Оборудование для защиты гидросферы: обоснование, выбор, расчеты (стр. 8 )

Выход газа на 1 м3 загружаемого осадка и его состав при термофильном и мезофильном сбраживании для практических расчетов принимается одинаковым и определяется по формуле

Qг = у (100 - Pсм)(100 - З)/1000 р, (9.11)

y = a-nd, (9.12)

где у - распад беззольного вещества, а - предел сбраживания беззольного вещества загружаемого осадка, % (при отсутствии данных о химическом со­ставе осадка принимается: для сырого осадка 53, для избыточного активного ила 44 %); Рсм - влажность смеси, загружаемой в метатенк, %; р - плотность газа: р = 1 кг/м3; З - зольность сухого вещества осадка (при от­сутствии опытных данных принимается: для сырого осадка 27-30%, для активного ила 20-25 %).

Таблица 9.1

Метатенки

Типовой проект
Диаметр, м	12.5	15.0	17.5	20.0
Полезный объем, м3	1000	1600	2500	4000
Высота, м	Верхней конической части, hцВ	1.90	2.35	2.50	2.90
Цилиндрической части hц	6.50	7.30	8.60	10.6
Нижней конической части, hР	2.15	2.60	3.05	3.50
Горловины, hГ	1.0	1.4	1.5	1.5
Отметка уровня осадка, Z1	8.66	9.82	11.2	13.6
Компоновочные размеры	a	21	24	27	29
c	12	13	14	15
k	27	24	29	30
m	27	28	29	30
n	25	25	24	29
b	65	65	64	70
L	125	132	147	155

Зольность загружаемой смеси

. (9.13)

Для смеси сырого осадка и активного ила

, (9.14)

где n - коэффициент, зависящий от влажности осадка и режима сбраживания; d - доза суточной загрузки метатенков, %.

Общий выход газа

Гобщ =QrVoбщ. (9.15)

Для хранения газа предусматриваются мокрые газгольдеры, табл. 9.2, вместимость которых принимается равной двух-четырехчасовому выходу газа; принимаем трехчасовой выход газа

Wгаз = Гобщ 3/

Схема метатенка и компоновочный план метатенков приведены на рис. 9.1.

Влажность осадка, выходящего из метатенков, определяется по формуле

Рм = (1Рсм)(100 - З)(100 - у))/ 1

Рис. 9.1. Схема метатенка и компоновочный план: 1 - резервуар метатенка; 2 - газовый колпак; 3 - камера выгрузки осадка; 4 - инжекторная; 5 - трубопроводы выгрузки осадка; 6 - выпуск сброженного осадка; 7 - трубопровод загрузки осадка; 8 - насосная станция метатенков; 9 - газовый киоск

 

Таблица 9.2

Основные параметры мокрых газгольдеров

Вместимость газгольдера, м3	Внутренний диаметр, мм	Высота, м	Подъем купола, мм
резервуара	колокола	газгольдера	резервуара	колокола
100	7400	6600	6210	3450	3240	443
300	9300	8500	11150	5920	5710	745
600	11480	10680	14030	7930	7140	708
1000	14500	13700	14030	7390	7140	1178
3000	21050	20250	18850	9800	9550	1337
6000	26900	26100	22600	11750	11450	2248

Теплотехнический расчет метатенков

Подогрев осадка надлежит предусматривать непосредственно в метатенке острым паром, выпускаемым через эжектирующие устройства (по одному из метатенков).

Наибольшее распространение получил способ подогрева острым паром. Пар низкого давления с температурой 373 – 383 К подается во всасывающую трубу насоса, который перекачивает осадок в метатенки. Пар смешивается с осадком, частично перемешивая его, конденсирует и нагревает бродящую массу. В зимний период инжектор работает 11÷13 ч, а летом 3÷4 ч в сутки.

Общее количество теплоты, необходимой для обогрева метатенка, слагается из теплоты для нагревания осадка от начальной до расчетной температуры и теплоты, компенсирующей теплопотери через перекрытия, стенки и днище метатенка.

