污泥消化計算參考(1)

1、<p>　　第十節(jié) 消化池容積計算</p><p>　　泥量計算：V=m3/d</p><p>　?、畔赜行莘e的計算</p><p><b>　?、?根據(jù)污泥齡計算</b></p><p>　　V=Qvc

2、 式（2.39）</p><p>　　式中 V———消化池容積，m3；</p><p>　　Q———污泥量，m3/d；</p><p>　　vc———污泥齡，d，采用經(jīng)驗數(shù)據(jù)。取vc=20d.</p><p>　　V=Qvc=906×20=18120（m3）</p><p>

3、;<b>　?、诔伢w設(shè)計 </b></p><p>　　采用中溫兩級消化，容積比一級∶二級=2∶1，則一級消化池容積為12080m3，用2座，單池容積為 6040m3。二級消化池容積為 6040m3，用1座。</p><p>　?、?圓柱形消化池幾何尺寸。一級、二級消化池采用相同的池形。</p><p>　　圖2.15 計算簡圖<

4、/p><p>　　消化池直徑D采用30m，集氣罩直徑d3=4m，高h4=3.0m，池底錐底直徑d2=2m，錐角采用20。</p><p>　　故h2=h3=（30-2）/2 ×tan=6.0 m</p><p>　　消化池柱體高度h1>D/2=15m,取16m</p><p><b>　　消化池各部分容積：</b&

5、gt;</p><p>　　集氣罩容積V4=×h4==25.13m3 式（2.40） </p><p>　　下錐體容積 V3=1/3（） 式（2.41）</p><p><b>　　=1/3×6.0×</b&

6、gt;</p><p>　　=1514.25m3</p><p>　　弓形部分容積，即V2=+4h22)=6446.55m3 式（2.42） </p><p>　　柱體容積V1==×302×16=11309.8m3 式（2.43

7、） </p><p>　　故消化池有效容積V= V1+V3=11309.8+1514.25=112824.05m3＞6040m3</p><p>　　消化池個部分表面積：</p><p>　　集氣罩表面積A4== 式（2.44）</p><p>　　池頂表面積A3=m2 式（

8、2.45） </p><p>　　池壁表面積：（地上部分）A2==m2 式（2.46）</p><p>　　(地下部分) A1=A2=753.9m2</p><p>　　池底表面積A0=m2 式（2.47）</p><p>　　故消化池總面積A=A0+A1+A2+A3+A4=882.5+753.9+753.9+

9、51.8+37.7=2179.8m2</p><p>　?、浦袦匚勰嘞到y(tǒng)熱平衡計算</p><p>　?、?消化系統(tǒng)耗熱量計算</p><p>　　消化系統(tǒng)總耗熱量經(jīng)常保持要求的溫度，保證消化過程順利進行。熱平衡計算包括消化系統(tǒng)耗熱量計算、消化池保溫設(shè)計、熱交換器的熱損失三部分。</p><p>　　加熱生污泥好熱量Q1，kcal/h&l

10、t;/p><p>　　Q1= 式（2.48）</p><p>　　式中 ———每日投入消化池的生污泥量，m3/d；</p><p>　　TD ———消化污泥溫度，℃；</p><p>　　TS ——— 生污泥溫度，℃。</p><p>　　已知每座一級消化池每日投配的生活

11、污泥，=60405%=302m3/d,</p><p>　　TD=35℃，污泥平均溫度為8℃，日平均最低溫度6.4℃，故</p><p>　　平均耗熱量 Q1==3.375×105 kcal/h</p><p>　　最大耗熱量 Q1max= kcal/h</p><p>　　消化池體熱損失Q2,kcal/h</p>&

12、lt;p>　　Q2=∑FK（TD-TA）×1.2 式（2.49）</p><p>　　式中　F———池蓋、池壁及池底的散熱面積，ｍ２；</p><p>　　TD———池外介質(zhì)的溫度，℃，池外介質(zhì)為大氣時，計算平均耗熱量，采</p><p>　　用年平均氣溫9.1°，計算最大耗熱量，采用冬季室外計算

