固废处置课程综合计算书Word格式.docx

1、2. 改进方案计算书172.1 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172.1.1 水预热单元计算172.1.2. UASB 消化单元计算192.1.3. 脱水单元计算202.1.4 焚烧单元计算202.1.5 闪蒸单元回流蒸汽计算212.1.6 改进方案计算结果汇总222.2 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232.2.1 水预热单元计算232.2.2. CSTR 消化单元计算252.2.3. 脱水单元计算262.2.4 焚烧单元计算262.2.5 闪蒸单元回流蒸汽计算282.2.6 路线 1 计算结果汇总283.总结294.小组分工

2、291 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-x t/d,VS（l）=5.2+x t/d, VS（s）=7.8 t/d Ash=7 t/d回流消化液35,0

3、.1MPa,qr=30（t/d） VSr（l）=x（t/d）原 污 泥 20，0.1MPa，q0=100（t/d） W=80 t/d,TS=20 t/d, VS=13 t/d, Ash=7 t/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

4、常压下水被加热至 1MPa、180、水蒸气的中间过程，如下图所示：100，0.1MPa180，1.0MPaH2O（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 + cp DV + cv Dp ，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2cp,H O,1.0 MPa = 4.3 kJ / kg ，因此过程（2）的焓变为：4.31000 （180 -1

5、00） = 344000 kJ过程（3）为相变过程，查表得水在 1MPa 压强下的相变潜热为DL1.0 MPa = 2014.8 kJ / kg ，因此过程（3）的焓变为： 2014.8 = 2014800 kJ 。综上，由初始状态转换至末态的总焓变为： 344000 + 2014800 = 2358800 kJ 。原污泥自 20加热至 100所需热量：Q1 = q0cp Dt = 80 4.2 （100 - 20） = 26880000 kJ 。回流滤液自 35加热至 100所需热量：Q2 = qrcp Dt = 30 （100 - 35） = 8190000 kJ 。两者吸热总量由高温蒸汽

6、提供，由于每吨锅炉蒸汽转变为 100，0.1MPa 的液态水可释放 2358800 kJ 热量，因此所需锅炉蒸汽：qB = （Q1 + Q2 ） / DH = （26880000 + 8190000） / 2358800 = 14.87 t / 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 = 144.87 t / d 。设回流滤液中溶解性 VS 为VSr （l） = x t / d ，则水热污泥中各组分流量分别为：水： 0.8q0 + 30 -VSr （l） +14.87 = 80 + 30 -VSr （l） +1

7、4.87 = （124.87 - x） t / d ；灰分： （1- 65%）0.2q0 = 7 t / d ；溶解性 VS：VS （l） = 40% 65% 0.2q0 + VSr （l） = （5.2 + x） t / d ；非溶解性 VS：VS （s） = （1- 40%） 0.2q0 = 7.8 t / 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 y t/d，则脱水泥饼流量为：（7 + 7.8+y） / 0.6 = （24.67 + 5 y） t / d ；3其中，各组分质量流量如下：灰分：7 t/d

8、；非溶解性 VS：7.8 t/d； y t / d ；水： （9.87 + 2 y） t / d ；流入 UASB 反应器的物质有： （115 - x - 2 y） t / d ；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 - 0.2 y） t / d ；整个过程的物料平衡图如图 1-4 所示。固态成分：VS（s）=7.8 t/dVS（l）=y t/d,Ash=7 t/d液态成分：W=9.87+2y/3 t/d（40%质量比）脱水单元含VS废水W=115-

9、x-2y/3 t/d, VS（l）=5.2+x-y t/d,UASB消化反应器（VS去除率80%）W=115-x-2y/3 t/d, VS（l）=1.04+0.2x-0.2y t/d180, 0.1MPa, q0=148.87（t/d） W=124.87-x t/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：y9.87 + 2 y5.2 + x=，124.87 - x由于浓度平衡，有：1.04 + 0.2x - 0.2 y（115 - x - 2 y） + （1.04 + 0.2x - 0.2 y）解得： x = 0.261, y = 0.446 。 30 =

10、 x从而有脱水泥饼流量为 25.41 t/d， 其中灰分 7 t/d，非溶解性 VS7.8 t/d，溶解性VS0.446 t/d，水质量流量 10.164 t/d。UASB 反应器上清液出水中，水质量流量 114.45 t/d，溶解性 VS 1.00 t/d，出水浓度8.74 kgVS/m3 。转化 VS 质量流量：4.012 t/d，排放废液质量流量为 85.45 t/d。1.1.3 焚烧单元计算UASB 转化溶解性 VS 质量流量为：4.012 t/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：4.01

11、2 1.5 0.7 = 4212.6 Nm3 / 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 9460 kcal/kg，因此沼气可提供的总热量为：GQ = 0.5 4212.6 9460 4.18 = 8.33107 kJ 。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%）= 7.37 t / d 。因此，焚烧后剩余 VS 0.37 t/d。污泥热值为 4600 kcal/kg-VS，因此污泥提供的总供热量为：QVSQ= （8.25 - 0.37） 4600 4.18 = 15.15107 kJ 。由于脱水泥饼在燃烧过程中水

12、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 = 58.00 t / d 。因此除去需供给水热单元 14.87 t/d 蒸汽，该锅炉还可外供蒸汽 43.13 t/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+q t/d,100, 0.1MPa, W（l）=1