好氧堆肥工艺强制通风设计计算

城市生活垃圾 好氧堆肥 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 强制通风MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1717181605952_1计算 褚莲清 Ξ 　杨卫英 Ξ 　陈全明 Ξ 　胡国华 Ξ 摘要 　通过对城市生活垃圾综合处理技术中好氧堆肥工艺的强制通风系统所需风量及管路 压力损失的分析 , 提出了风量和压力损失的计算方法 , 为选择风机提供依据。 关键词 　风量 　　风压 　　设计计算 Forced Air Supply Design Computation in Aerobic Compost Technology of MSW Comprehensive Treat2 ment. Chu Lianqing Ξ , Yang Weiying Ξ , Chen Quanming Ξ , Hu Guohua Ξ . China Academy of Engi2 neering Physics Shengong Environmental Protection Engineering Co. , Ltd. 621900 Mianyang Abstract 　Based on the analysis of wind volume and pipe pressure loss in the forced air supply sys2 tem employing aerobic compost technology of the MSW comprehensive treatment , this paper offers the method in wind volume and pipe pressure loss calculation , providing basis for blowers selection. Key words 　Wind volume 　　Wind pressure 　　Design computation 　　随着经济发展和人们生活水平的提高 , 城市 生活垃圾已成为影响环境生态系统的主要因素之 一 , 其污染的防治已成为各国关注的焦点。城市 生活垃圾综合处理技术是适合我国国情的处理工 艺技术 , 其中垃圾发酵大多采用间歇式静态好氧 堆肥工艺 , 通风供氧是好氧堆肥化生产的基本条 件之一。工程中采用较多的通风方法是强制通风 , 其目的除了供氧和去除水分外 , 还可使发酵系统 保持适宜的温度。强制通风的主要设备是鼓风机 (以下简称风机) , 如何确定风机的风量和风压 , 在通风系统的设计中至关重要。风机的额定流量 过低 , 风机即使长时间运行 , 仍不能满足发酵过 程中对氧的需要 , 呈缺氧状态 , 好氧微生物受抑 制 ; 并且 , 长时间吹风将堆体底部吹冷 , 底部温 度不能正常升高 , 即使不缺氧 , 中上层达到“无 害化”, 底部也难以达到“无害化”。风机的额定 风压过高 , 运转功率明显增高 , 运转费用随之增 高 , 垃圾处理工程应该用“运行成本”的观念来 设计。因此 , 对堆肥过程中所需风量和风压进行 正确设计 , 可为风机的选型提供可靠的依据。Ξ 1 　风机风量的计算 垃圾的好氧发酵是十分复杂的生化反应过程。 在反应过程的不同阶段 , 通风的作用也不同。微 生物发酵初期通风是提供氧气 ; 发酵中期起供氧、 散热冷却作用 , 冷却散热可通过装置向外排风时 带走水分来实现 , 进而控制堆体适宜温度 ; 发酵 后期通风的目的在于降低堆肥的含水率 , 通过增 加通风次数和延长通风时间来实现。故计算风机 的风量应从供氧通风和冷却通风两个方面来考虑。 1 . 1 　供氧所需的风量 在发酵周期中 , 微生物的种类、繁殖速度和 代谢快慢程度不同 , 耗氧速率也不一样 , 为了满 足发酵过程中最大需氧量 , 根据最大耗氧速率 RO2max ,求供氧所需的风量 Q [1 ] : Q f = RO2max abeV cd (1) 式中 　Q f —供氧所需的风量 ,m3/ min 　RO2max —发酵物料的最大耗氧速率 (通过氧 分析仪测得) ,mol 氧气 / (cm3 堆层 ·h) 　a — 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 状态下 ,1 mol 气体的体积 , a = 2214 L/ mol 　b —升与立方米的换算 , b = 10- 3 m3/ L 　c —标准状态下 , 空气中氧的体积百分含 量 , c = 0121 (一般为 20 %～ 21 % ,工程中取 21 %) 　d —小时与分钟的换算 , d = 60 min/ h 　e —立方米与立方厘米的换算 , e = 106 cm 3/ m3 　V —发酵物料的体积 , m3 ·021· 环境卫生工程 2001 年 9 月第 9 卷第 3 期 Ξ 中国工程物理研究院神工环保工程有限公司 , 621900 　四川绵阳 收稿日期 : 2000 —11 —23 代入 (1) 式可得 Q f = 17718 RO2max V (m3/ min) 1 . 2 　冷却通风所需风量 由热力学第一定律可知 , 在一个平衡的系统 中 , 能量的输入等于能量的输出。对于发酵的反 应过程也是如此 , 表 1 列出热量平衡项目[2 ] 。 表 1 　热量平衡表 热量输入 热量输出 堆肥过程生化反应产生的反应热 ( q ) 1 发酵物料升温吸热 qs 2 气体升温吸热 qa 3 水蒸发吸热 qw 4 装置热损失 qz 在实际工程运用中 , 当堆体温度升高到超过 适宜温度后 , 堆体才需要冷却通风 , 在此阶段可 视 qs = 0 ;另外发酵装置的保温性能较好 ,则装置 热损失 qz 可忽略不计 ,由热力学第一定律可得 : q = qa + qw (2) 1 . 211 含 1 mol 氧气的空气 (供氧通风) 进入发 酵装置 , 经微生物耗氧后 , 从装置中向外排放气 体所带走的热量 q1w , q1w 的计算公式如下 : q1w = Gwγ (3) Gw = B (273 + t1) A P 1 000 (273 + t0) 式中 　 Gw —从发酵装置中向外排放含 1 mol 氧 气的空气时带走的水分 , kg 　B —标准状态下 , 1 mol 气体的体积 , B = 2214 L/ mol 　A —标准状态下 , 含 1 mol 氧气的空气的 物质量 A = 1/ 0121 = 4178 mol 　 P —被排放气体所处的温度下的空气的饱 和水蒸气含量 , g/ dm3 　γ —被排放气体所处的温度下的空气的气 化潜热 , kJ / kg 　 t1 、t0 —气体出、入堆体时的温度 , ℃ 在工程或试验中 , 气体出、入堆体的温度 , t1 常取 60 ℃、t0 常取 20 ℃, 因此 P = 01128 g/ dm3 ,γ = 2 35816 kJ / kg[3 ] ,代入 (3) 式得 : q1w = 3617 kJ 1 . 212 　含 1 mol 氧气的空气 (供氧通风) 进入发 酵装置在升温过程中吸收的热量 q1a , q1a 的计算公 式如下 : q1a = Gair Ca ( t1 - to) (4) Gair = A M air 1 000 式中 　 Gair —含 1 mol 氧气的空气的质量 , kg 　 Ca —空气的平均比热 , 　　　　Ca = 11007 kJ / (kg·℃) [3 ] 　 M air —空气的平均分子量 , 　　　　M air = 28184 g/ mol 其它符号意义及取值与 (3) 式相同。 因此若 t1 = 60 ℃、t0 = 20 ℃时 ,代入 (4) 式 得 : q1a = 515 kJ 1 . 213 　供氧通风与冷却通风的关系 冷却通风与供氧通风完成的目的不同 , 但两 者所需的风量之间有一定的关系。 对于好氧微生物来说 , 每消耗 1 mol 氧气和 1 g 固体挥发物的生化反应产生的反应热为 : q1 = 44315 kJ [1 ] ; 由 q1w = 3617 kJ 和 q1a = 515 kJ 得 q1w + q1a = 4213 kJ ,与 q1 = 44315 kJ 比较 , 两者之间的倍数 约为 (44315/ 4212) 11。 因此要保持适宜的堆温 , 冷却所需的风量 Q冷 要以供氧通风所需的空气量 Q f 的一定倍数供 气 , 才能维持适宜的堆层温度。由表 1 中所列的 热量输出与热量输入的平衡关系及公式 (2) 得 : q = N q1w + N q1a (5) Q冷 = N Q f 式中 　 N —冷却风量是供氧风量的倍数 , N 为 6 倍 　　　　～15 倍 　 Q f —供氧所需的风量 , m3/ min 　 Q冷 —堆体冷却所需的风量 , m3/ min 从计算和工程运用中得出 , 用于冷却的风量 要远大于供氧的风量 , 因此选择风机只需考虑 : 冷却所需的通风量。 