污泥机械化堆肥工程中料仓与贮存系统

摘要：堆肥是以多种固体物料混和物为介质的生物反应过程，并且物料来源非连续，甚至部分物料来源存在季节性，因此合理设置贮存系统，可以保障整个工艺系统运行的稳定性，并且可以降低运行成本。传统堆肥工程对于贮存系统的考虑较为粗放，常采用堆场、堆棚等设施。在机械化堆肥系统中，贮存系统主要指用来存放散状物料的料仓系统。以污泥为目标介质，阐述了料仓分类、料仓的流动性及影响因素、料仓的设计与选型、起拱现象的防范措施，最后给出在污泥机械化堆肥系统中应用料仓系统应注意的六个问题。

0．前言

完全意义上的机械化堆肥工程要求全部工艺过程由机械设备自主完成，这对于臭气污染控制和操作人员的职业健康安全十分重要。实现上述目标需要三道工序和八个目的不同但相互关联的机械子系统配合完成，工序包括：受料、混料、好氧发酵；子系统包括：混料系统、翻堆与转仓系统、进出仓系统、曝气系统、除臭系统、物料输送系统、计量系统、贮存系统。上述工序与子系统关系如下图所示。

图0.1 全机械化堆肥流程子系统与工序对应关系图

贮存系统是除好氧发酵工序外，物料堆置储存设备、设施的统称。堆肥是以多种固体物料混和物为介质的生物反应过程，并且物料来源非连续，甚至部分物料来源存在季节性，因此合理设置贮存系统，可以保障整个工艺系统运行的稳定性，并且可以降低运行成本。

传统堆肥工程对于贮存系统的考虑较为粗放，常采用堆场、堆棚等设施，且必须以装载机等工程机械与车辆配合方能实现物料的进出；也有部分项目采用封闭车间作为贮存设施，但总体上无法摆脱有人操作和作业环境恶劣的窘境，并且存在爆燃隐患。

1．机械化堆肥工程贮存系统概述

在机械化堆肥系统中，贮存系统主要指用来存放散状物料的料仓系统，在生产线中主要起中转储存、缓冲处理量和均衡作业等作用。以污泥堆肥项目为例：上述散料一般指脱水污泥（含水率75%～85%）、熟料（堆肥产物，含水率30%～50%）、干料（秸秆、花生壳或蘑菇渣等，含水率10%～30%）以及由它们按比例搅拌形成的待发酵混合物（含水率50%～60%）等；根据承载物料不同，料仓一般可分为污泥料仓、熟料料仓、干料料仓等；根据工序位置不同，料仓可分为受料料仓、配料料仓、贮存料仓；需要指出的是，在生产线外，对于季节性物料（如秸秆、稻壳等）和特殊物料（如事故污泥等），传统堆场、堆棚在机械化堆肥项目中仍有应用空间，相对于贮存料仓具有经济、灵活、贮存量大等优势。

图1.1污泥机械化堆肥系统贮存子系统流程示意图

2．料仓分类

机械化堆肥系统生产线包括受料、混（配）料、布料、好氧发酵、出料等连续运行的直接生产系统，若想实现生产线全机械化，贮存系统目前的最佳选择就是料仓。料仓一般包括由壳体、进料、卸料、控制、计量、分配和除尘等设备组成，存放容易起拱的物料时还需要破拱装置，存放易燃物料的则需要防火防爆装置。

机械化堆肥系统中的料仓基本都属于固体料仓（注：污泥属于半固体，性质介于固液之间。），固体料仓是储存固体松散物料的容器，它区别于储存气体、液体的容器：气体充满于容器内，以自身压力对整个容器壁产生均匀作用力；液体盛装在容器里，液柱静压对液面以下不同高度的壁面产生不同的作用力。松散的固体物料盛装在容器里，对物料面以下的容器壁，产生垂直压力、水平压力、在物料流动的情况下对壁面还产生摩擦力。所以设计固体料仓时除要考虑容器的共性外还要考虑到它的特殊性。

料仓按平面形状可分为矩形仓（包括方仓）、圆仓等；这些不同平面形状的料仓即可独立布置，又可或组合成单列仓和多列群仓。按其结构计算方法可分浅仓与深仓两大类，当仓壁计算高度与圆形筒仓内径或矩形筒仓短边之比大于或等于1.5时为深仓，小于1.5时未浅仓；深仓多用于贮存物料（如脱水污泥、干料等），浅仓一般用于卸料、受料、配料与给料等中间工序。按壳体材料可分为钢筋混凝土仓、金属仓与砌体仓。料仓按照底部形式可分为锥底料仓和平底料仓。传统料仓一般为锥底料仓，随着卸料滑架技术的产生和发展，平底料仓的使用越来越多。