Количество теплоты, необходимой для подогрева загружаемого сырого осадка и избыточного активного ила, qт, определяется по формуле:

qт = Мсыр. общ. С (Твн+Тос), (9.18)

где Мсыр. общ - общее количество свежего осадка и избыточного активного ила, загружаемого в метатенки, кг; Твн - расчетная температура подогрева осадка, К; Тос - температура поступающего осадка, К; С - удельная теплоемкость осадка (4200 Дж/(кг К)).

Удельная теплоемкость зависит от типа и влажности осадков:

С=Св Р/100+Сс(100 Р)/100, (9.19)

где Св и Сс - удельная теплоемкость соответственно связанной воды и сухого вещества осадка, Дж/(кг К); Р - влажность осадка, %.

Для сырых осадков из первичных отстойников, осадков, сброженных в мезофильных и термофильных условиях, удельная теплоемкость СС соответственно составляет 920, 1130 и 1225 Дж/(кг´ К). Значения Св для этих осадков равны соответственно 2930, 3350 и 3975 Дж/(кг´К) при их влажности 15-75; 80-90 и 96-98 %.

Расчет площадей поверхностей нагрева метатенка

Рис. 9.2. Схема к расчету площадей поверхности нагрева метантенков

Площадь поверхности перекрытия, м2:

F=2πRh3, (9.20)

где R=H.

Площадь поверхности стен, м2,

F2=πDh4. (9.21)

Площадь поверхности днища, м2 :

F3=πD2/4+π (r1+r0) l, (9.22)

где d=0,5 м, l= Ö((r1-r0)2+h2н). (9.23)

Общая площадь, м2:

F=F1+F2+F3. (9.24)

Расчет теплопотерь

Теплопотери через перекрытие, Вт,

Q1=F1(Tвн-Тн) Кпер, (9.25)

где Твн – температура в метатенке, К; Тн – расчетная наружная температура воздуха, К; Кпер – коэффициент теплопередачи для перекрытия, в среднем принимаемый 0,7 Вт/(м2´К).

Теплопотери через стены и днище, Вт,

Q2=(F2+F3)(Tвн - Тн)Кусл К', (9.26)

где Кусл - условный коэффициент теплопередачи стен и днищ, расположенных ниже уровня грунта помещений, равный 0,35 Вт/(м3/К); К'=1,5- ориентировочный поправочный коэффициент, учитывающий теплопередачу к грунту.

Суммарное количество теплового потока, Вт,

Qсум = Qос+Q1+Q2. (9.27)

Общее потребное количество теплоты в сутки, Дж:

Qсут =24´3600´Qсум. (9.28)

Расчетная теплопроводность топлива с учетом КПД котлов и теплопотерь в трубопроводах, Дж,

Qрасч= Qсут/0,

Потребное количество сухого насыщенного пара с энтальпией 2679000 Дж/кг (при давлении 0,1 МПа и температуре 373 К:

Qпар. потр.=Qрасч/ (i''-i'), (9.30)

где i'' – энтальпия пара; i' – энтальпия воды (при 306 К 140000 Дж/кг).

Количество пара, образующегося при сжигании 1 м3 газа метатенков, дает примерно 6,5 кг пара низкого давления.

Общее количество пара, образующегося при сжигании газа, составит, кг:

Qпар=6,5´24´3600´Гобщ. (9.31)

Таблица 9.3

Основные параметры мокрых газгольдеров

Параметр	Вместимость газгольдера
100	300	600	1000	3000	6000
Внутренний диаметр, м: резервуара колокола	7,400 6,600	9,300 8,500	11,480 10,680	14,500 19,700	21,050 20,250	26,900 26,100
Высота, м: резервуара газгольдера колокола	3,450 6,210 3,240	5,920 11,150 5,710	7,930 14,030 7,140	7,930 14,030 7,140	9,800 18,850 9,550	11,750 22,600 11,450
Подъем купола, м	0,443	0,745	0,708	1,178	1,337	2,248

Расход пара (по практическим данным) на 1 м3 загрузки при термофильном сбраживании составляет - 27 кг летом и 46 кг зимой, а при мезофильном сбраживании -– 17 кг летом и 23 кг зимой.