13、溫度-9°；池外介質(zhì)為土壤時，采用全年平均溫度TB=13°冬季室外計算溫度4°；</p><p>　　K———池蓋、池體與池底的傳熱系數(shù)，kJ/（m2·h·℃）。</p><p>　　池蓋K≤0.7kcal/（m2·h·℃）</p><p>　　池壁K≤0.6 kcal/（m2·h

14、83;℃）（池外為大氣）</p><p>　　池底K≤0.45 kcal/（m2·h·℃）（池外為土壤）</p><p>　　池蓋的熱損失Q21，已知F=A3+A4=37.7+51.8=89.5m2，池外介質(zhì)為大氣，</p><p>　　平均氣溫為9.3℃，冬季室外計算氣溫為-9℃，故</p><p>　　平均耗熱量Q21

15、=89.5×0.7×（35-9.3）×1.2=1947.2 kcal/h</p><p>　　最大耗熱量Q21=89.5×0.7×[35-（-9）]×1.2=3307.9 kcal/h</p><p>　　池壁（地面以上）的熱損失Q22。若消化池池壁的1/2在地面以下，1/2在地面以上，則F=753.9m2</p>

16、<p>　　平均耗熱量Q22=753.9×0.6×（35-9.1）×1.2=14058.8kcal/h</p><p>　　最大耗熱量Q22=923.16×0.6×[35-（-9）]×1.2=23883.5kcal/h</p><p>　　池壁（地面以下）的熱損失Q23</p><p>　　因

17、F=753.9m2，池外介質(zhì)為土壤，故</p><p>　　平均耗熱量Q23=753.9×0.45×（35-13）×1.2=8956.3 kcal/h</p><p>　　最大耗熱量Q23=7539×0.45×(35-4)×1.2=17081.5kcal/h</p><p><b>　　池底熱損失

18、Q24</b></p><p>　　因 F=A2=882.5m2</p><p>　　故 平均耗熱量Q24=882.5×0.45×（35-13）×1.2=10484.1kcal/h</p><p>　　最大耗熱量Q24=882.5×0.45×(35-4)×1.2=14773.1kcal/h&

19、lt;/p><p>　　每座消化池的總熱量：</p><p>　　平均耗熱量Q2=90436.7 kcal/h</p><p>　　最大耗熱量Q2max=98453.7kcal/h</p><p>　　輸泥管道與熱交換器的好熱量Q3</p><p>　　輸泥管道與熱交換器的耗熱量可簡化計算取前兩項熱損耗和的5%—15%。&

20、lt;/p><p>　　即Q3=(0.05—0.15)（Q1+Q2），設(shè)計取10%。</p><p>　　Q3=0.1×（3.3×105+0.91×105）=0.421×105 kcal/h</p><p>　　Q3max=0.1×（3.7×105+0.99×105）=0.469×105 k

21、cal/h</p><p>　　每座消化池總耗熱量為：</p><p>　　QT =（Q1+Q2+Q3）=4.64×105 kcal/h</p><p>　　QTmax =（Q1max+Q2max+Q3max）=5.16×105 kcal/h</p><p>　　消化池系統(tǒng)總耗熱量=n×QT =2×4.

22、64×105=9.28×105kcal/h</p><p>　　Tmax= n×QTmax =2×5.16×105=10.32×105kcal/h</p><p>　　式中，n為一級消化池的個數(shù)。</p><p><b>　?、?消化池保溫設(shè)計</b></p><p

23、>　　為減少消化池內(nèi)熱量損失，節(jié)約能耗，在消化池體外側(cè)應(yīng)設(shè)保溫結(jié)構(gòu)。由保溫層和保護層組成。保溫結(jié)構(gòu)的厚度可通過消化池池壁結(jié)構(gòu)低限熱阻進行計算。即使消化池池壁結(jié)構(gòu)的總熱阻R0≥。</p><p>　　保溫材料厚度 式（2.50）</p><p>　　式中 ———保溫材料的熱導(dǎo)率，kcal/（m2·h·℃

