固废处置课程综合计算书Word格式.docx
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2.改进方案计算书 17
2.1改进方案一：
17
水预热处理—热交换—滤液厌氧消化—污泥脱水—泥饼焚烧—灰渣填埋 17
2.1.1水预热单元计算 17
2.1.2.UASB消化单元计算 19
2.1.3.脱水单元计算 20
2.1.4焚烧单元计算 20
2.1.5闪蒸单元回流蒸汽计算 21
2.1.6改进方案计算结果汇总 22
2.2改进方案二：
23
水预热处理—滤液厌氧消化—脱水—泥饼焚烧—灰渣填埋 23
2.2.1水预热单元计算 23
2.2.2.CSTR消化单元计算 25
2.2.3.脱水单元计算 26
2.2.4焚烧单元计算 26
2.2.5闪蒸单元回流蒸汽计算 28
2.2.6路线1计算结果汇总 28
3.总结 29
4.小组分工 29
1技术路线计算书
1.1水预热处理—脱水—滤液厌氧消化—泥饼焚烧—灰渣填埋
沼气
供气锅炉
脱水泥饼
锅炉蒸汽
原污泥
浆化单元
水热单元
闪蒸单元
污泥脱水
UASB消化
回流蒸汽
回流部分消化液
灰渣填埋
消化液外排
图1技术路线1流程图
1.1.1水预热单元计算
首先，将浆化单元、水热单元、闪蒸单元三者视作一整体（即水预热单元）进行进出料分析，结果如图1-2所示。
180℃，1.0MPa，qB（t/d）H2O（g）
水热污泥
100℃,0.1MPa,q0=130+qB（t/d）
水预热单元
W=110+qB-xt/d,
VS（l）=5.2+xt/d,VS（s）=7.8t/dAsh=7t/d
回流消化液
35℃,0.1MPa,qr=30（t/d）VSr（l）=x（t/d）
原污泥20℃，0.1MPa，q0=100（t/d）W=80t/d,
TS=20t/d,VS=13t/d,Ash=7t/d
图2水预热单元进出物料平衡图
水热单元内部的状态如下：
由锅炉提供的蒸汽通过蒸汽管道进入水热单元内部，
通过汽-水热量交换加热污泥和回流消化液达到180℃、1.0MPa的状态，再经闪蒸单元，变为0.1MPa下的饱和水蒸汽和液态水。
假定UASB回流滤液比热容与水的比热容近似（忽略溶解性和非溶解性固体的比热容，认为其远小于水的比热容）。
根据物理化学中可逆热准静态过程的方法，可以得到1吨常温常压下水被加热至1MPa、180℃、水蒸气的中间过程，如下图所示：
100℃，0.1MPa
180℃，1.0MPa
H2O（l）
H2O（g）
（1）
（3）
100℃，1.0MPa
（2）
图3假想准静态热力学过程
以1吨水为基准。
过程
（1）不发生相变、温度和体积变化，因此根据焓变公式：
DH=DU+DpV=DU+cpDV+cvDp，
等式前两项为零，又由于液体的定容比热容cv»
0，因此过程
（1）总焓变为0。
过程
（2）为等压过程，查得100℃至180℃水的近似定压比热容为
2
cp,HO,1.0MPa=4.3kJ/kg×
℃，因此过程
（2）的焓变为：
4.3´
1000´
（180-100）=344000kJ
过程（3）为相变过程，查表得水在1MPa压强下的相变潜热为
DL1.0MPa=2014.8kJ/kg，
因此过程（3）的焓变为：
2014.8=2014800kJ。
综上，由初始状态转换至末态的总焓变为：
344000+2014800=2358800kJ。
原污泥自20℃加热至100℃所需热量：
Q1=q0cpDt=80´
4.2´
（100-20）=26880000kJ。
回流滤液自35℃加热至100℃所需热量：
Q2=qrcpDt=30´
（100-35）=8190000kJ。
两者吸热总量由高温蒸汽提供，由于每吨锅炉蒸汽转变为100℃，0.1MPa的液态水可释放2358800kJ热量，因此所需锅炉蒸汽：
qB=（Q1+Q2）/DH=（26880000+8190000）/2358800=14.87t/d。
1.1.2脱水单元计算
自闪蒸单元流出的水热污泥流量为：
q0+qr+qB=100+30+14.87=144.87t/d。
设回流滤液中溶解性VS为VSr（l）=xt/d，则水热污泥中各组分流量分别为：
①水：
0.8q0+30-VSr（l）+14.87=80+30-VSr（l）+14.87=（124.87-x）t/d；
