污泥干化热平衡计算

作者: laokou 分类: 水处理 发布时间: 2021-01-22 13:36

1  总则

1.1 目的

提供了两类污泥干燥器的质量、热量衡算计算方法。

1.2 范围

1.2.1  该计算方法仅限于单纯的对流干燥和传导干燥,不适用于两种干燥方式并存的干燥器。

1.2.2            a) 本导则适用于石油化工企业污泥干化处理新建、改建和扩建工程;

  1. b) 本导则适用于可行性研究、总体设计、基础设计、详细设计的污泥干化处理工程;

c) 性质相近的其它污泥干化处理工程可参照本导则执行。

 

2  术语与定义

2.1 污泥干化

污泥干化是利用热能将污泥中水分快速蒸发的一种工艺。

2.2 工质

热能的来源,一般有3种:高温导热油、饱和蒸汽、热烟气。

2.3 传导干燥

热能通过传热壁面以传导方式加热物料。

2.4 对流干燥

干燥介质直接与湿物料接触,热能以对流方式加入物料。

2.5 空气的绝度湿度

单位质量干空气中所含水汽的数量,单位为kg水汽/kg干空气,简称湿度或湿含量。

2.6 空气的相对湿度

空气中水汽分压与同温度下水的饱和蒸汽压之比。

3  对流干燥器质量、热量衡算

在对流干燥内,干燥介质直接与湿物料接触,热能以对流方式加进物料,物料中的水分气化,与干燥介质一同排出干燥器内。最常使用的干燥介质是空气,除空气外,烟道气或其他惰性气体也可以作为干燥介质。本节将以空气作为干燥介质,湿污泥作为被干燥物进行质量和热量衡算,以求得蒸发水量,空气用量和干燥所需热量。图1为对流干燥器质量、热量衡算示意图。

G —— 进干燥器污泥量,kg/h 输入条件
φ1、φ2 —— 进出干燥器污泥含水率,% 输入条件
T1、T2 —— 进出干燥器污泥的温度,℃ 输入条件
t1、t2 —— 进出干燥器气体的温度,℃ 输入条件
φ1、φ2 —— 进出干燥器气体的相对湿度 ,% 输入条件
h1、h2 —— 进出干燥器气体的的湿度,kg水/kg干空气  
W —— 蒸发水量,kg/h  
L —— 进出干燥器干空气的流量,kg/h  
Q —— 干燥器需要补充的热量,kJ/h  
Q1、Q2 —— 进出干燥器污泥的热量,kJ/h  
Q3、Q4 —— 进出干燥器气体的热量,kJ/h  
Q5 —— 干燥过程中损失的热量,kJ/h  
r —— 水在0℃时的汽化潜热,kJ/kg (2492 kJ/kg)  常数
ca —— 干空气的比热,kJ/kg.K (1.01 kJ/kg.K)  常数
cv —— 水汽的比热,kJ/kg.K(1.88 kJ/kg.K)  常数
cw —— 水的比热,kJ/kg.K(4.18 kJ/kg.K)  常数
cs —— 干泥的比热,kJ/kg.K(1.17 kJ/kg.K) 常数
p(t) —— 温度为t条件下的饱和蒸汽压,atm 查附表1或

按附录1 计算

p0 —— 气相总压力,atm 输入条件

3.1质量衡算

3.1.1 蒸发水量W

进干燥器污泥中干固体

进干燥器污泥中水分

出干燥器污泥中干固体与进干燥器相等

出干燥器污泥中水分

蒸发水量为                         W =       (3-1)

3.1.2 干空气流量L

蒸发水量全部进入气相中,满足以下关系

W = (h2-h1)L

则进出干燥器干空气的流量          L=W/( h2-h1)                            (3-2)

绝对湿度h与饱和蒸汽压p(t)、相对湿度φ的关系为

 

饱和蒸汽压p(t)可查附表1或根据附录1中所列公式计算得出。因此,在获得进出干燥器气体温度、相对湿度等数据后,可计算出所需干空气的量。

 

3.2热量衡算

3.2.1进干燥器污泥的热量Q1

污泥中干固体的热量           G(1-φ1)T1cs

污泥中水的热量               Gφ1T1cw

则                           Q1= G(1-φ1)T1cs+Gφ1T1cw                                  (3-3)

 

3.2.2出干燥器污泥的热量Q2

污泥中干固体的热量           G(1-φ1)T2cs

污泥中水的热量               Gφ2(1-φ1)T2cw/(1-φ2)

则                           Q2= G(1-φ1)T2cs+ Gφ2(1-φ1)T2cw/(1-φ2)        (3-4)

3.2.3进干燥器气体的热量Q3

气体中干空气的热量           Lt1ca

气体中水汽的热量             Lh1(cvt1+r)