24、），由計算手冊附錄表十一查得</p><p>　　———池壁結(jié)構(gòu)低限熱阻，（m2·h·℃）/kcal。</p><p>　　= 式（2.51）</p><p>　　式中 ———冬季池壁結(jié)構(gòu)允許溫差，℃，一般=7-10℃</p><p>　　Rn——— 池壁結(jié)構(gòu)熱阻，

25、m2·h·℃/kcal，對消化池蓋內(nèi)表面</p><p><b>　　Rn=0.133；</b></p><p>　　K——— 溫度修正系數(shù)，對消化池蓋k=1；</p><p>　　A———保溫材料變形和池壁結(jié)構(gòu)熱惰性系數(shù)，對壓縮的保溫材料A=1.2，熱惰性指標D0≤3材料A=1.1，其他材料A=1。</p>

26、<p>　　對于多層保溫結(jié)構(gòu) D0=RiSi 式（2.52） </p><p>　　式中 Ri———某一層材料的熱阻，m2·h·℃/kcal；</p><p>　　Si———某一層材料的蓄熱系數(shù)，kcal/ （m2·h·℃）；

27、</p><p><b>　　=Rn+</b></p><p>　　式中 ———池壁結(jié)構(gòu)中除掉保溫材料外的總熱阻，m2·h·℃/kcal；</p><p>　　Rw———池壁結(jié)構(gòu)外表面熱阻，m2·h·℃/kcal，取Rw=0.05。</p><p><b>　　式（2

28、.53）</b></p><p>　　———除保溫材料外各層池壁結(jié)構(gòu)厚度，m </p><p>　　———除保溫材料外各層池壁結(jié)構(gòu)熱導(dǎo)率，kcal/ （m2·h·℃）；</p><p>　　采用上述計算方法 較為復(fù)雜，為簡化計算對于固定蓋式消化池，池體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土?xí)r，各部保溫材料厚度。</p>

29、<p>　　= 式（2.53）</p><p>　　式中 ———消化池各部鋼筋混凝土的熱導(dǎo)率，kcal/ （m2·h·℃）；</p><p>　　———保溫材料的熱導(dǎo)率，kcal/ （m2·h·℃）；</p><p>　　R——— 各部分傳熱系數(shù)的允許值，kca

30、l/ （m2·h·℃）；</p><p>　　———消化池各部分結(jié)構(gòu)厚度，mm；</p><p><b>　　①.池頂蓋保溫。</b></p><p>　　確定參數(shù)。對于消化池頂蓋=7℃，Rn=0.133，Rw=0.05，k=1，假定池頂結(jié)構(gòu)熱惰性指標D0＜3，故取A=1.1。</p><p><

31、;b>　　計算低限熱阻</b></p><p>　　== 式（2.54）</p><p>　　設(shè)計保溫層厚度、計算各層材料的R、D0 。查附錄表可得： 鋼筋混凝土=1.33，S4=12.85</p><p>　　R4===0.0752，D04=0.0752×12.85=0.966</p><p>　　R2=，D0

32、2=0.025×8.65=0.216</p><p>　　防水層=0.15，S1=2.85</p><p>　　R1=，D01=0.067×2.85=0.191</p><p>　　由于 =Rn+=0.133+0.0752+0.025+0.067+0.05=0.35</p><p>　　消化池頂蓋保溫材料采用加氣混凝土，

33、=0.25，S3=3.2</p><p>　　0.25×（0.792-0.35）=0.111m，取=110mm。</p><p>　　則 R3=，D03=0.44×3.2=1.41</p><p>　　d.校核總的熱惰性指標</p><p>　　D0=D01+D02+D03+D04=0.191+0.216+1.41+

34、0.966=2.783＜3.0</p><p>　　與假定的D0值相符，保溫材料及選定厚度合理。</p><p>　　②.池壁（地面以上）保溫。消化池池壁采用聚氨酯泡沫塑料作為保溫材料，聚氨酯泡</p><p>　　沫塑料的熱導(dǎo)率=0.02kcal/（m·h·℃），鋼筋混凝土的熱導(dǎo)率=1.33 kcal/（m·h·℃）。采用簡