上左图：烟台莱山污水厂污泥堆肥项目干料料仓（钢质圆形锥底）

上右图：郑州八岗污泥处理厂熟料/辅料料仓（钢质矩形锥底）与污泥料仓（混凝土矩形锥底）

下左图：沈阳城市污泥处理项目料仓组（钢质矩形平底带滑架）

下右图：唐山城市污泥处理项目料仓组（钢质矩形锥底/平底带滑架）

图2.1国内污泥堆肥代表项目料仓应用现场图

3．料仓的流动性及影响因素

正常情况下物料在料仓内部靠自重从卸料口卸出，但堆肥物料性状复杂，在料仓中经常遇到物料流动不稳定的问题。实践中发现，部分料仓排料不畅，易出现起拱堵塞现象；有的形成管斗，料仓中大部分料无法排出，致使有效容积降低。根据散装固体物料在料仓内的流动特性，可将料仓内的物流流态分为三种类型：

（1）漏斗流

漏斗流料仓卸料时，沿仓壁有部分物料静止不流动，其特点是：①先进后出的流动顺序。因为仓壁附近的物料在摩擦力的作用下不易流动，所以先进仓的物料有可能后出来。②可能产生管斗。由于出现漏斗流，如果物料有足够的黏性，仓壁附近的物料可能无法依靠自身重力自主流出，形成所谓管斗，要到停产时人工清仓方能清除。③不均衡流动。漏斗流料仓中，四周的物料是靠超过物体本身的休止角而塌落下来的，因此卸料不均衡，此外塌落料的冲击力会进一步压实料仓出料口的物料并产生起拱现象。④涌流。如果所储存的物料粒度极小，塌落时会气化，其流动性能接近流体，从料仓出口涌出。⑤分层。由于漏斗流料仓卸料时中部和四周物料不规则分层交替流出，此时投料将使上述分层问题加剧。

（2）整体流

整体流料仓卸料时，料仓中所有物料同时流动。其特点是：①料仓壁陡且光滑。②先进先出的流动顺序。先卸出的物料是先放入料仓的物料。③卸料时，物料从侧壁和中部一道卸出，使物料再混合，可使料仓投料时产生的分层现象得到减轻。④由于物料流经料仓时所受到的压实程度相同，所以出口处物料的容重和流动速率几乎恒定。

（3）扩散流

扩散流料仓是将整体流料仓的一些优点和漏斗流料仓的经济性结合在一起。在底部是整体流料仓，将整体流扩展到上部漏斗流区域中，以克服漏斗流料仓形成管斗的趋势。

影响料仓流动性的主要因素有：

（1）散装固体物料的性质是影响料仓流动性的最主要因素，具体包括：

①稳定流动时物料内部的摩擦力大小。通常黏性大的物料就容易形成起拱、管斗，例如在相同粒径条件下蘑菇渣的黏性大于稻壳。

②散状固体物料开始滑动时的内部摩擦情况。

③散状固体与仓壁材料的摩擦系数。

④压实性，与料仓内储存物料的高度有关。

⑤透气性，如果物料颗粒很细时，物料透气性变差，物料在仓内形成负压，在料仓出口处易产生起拱现象。

（2）锥斗的影响

①锥斗的倾角的影响。锥斗的倾角较大时，料流的速度较快，流动的形态主要是整体流或整体流与漏斗流的混合状态。锥斗的倾角较小时，料仓流出的速度也较慢，尤其是靠近仓壁处速度可能为零，形成漏斗流。

②锥斗出料口的影响。出料口越小，料仓下部接近料斗处起拱越严重，料仓的流速也越小，并有可能产生起拱现象。

③锥斗出口的形状的影响。锥斗出口的形状也是影响物料流动性的一个因素，圆形的出口比长方形出口更容易起拱。

4．料仓的设计与选型

料仓设计主要参照NBT47003.2-2009《固体料仓》、《贮仓结构设计手册》、JB/T4735-1997《钢制焊接常压容器》及SH3078-1996《立式圆筒形钢制和铝制料仓设计规范》等标准。

设计中，料仓的流动性是机械化堆肥系统中最优先考虑因素。为实现物料流均匀地从仓口排出，尽量避免漏斗流和起拱现象的发生，我们可以从下列几方面加以考虑：

（1）料仓下部结构要采用合理的角度。一是锥斗角度：为确保仓内物料排空，锥斗角度应尽量大，以保证仓内流态为整体流；但这样会影响料仓的有效容积，因此应根据是承载物料实际情况合理确定锥斗角度。二是仓壁角度：传统料仓仓壁与地面成90度角，为防止形成管斗现象，仓壁与地面夹角可略小于90度（如下图所示）。

图4.1料仓仓壁角度示意图