1 . 3 　风机的额定风量 在实际运用中 , 风机的额定风量通常由下式 来确定 : Q额 = K1 Q冷 (6) 式中 　 K1 —通风系数 ,系数 K1 通常取 111～112 [4 ] 　 Q额 —风机的额定风量 , m3/ min 　 Q冷 —堆体冷却所需的风量 , m3/ min 2 　风机风压的计算 计算风压从两个方面考虑 : 管路上的压力损 ·121·环境卫生工程 2001 年 9 月第 9 卷第 3 期 失 (包括直管段的管路损失、局部阻力损失) 、堆 体的压力降。 2 . 1 　管路上的压力损失 综合处理的发酵系统中 , 管路上的压力损失指 的是从鼓风机的出口到管路末端微孔管的压力损失 , 造成压力损失的原因有 : 在管道内具有一定流速的 气体与管道内壁的摩擦而引起压力损失和在管路上 由于弯头、阀门、管路的突然扩大和流量计等而造 成的局部阻力损失。其计算公式如下[5～6] : pg = pf + pk (7) pf = λρυ2 2 d pk = Σkυ2 2 式中 　 pg、pf 、pk —管路上总压力损失、直管段 的管路损失、局部压力损失 , Pa ; 　λ —摩擦系数 　υ—气体流速 , m/ s 　ρ —气体密度 , kg/ m3 　 d —管内径 , m 　Σk —局部阻力系数的和 摩擦系数λ取决于雷诺系数 Re , Re 的计算公 式如下[6 ] : Re = dρυ μ (8) 式中 　μ —气体粘度 , cp 其它符号意义同公式 (7) 。 摩擦系数λ的计算与管内壁与粗糙度有关。 在计算管路损失时 , 首先要确定管路中的气 体流速 , 主管上的气体流速通常经验值取 10 m/ s , 支管上的气体流速经验值常取 7 m/ s , 由上述 方法计算出风量 , 确定管径 , 然后根据上述公式 即可计算出管路的压力损失。 2 . 2 　气体通过堆体的压力降 气体在堆体中的流动远比气体流经管道时的 情况复杂得多。当气体通过堆料时 , 由于气体是 在垃圾颗粒间所形成的通道内流动 , 这些通道彼 此交错联通、极不规则 , 堆层横截面积上的不同 区域所形成的通道数目不等 , 各通道的几何形状 存在差异。影响堆层通道特性的因素与垃圾颗粒 度有关。颗粒的粒度越小 , 形成的通道数目越多 , 通道面积也就越小 , 颗粒度分布不均匀 , 形成的 通道就愈不规则。这些因素的影响 , 使得气体在 堆料中的流动不如在空管中流畅 , 在堆料的某些 地方往往会形成死角 , 在死角处的气体则处于静 止状态 , 有些地方又会形成湍流 , 而且由滞流转 向湍流时不像在空管中那样有明显的界线。 气体通过堆层的压力损失 , 其主要原因是由 于气体与垃圾颗粒表面间的摩擦 , 以及因通道截 面积的突然扩大或收缩和气体对颗粒的撞击而产 生的。在低流速时 , 压力损失主要是由于表面摩 擦而产生 , 在高流速时 (湍流) 时 , 因通道截面 突变引起的损失便起着重要的影响。 气体通过堆层的压力损失的计算公式如下[6 ] : Pp = 150 (1 - E) 2μυL E3 d3p + 1175(1 - E)ρυ2 L E3 dp (9) 式中 　 Pp —气体通过堆料的压力损失 , Pa 　 E —垃圾孔隙率 　υ—气体在堆料中的流速 , m/ s 　μ —气体平均粘度 , cp 　ρ —气体的平均密度 , kg/ m3 　L —堆料高度 , m 　 dp —垃圾颗粒平均直径 , mm 2 . 3 　风机的额定风压 风机额定风压的计算公式为 : P = K1 ( pg + Pp) (10) 式中 　 P —风机的额定风压 , Pa 　 Pg、Pp 、K1 的意义同前。 3 　小结 由计算的风机的额定风量和额定风压 , 即可 确定风机的型号。 在好氧堆肥工程的运行中 : 风机的风量在发酵 的中后期合适 , 在发酵初期风量偏大 , 为避免底部 难以升温的情况 , 可采用处于发酵中后期的其它发 酵装置引出的风 (含一定浓度的氧和热量) 引回处 于发酵前期的发酵装置内的方法 ; 但风机的风压略 有偏大 , 在工程运行初期是比较合理的。 参考文献 1 　李国学等. 固体废物堆肥化与有机复混肥生产 1 化学工艺出 版社 , 20001 2 　Haug R. 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