35、化計算公式。</p><p>　　池壁 ==27mm 式（2.55）</p><p>　　③.池壁（地面以下）、底低保溫。池底及地面以下池壁以土壤為保溫層，熱導(dǎo)率=1.0 kcal/（m·h·℃）。</p><p>　　==1620mm 式（2.56） </p><p>　　池壁在

36、地面以上的保溫材料延伸至地面以下1.2m，即凍土深度加0.5m。</p><p><b>　　⑷.熱交換器的計算</b></p><p>　　污泥加熱的方法有池內(nèi)加熱和池外加熱兩種。池內(nèi)加熱是用熱水或蒸汽直接通入消化池或通入設(shè)在消化池內(nèi)的盤管進行加熱，這種方法由于存在許多缺點，很少采用。目前最常用的方法是采用泥-水熱交換器池外加熱兼混合的方式。</p>

37、<p>　　熱交換器的計算包括熱交換器管長，熱源、消化污泥循環(huán)量計算。</p><p>　　①.污泥循環(huán)量的確定。設(shè)計采用一座消化池對應(yīng)一臺熱交換器，全天均勻投配。</p><p>　　每個消化池生污泥進入一級消化池前，與回流的一級消化污泥先混合再進入熱交換</p><p>　　器，生污泥與回流污泥的比為1∶2。</p><p>　

38、　回流的消化污泥量Qs2=12.5×2=25m3/h</p><p>　　污泥循環(huán)總量QS=QS1+Qs2=12.5+25=37.5m3/h</p><p>　　②.計算污泥出口溫度。已知生污泥日平均最低溫度為13℃。</p><p>　　生污泥與消化污泥混合后的污泥溫度：</p><p>　　℃

39、 式（2.57）</p><p>　　污泥出口溫度==27.67+℃</p><p>　?、?熱水循環(huán)量Qw 。熱交換器入口熱水溫度采用Tw=85℃，出水溫度=75℃，Tw-=85-75=10℃。</p><p><b>　　則熱水循環(huán)量為：</b></p><p>　　Qw=m3/h 式（2.58）&

40、lt;/p><p>　　④.熱交換器口徑確定。選用套管式泥-水熱交換器，內(nèi)管通污泥，管徑DN85mm，內(nèi)管外</p><p><b>　　徑D=94mm。</b></p><p>　　污泥在管內(nèi)流速m/s（在1.5—2.0m/s之間，合格）</p><p>　　外管管徑DN135mm，熱水在外管內(nèi)管間流速為：</p&g

41、t;<p>　　m/s（在1.0—1.5m/s之間，合格）。</p><p>　?、?熱交換器長度L。</p><p>　　由以上計算可知，=27.67-75=-47.33 ℃</p><p>　　=36.80-85=-48.20 ℃</p><p>　　℃ 式（2.59）</p>

42、<p>　　故熱交換器長度L= 式（2.60）</p><p>　　式中 D———內(nèi)管外徑，m；</p><p>　　K———傳熱系數(shù)，約為600kcal/（m·h·℃）。</p><p><b>　　故 L=m</b></p><p

43、>　　設(shè)每根熱交換器長5m，則共有根數(shù)為：</p><p>　　N=48.6/5=9.72根，取10根。</p><p>　　⑸.鍋爐容量計算 </p><p>　　設(shè)計選用常壓熱水鍋爐，鍋爐供熱水量Gw，kg/h。</p><p><b>　　式（2.61）</b></p><p>　

44、　式中 QT———總耗熱量，kcal/h；</p><p>　　T4———鍋爐內(nèi)熱水水溫，約90℃</p><p>　　——— 水比熱容，1.0kcal/（kg·℃）</p><p>　　——— 鍋爐的熱效率。</p><p>　　鍋爐供水溫度取T=5℃，熱效率80%，</p><p>　　則 Gw

45、==10082kg/h 式（2.62）</p><p>　?、?消化池污泥氣循環(huán)攪拌計算</p><p>　　消化池攪拌方法有多種，沼氣循環(huán)攪拌法、泵攪拌法、機械攪拌法及混合攪拌法等，</p><p>　　現(xiàn)代消化池最常用的是沼氣循環(huán)攪。沼氣經(jīng)壓縮機加壓后，通過消化池頂?shù)呐錃猸h(huán)管，</p><p>　

