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北極星水處理網訊:摘要：堆肥是以多種固體物料混和物為介質的生物反應過程，並且物料來源非連續，甚至部分物料來源存在季節性，因此合理設置貯存系統，可以保障整個工藝系統運行的穩定性，並且可以降低運行成本。傳統堆肥工程對於貯存系統的考慮較為粗放，常採用堆場、堆棚等設施。在機械化堆肥系統中，貯存系統主要指用來存放散狀物料的料倉系統。以汙泥為目標介質，闡述了料倉分類、料倉的流動性及影響因素、料倉的設計與選型、起拱現象的防範措施，最後給出在汙泥機械化堆肥系統中應用料倉系統應注意的六個問題。
0．前言
完全意義上的機械化堆肥工程要求全部工藝過程由機械設備自主完成，這對於臭氣汙染控制和操作人員的職業健康安全十分重要。實現上述目標需要三道工序和八個目的不同但相互關聯的機械子系統配合完成，工序包括：受料、混料、好氧發酵；子系統包括：混料系統、翻堆與轉倉系統、進出倉系統、曝氣系統、除臭系統、物料輸送系統、計量系統、貯存系統。上述工序與子系統關係如下圖所示。
圖0.1 全機械化堆肥流程子系統與工序對應關係圖
貯存系統是除好氧發酵工序外，物料堆置儲存設備、設施的統稱。堆肥是以多種固體物料混和物為介質的生物反應過程，並且物料來源非連續，甚至部分物料來源存在季節性，因此合理設置貯存系統，可以保障整個工藝系統運行的穩定性，並且可以降低運行成本。
傳統堆肥工程對於貯存系統的考慮較為粗放，常採用堆場、堆棚等設施，且必須以裝載機等工程機械與車輛配合方能實現物料的進出；也有部分項目採用封閉車間作為貯存設施，但總體上無法擺脫有人操作和作業環境惡劣的窘境，並且存在爆燃隱患。
1．機械化堆肥工程貯存系統概述
在機械化堆肥系統中，貯存系統主要指用來存放散狀物料的料倉系統，在生產線中主要起中轉儲存、緩衝處理量和均衡作業等作用。以汙泥堆肥項目為例：上述散料一般指脫水汙泥（含水率75%～85%）、熟料（堆肥產物，含水率30%～50%）、乾料（秸稈、花生殼或蘑菇渣等，含水率10%～30%）以及由它們按比例攪拌形成的待發酵混合物（含水率50%～60%）等；根據承載物料不同，料倉一般可分為汙泥料倉、熟料料倉、乾料料倉等；根據工序位置不同，料倉可分為受料料倉、配料料倉、貯存料倉；需要指出的是，在生產線外，對於季節性物料（如秸稈、稻殼等）和特殊物料（如事故汙泥等），傳統堆場、堆棚在機械化堆肥項目中仍有應用空間，相對於貯存料倉具有經濟、靈活、貯存量大等優勢。
圖1.1汙泥機械化堆肥系統貯存子系統流程示意圖
2．料倉分類
機械化堆肥系統生產線包括受料、混（配）料、布料、好氧發酵、出料等連續運行的直接生產系統，若想實現生產線全機械化，貯存系統目前的最佳選擇就是料倉。料倉一般包括由殼體、進料、卸料、控制、計量、分配和除塵等設備組成，存放容易起拱的物料時還需要破拱裝置，存放易燃物料的則需要防火防爆裝置。
機械化堆肥系統中的料倉基本都屬於固體料倉（註：汙泥屬於半固體，性質介於固液之間。），固體料倉是儲存固體鬆散物料的容器，它區別於儲存氣體、液體的容器：氣體充滿於容器內，以自身壓力對整個容器壁產生均勻作用力；液體盛裝在容器裡，液柱靜壓對液面以下不同高度的壁面產生不同的作用力。鬆散的固體物料盛裝在容器裡，對物料面以下的容器壁，產生垂直壓力、水平壓力、在物料流動的情況下對壁面還產生摩擦力。所以設計固體料倉時除要考慮容器的共性外還要考慮到它的特殊性。
料倉按平面形狀可分為矩形倉（包括方倉）、圓倉等；這些不同平面形狀的料倉即可獨立布置，又可或組合成單列倉和多列群倉。按其結構計算方法可分淺倉與深倉兩大類，當倉壁計算高度與圓形筒倉內徑或矩形筒倉短邊之比大於或等於1.5時為深倉，小於1.5時未淺倉；深倉多用於貯存物料（如脫水汙泥、乾料等），淺倉一般用於卸料、受料、配料與給料等中間工序。按殼體材料可分為鋼筋混凝土倉、金屬倉與砌體倉。料倉按照底部形式可分為錐底料倉和平底料倉。傳統料倉一般為錐底料倉，隨著卸料滑架技術的產生和發展，平底料倉的使用越來越多。
