽的换热面积分别占总换热面积的64.6%、13.0%、22.5%。其它关键取值：

－ 刮板宽70mm、桨叶换热面最大厚度60mm、最小厚度20mm、刮板间最小公差4mm； － 桨叶总数量68对，136个；

－ W形槽的弧直径1.34米，即桨叶刮板与W形槽换热面的距离仍只有3毫米；

2． Komline 13W2500机型

已知1995年美国某个工业污泥项目上提供了一台型号为13W2500的空心桨叶干燥器，换热面积232平方米。该项目处理量每小时4535 kg，含固率25％，干化至90％。 在前述204平方米干燥器模型基础上，分析此干燥器的可能构成如下：

－ 因所需桨叶数量增加，适当增加主轴直径至0.56 米； － 桨叶总数量78对，156个； － 加热主轴长度约为11.54米；

其余设置不变，此时有效容积增加为20.5立方米，较13W2200机型增加了约14％。桨叶、主轴和W形槽的换热面积分别占总换热面积的62.4%、14.6%、23.0%。 3． W12机型

已知三门峡百得干燥有限公司空心桨叶干燥器系列最大机型W12的参考尺寸如下：传热面积110平方米，有效容积9.46立方米，器体宽2.21米，长6.122米，进出料口距离5.664米。这意味着干燥器加热主轴长度应在器体长度和进出料距之间（5.664～6.122米）。

与ID 1000DSL-K相比，12W的换热面积增加了10％，有效容积增加了42％，而加热主轴长度可能短了约40～60厘米，这意味着所增加的换热面积主要在桨叶上，需增加桨叶直径。

试算获得如下一组数据：

－ 当桨叶直径为1.25米、主轴直径为0.56 米时，加热主轴的长度约为5.84米。此时，桨叶、主轴和W形槽的换热面积分别占总换热面积的60.7%、16.1%、23.2%。