46、　由均布的豎管輸入，豎管的噴氣出口位置在消化池半徑的2/3處。</p><p>　?、?攪拌氣量 消化池攪拌氣量一般按5—7m3/（1000m3·min）計，設(shè)計取6 m3/（1000m3·min）。</p><p>　　每座消化池氣體用量q=636.24m3/min=0.61m3/s</p><p>　　②.干管、豎管管徑 循環(huán)攪拌系統(tǒng)干管

47、和配氣管流速一般為10—15m/s，豎管為5—7m/s。干管流速取v1=12m/s,干管管徑d1（m）為：</p><p>　　，取d1=300mm。</p><p>　　每座消化池設(shè)24條豎管，豎管流速v2=7m/s，豎管管徑d2（m）為：</p><p>　　=0.068，取d2=80mm。</p><p><b>　?、?豎管

48、長度</b></p><p>　　消化池有效深度17+20+2/2=20m</p><p>　　豎管插入污泥面以下的長度h=2/3=2/3×20=13.33m</p><p>　?、?壓縮機功率 通常一臺壓縮機對應(yīng)一座消化池。</p><p>　　所需壓縮機功率N為：</p><p><b

49、>　　N=VW</b></p><p>　　式中 N———沼氣壓縮機功率，W；</p><p>　　V———一級消化池容積，m3；</p><p>　　W———單位池容所需功率，一般取5—8W/m3。</p><p>　　設(shè)計取W=5W/m3，</p><p>　　則 N=VW=6040&

50、#215;5=38219.1W≈32kW</p><p>　　兩座6040m3一級消化池，需兩臺功率為32kW的壓縮機。</p><p>　?、?污泥消化池沼氣收集貯存系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　①.沼氣產(chǎn)量計算 污泥消化的產(chǎn)氣量主要與污泥中揮發(fā)性有機物的含量及各種有機</p><p>　　物的比率有關(guān)。查手冊得沼氣產(chǎn)量按10倍的污泥產(chǎn)

51、量考慮,則</p><p>　　沼氣產(chǎn)量=90610=9060m3/d</p><p>　　根據(jù) n----污泥投配率,5% 式（2.63）</p><p>　　=14.4m3氣/m3污泥 則沼氣產(chǎn)量=14.4m3/d</p><p>　　為安全,沼氣量取大值。 </p><p>

52、　　②.集氣管管徑的確定 污泥一級消化、二級消化產(chǎn)氣量分別是總氣量的80%、20%，故 一級消化產(chǎn)氣量=13046.4×80%=1043.72m3/d</p><p>　　每個消化池產(chǎn)氣量=1043.72/n=1043.72/2=5218.6 m3/d=0.06m3/s</p><p>　　式中，n為消化池的個數(shù)，座。</p><p>　　所以二級

53、消化產(chǎn)氣量=1043.72×20%=1449.6 m3/d=0.02 m3/s</p><p>　　由于一級消化池中設(shè)沼氣攪拌，攪拌氣量為0.4m3/s，故</p><p>　　一級消化池集氣管的集氣量q1=0.4+0.06=0.46 m3/s</p><p>　　二級消化池集氣管的集氣量q2=0.04 m3/s</p><p>　

54、　集氣管內(nèi)平均流速以5m/s計，最大不超過7—8m/s，故</p><p>　　集氣管管徑d1=m，取集氣管d1=400mm</p><p>　　d2=m，取沼氣管最小管徑d2=100mm。</p><p>　　按最大產(chǎn)氣量進行校核，最大產(chǎn)氣量為平均日產(chǎn)氣量的1.5—3.0倍，取2.2倍。</p><p>　　m/s（符合要求）

55、 式（2.64）</p><p>　　6.13 m/s（符合要求）</p><p>　?、?貯氣柜容積計算 </p><p>　　沼氣貯柜的容積應(yīng)按產(chǎn)氣量與用氣量的時變化曲線來確定，當(dāng)無</p><p>　　資料時，按平均熱產(chǎn)氣量的25%—40%，即6—10h的平均產(chǎn)氣量計算。大型污水處理廠取小值，故</p><p&