上左圖：煙臺萊山汙水廠汙泥堆肥項目乾料料倉（鋼質圓形錐底）
上右圖：鄭州八崗汙泥處理廠熟料/輔料料倉（鋼質矩形錐底）與汙泥料倉（混凝土矩形錐底）
下左圖：瀋陽城市汙泥處理項目料倉組（鋼質矩形平底帶滑架）
下右圖：唐山城市汙泥處理項目料倉組（鋼質矩形錐底/平底帶滑架）
圖2.1國內汙泥堆肥代表項目料倉應用現場圖
3．料倉的流動性及影響因素
正常情況下物料在料倉內部靠自重從卸料口卸出，但堆肥物料性狀複雜，在料倉中經常遇到物料流動不穩定的問題。實踐中發現，部分料倉排料不暢，易出現起拱堵塞現象；有的形成管鬥，料倉中大部分料無法排出，致使有效容積降低。根據散裝固體物料在料倉內的流動特性，可將料倉內的物流流態分為三種類型：
（1）漏鬥流
漏鬥流料倉卸料時，沿倉壁有部分物料靜止不流動，其特點是：①先進後出的流動順序。因為倉壁附近的物料在摩擦力的作用下不易流動，所以先進倉的物料有可能後出來。②可能產生管鬥。由於出現漏鬥流，如果物料有足夠的黏性，倉壁附近的物料可能無法依靠自身重力自主流出，形成所謂管鬥，要到停產時人工清倉方能清除。③不均衡流動。漏鬥流料倉中，四周的物料是靠超過物體本身的休止角而塌落下來的，因此卸料不均衡，此外塌落料的衝擊力會進一步壓實料倉出料口的物料並產生起拱現象。④湧流。如果所儲存的物料粒度極小，塌落時會氣化，其流動性能接近流體，從料倉出口湧出。⑤分層。由於漏鬥流料倉卸料時中部和四周物料不規則分層交替流出，此時投料將使上述分層問題加劇。
（2）整體流
整體流料倉卸料時，料倉中所有物料同時流動。其特點是：①料倉壁陡且光滑。②先進先出的流動順序。先卸出的物料是先放入料倉的物料。③卸料時，物料從側壁和中部一道卸出，使物料再混合，可使料倉投料時產生的分層現象得到減輕。④由於物料流經料倉時所受到的壓實程度相同，所以出口處物料的容重和流動速率幾乎恆定。
（3）擴散流
擴散流料倉是將整體流料倉的一些優點和漏鬥流料倉的經濟性結合在一起。在底部是整體流料倉，將整體流擴展到上部漏鬥流區域中，以克服漏鬥流料倉形成管鬥的趨勢。
影響料倉流動性的主要因素有：
（1）散裝固體物料的性質是影響料倉流動性的最主要因素，具體包括：
①穩定流動時物料內部的摩擦力大小。通常黏性大的物料就容易形成起拱、管鬥，例如在相同粒徑條件下蘑菇渣的黏性大於稻殼。
②散狀固體物料開始滑動時的內部摩擦情況。
③散狀固體與倉壁材料的摩擦係數。
④壓實性，與料倉內儲存物料的高度有關。
⑤透氣性，如果物料顆粒很細時，物料透氣性變差，物料在倉內形成負壓，在料倉出口處易產生起拱現象。
（2）錐鬥的影響
①錐鬥的傾角的影響。錐鬥的傾角較大時，料流的速度較快，流動的形態主要是整體流或整體流與漏鬥流的混合狀態。錐鬥的傾角較小時，料倉流出的速度也較慢，尤其是靠近倉壁處速度可能為零，形成漏鬥流。
②錐鬥出料口的影響。出料口越小，料倉下部接近料鬥處起拱越嚴重，料倉的流速也越小，並有可能產生起拱現象。
③錐鬥出口的形狀的影響。錐鬥出口的形狀也是影響物料流動性的一個因素，圓形的出口比長方形出口更容易起拱。
4．料倉的設計與選型
料倉設計主要參照NBT47003.2-2009《固體料倉》、《貯倉結構設計手冊》、JB/T4735-1997《鋼製焊接常壓容器》及SH3078-1996《立式圓筒形鋼製和鋁製料倉設計規範》等標準。
設計中，料倉的流動性是機械化堆肥系統中最優先考慮因素。為實現物料流均勻地從倉口排出，儘量避免漏鬥流和起拱現象的發生，我們可以從下列幾方面加以考慮：
（1）料倉下部結構要採用合理的角度。一是錐鬥角度：為確保倉內物料排空，錐鬥角度應儘量大，以保證倉內流態為整體流；但這樣會影響料倉的有效容積，因此應根據是承載物料實際情況合理確定錐鬥角度。二是倉壁角度：傳統料倉倉壁與地面成90度角，為防止形成管鬥現象，倉壁與地面夾角可略小於90度（如下圖所示）。
圖4.1料倉倉壁角度示意圖
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