②灰分：
（1-65%）0.2q0=7t/d；
③溶解性VS：
VS（l）=40%´
65%´
0.2q0+VSr（l）=（5.2+x）t/d；
④非溶解性VS：
VS（s）=（1-40%）´
0.2q0=7.8t/d。
水热污泥经过脱水后其含水率降至40%，因此含固率为60%。
其固体成分为灰分和非溶解性固体。
设水中溶解的VS的质量为yt/d，则脱水泥饼流量为：
（7+7.8+y）/0.6=（24.67+5y）t/d；
3
其中，各组分质量流量如下：
①灰分：
7t/d；
②非溶解性VS：
7.8t/d；
yt/d；
④水：
（9.87+2y）t/d；
流入UASB反应器的物质有：
（115-x-2y）t/d；
②溶解性VS：
（5.2+x-y）t/d；
UASB反应器对上清液VS的转化率为80%，则经过UASB处理后，流出反应器的组分为：
（1.04+0.2x-0.2y）t/d；
整个过程的物料平衡图如图1-4所示。
固态成分：
VS（s）=7.8t/d
VS（l）=yt/d,
Ash=7t/d
液态成分：
W=9.87+2y/3t/d
（40%质量比）
脱水单元
含VS废水
W=115-x-2y/3t/d,VS（l）=5.2+x-yt/d,
UASB消化反应器
（VS去除率80%）
W=115-x-2y/3t/d,VS（l）=1.04+0.2x-0.2yt/d
180℃,0.1MPa,q0=148.87（t/d）W=124.87-xt/d,
图4脱水-UASB单元物料平衡图
由于脱水单元不改变液体的浓度，因此有：
y
9.87+2y
5.2+x
= ，
124.87-x
由于浓度平衡，有：
1.04+0.2x-0.2y
（115-x-2y）+（1.04+0.2x-0.2y）
解得：
x=0.261,y=0.446。
´
30=x
从而有脱水泥饼流量为25.41t/d，其中灰分7t/d，非溶解性VS7.8t/d，溶解性VS0.446t/d，水质量流量10.164t/d。
UASB反应器上清液出水中，水质量流量114.45t/d，溶解性VS1.00t/d，出水浓度
8.74kgVS/m3。
转化VS质量流量：
4.012t/d，排放废液质量流量为85.45t/d。
1.1.3焚烧单元计算
UASB转化溶解性VS质量流量为：
4.012t/d。
由于1gVS=1.5gCOD，1kgCOD可生成沼气0.7标方（甲烷约占50%），因此UASB
反应器产生沼气量为：
4.012´
1.5´
0.7=4212.6Nm3/d。
在外部不提供燃气的情况下，锅炉利用沼气和污泥挥发性固体作为燃料。
甲烷热值为9460kcal/kg，因此沼气可提供的总热量为：
G
Q=0.5´
4212.6´
9460´
4.18=8.33´
107kJ。
脱水泥饼经锅炉燃烧后灰渣的热灼减率为5%，因此灰渣流量：
7/（1-5%）=7.37t/d。
因此，焚烧后剩余VS0.37t/d。
污泥热值为4600kcal/kg-VS，因此污泥提供的总供热量为：
QVS
Q
=（8.25-0.37）´
4600´
4.18=15.15´
107kJ。
由于脱水泥饼在燃烧过程中水分蒸发成为水蒸气，因此这部分水吸热为：
=10.164´
（4.2´
80+2257.6）=2.64´
W,VS
因此污泥和沼气富余供热量为：
Q=（8.33+15.15-2.64）´
107=20.84´
1吨水自0.1MPa，20℃加热至180℃,1MPa的水蒸气的过程中需吸热：
Q=1000´
[4.2´
（100-20）+4.3´
80+2014.8]=0.2695´
假设富余热量被用以将0.1MPa，20℃液态水加热至180℃,1MPa的水蒸气，加热效率为75%，则总共可加热水的质量为：
q=20.84´
0.75¸
0.2695=58.00t/d。
因此除去需供给水热单元14.87t/d蒸汽，该锅炉还可外供蒸汽43.13t/d，且不需外部燃气。
1.1.4闪蒸单元回流蒸汽计算
闪蒸单元的物料平衡图如图1-5所示。
100℃，0.1MPa，q（t/d）H2O（g）
180℃，1.0MPa，W（l）=124.61+qt/d,
100℃,0.1MPa,W（l）=1
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