则                           Q3= Lt1ca+Lh1(cvt1+r)                  (3-5)

 

3.2.4出干燥器气体的热量Q4

气体中干空气的热量           Lt2ca

气体中水汽的热量             Lh2(cvt2+r)

则                           Q4= Lt2ca+Lh2(cvt2+r)                  (3-6)

 

3.2.5干燥器需要补充的热量Q

根据热量平衡                Q+Q1+Q3=Q2+Q4+Q5

则干燥所需补充的热量        Q = Q2+Q4+Q5-Q1-Q3                                                          (3-7)

Q1、Q2、Q3、Q4可计算获得,

4  传导干燥器质量、热量衡算

在传导干燥内,热能通过传热壁面以传导方式加热物料,物料中的水分气化,与干燥介质一同排出干燥器内或由引风机强制排出。本节将以湿污泥作为被干燥物进行质量和热量衡算,气化的水分由引风机排出,没有干燥介质的引入,计算以求得蒸发水量和干燥所需热量。图2为传导干燥器质量、热量衡算示意图。

图中 G —— 进干燥器污泥量,kg/h 输入条件
  φ1、φ2 —— 进出干燥器污泥含水率,% 输入条件
  T1、T2 —— 进出干燥器污泥的温度,℃ 输入条件
  t —— 出干燥器气体的温度,℃ 输入条件
  W —— 蒸发水量,kg/h  
  h —— 二次蒸汽(温度为t的过热蒸汽)的焓,kJ/kg  
  Q —— 干燥器需要补充的热量,kJ/h  
  Q1、Q2 —— 进出干燥器污泥的热量,kJ/h  
  Q3 —— 进出干燥器气体的热量,kJ/h  
  Q4 —— 干燥过程中损失的热量,kJ/h  
  cw —— 水汽的比热,kJ/kg.K(1.88 kJ/kg.K)  常数
  cw —— 水的比热,kJ/kg.K(4.18 kJ/kg.K)  常数
  cs —— 干泥的比热,kJ/kg.K(1.17 kJ/kg.K) 常数
  p0 —— 干燥器内的压力 atm 输入条件
  t0 —— p0压力下蒸汽的饱和温度,℃ 查附表1
  h0 —— t0温度下饱和蒸汽的焓,kJ/kg 查附表2

4.1质量衡算

进干燥器污泥中干固体

进干燥器污泥中水分

出干燥器污泥中干固体与进干燥器相等

出干燥器污泥中水分

蒸发水量为                         W =       (4-1)

 

4.2热量衡算

4.2.1进干燥器污泥的热量Q1

污泥中干固体的热量           G(1-φ1)T1cs

污泥中水的热量               Gφ1T1cw

则                           Q1= G(1-φ1)T1cs+Gφ1T1cw                                  (4-2)

 

4.2.2出干燥器污泥的热量Q2

污泥中干固体的热量           G(1-φ1)T2cs

污泥中水的热量               Gφ2(1-φ1)T2cw/(1-φ2)

则                           Q2= G(1-φ1)T2cs+ Gφ2(1-φ1)T2cw/(1-φ2)        (4-3)

 

4.2.3出干燥器气体的热量Q3

Q3= Wh                                   (4-4)

其中                         h=h0+cv(t-t0)

根据干燥器内压力p0,可以查附表1得到该压力下蒸汽的饱和温度t0,查附表2得到该温度下饱和蒸汽的焓h0

 

4.2.4干燥器需要补充的热量Q

根据热量平衡                Q+Q1+Q4=Q2+Q3

则干燥所需补充的热量        Q = Q2+Q3-Q1-Q4                                                                           (4-5)

Q1、Q2、Q3可计算获得,

 

 

5  加热工质消耗量计算

最常见的加热工质是饱和蒸汽和导热油,以下分别计算两种工质的使用量。

5.1饱和蒸汽消耗量

饱和蒸汽经干燥器变为冷凝液,质量不变,热量减小,进出的热量差即为干燥器补充的热量Q。

F= Q/(H1-H2)

式中            F    饱和蒸汽的流量,    kg/h

Q    干燥器需要补充的热量,kJ/h

H1   饱和蒸汽的蒸汽焓, kJ/kg

H2   蒸汽冷凝液的液体焓,kJ/kg

H1和H2均可查附表2表获得。

5.2导热油循环量

导热油经干燥器温度降低,质量不变,进出的热量差即为干燥器补充的热量Q。

F= Q/C(T1-T2)

式中            F    导热油的流量,    kg/h

Q    干燥器需要补充的热量,kJ/h

T1   导热油进干燥器的温度, ℃

T2   导热油出干燥器的温度, ℃

C   导热油的比热, kJ/kg.K