环保设备原理与设计--42污泥输送设备(XXXX版)(N

©BIPT环保设备原理与设计多媒体教案陈家庆教授©BIPT第四章污泥集运、处理技术与设备§4.1排泥设备及其设计§4.2污泥输送设备§4.3污泥浓缩设备§4.4污泥消化稳定设备§4.5污泥机械脱水设备§4.6污泥热干化与焚烧设备©BIPTNO.21a讲授提纲§4.2污泥输送设备2014/1/3©BIPT在给排水工程领域，无论是水质的净化处理还是后续的污泥处理，均会涉及到污泥的流动和输送问题。含水率较高的污泥输送问题相对较为复杂，所涉及输送设备的种类也较多。污水处理厂工艺流程图©BIPTFlowChartofaBiogasPlant©BIPT一、流动污泥的性质二、螺旋输送设备2.1螺旋排泥机2.2螺旋泵三、容积式输送泵3.1单螺杆泵3.2转子式污泥泵3.3污泥活塞泵四、螺旋离心泵五、污泥的回流输送与远距离输送5.1污泥回流设备5.2污泥的远距离输送本节内容提要©BIPT一、流动污泥的性质污泥的性质表征指标包括：含水率、挥发性固体和灰分、相对密度、可消化程度、过滤比阻、毛细吸水时间、肥分含量和燃烧值等。与污泥输送相关的性质主要是污泥流动的水力特性；当用过滤法分离污泥的水分时，常用比阻评价污泥脱水性能。从力学性质的角度来看，污泥是一种两相流体，在含水率较高(高于99%)的状态下，属于牛顿流体，流动特性接近于水流。随着固体浓度的增加，污泥的流动显示出非牛顿流体的特性，一般在除砂的情况下，可视为均质非牛顿流体中的伪塑性体，有时也呈Bingham体性状。©BIPT污泥性质表征参数含水率与含固率挥发性固体污泥中的有毒有害物质污泥的脱水性能含水率是污泥中水含量的百分数，含固率则是污泥中固体或干泥含量的百分数含水率在85％以上呈流态，65％~85％时呈塑态，低于60％呈固态当含水率变化时，可近似地用下式计算湿污泥的体积：1212wwss21100100PPPPVV©BIPT污泥性质表征参数含水率与含固率挥发性固体污泥中的有毒有害物质污泥的脱水性能含水率是污泥中水含量的百分数，含固率则是污泥中固体或干泥含量的百分数含水率在85％以上呈流态，65％~85％时呈塑态，低于60％呈固态挥发性固体（用VSS表示），是指污泥中在600ºC的燃烧炉中能被燃烧，并以气体逸出的那部分固体，反映污泥的稳定化程度用比阻(r)或毛细吸水时间(CST)评价重金属约50%转移到污泥中，污泥作为肥料，重金属离子含量应不超过“农用污泥标准”GB4284-84流动性能用流变学特性来进行评价©BIPT牛顿流体与非牛顿流体在通常的使用条件下，润滑油可以视为牛顿流体。对于牛顿流体，切应力与切应变率的关系是通过原点的直线，直线的斜率表示黏度数值。因此，牛顿流体的黏度只随温度和压力而改变，而与切应变率无关。凡是不同于上述特性的流体统称为非牛顿流体。如左图中的A、B和D所示，非牛顿性可以表现为塑性(Bingham体)、伪塑性和膨胀性等形式。©BIPT在流变学理论研究中，常用的非牛顿流体流变模型的本构方程有：(1)Ree-Eyring本构方程；(2)黏塑性本构方程(极限剪切流体)；(3)圆形本构方程；(4)温度效应本构方程；(5)线性黏弹性本构方程；(6)非线性黏弹性本构方程；(7)简单黏弹性本构方程。非牛顿流体流变性质(剪切应力-剪切应变率)的研究除了在机械工程润滑理论中得以非常重视之外，在油气钻井工程力学、原油乳化液输送、环境工程污泥处理中也非常重要。©BIPT华中科技大学能源与环境工程学院煤燃烧国家重点实验室黄河洵2011年拟投《环境工程学报》：《市政污泥流变特性及圆管流数值模拟研究》根据测量数据拟合出的污泥流变曲线在三段范围内的变化趋势明显，这与Herschel-Bulkley模型非常类似。对测量数据进行分段拟合，得到的污泥流变模型方程。©BIPT实际上，从20世纪50年代开始，在市政污泥输送中开始采用污泥泵，由于具有全封闭无臭、空间利用率高、安全性好、易维护等优点，污泥泵送系统得到了越来越多应用。输送污泥的污泥泵，在构造上必须满足不易被堵塞与磨损、不易受腐蚀等基本条件。当含固量超过6%时，污泥的可泵性很差，用离心泵输送困难。能够被有效地用于进行污泥泵送提升的有螺旋输送设备(螺旋排泥机、螺旋泵)、容积式输送泵(单螺杆泵、旋转凸轮泵、污泥活塞泵)、螺旋离心泵等。三、容积式输送泵3.1单螺杆泵3.2转子式污泥泵3.3污泥活塞泵四、螺旋离心泵©BIPT二、螺旋输送设备2.1螺旋排泥机是一种无挠性牵引的排泥设备，在输送过程中可对泥砂起搅拌和浓缩作用。适用于中小型沉淀池、沉砂池(矩形和圆形)的排泥除砂，对各种斜管(板)沉淀池、沉砂池更为适宜。螺旋排泥机可单独使用，也可与行车式刮泥机、链条刮泥机等配合使用。1-刮泥机；2-螺旋排泥机1-行车式刮泥机；2-链板式刮泥机；3-螺旋排泥机©BIPT2.2螺旋泵(Screwpump)早期的螺旋泵主要应用在矿山排水和农业灌溉，也用于雨水排放系统中。在污水处厂中，螺旋泵主要用于沉淀池的排泥和污泥回流，比较典型的应用是从脱水机接料传输到指定位置、提升污泥到指定位置、从储料仓中卸出污泥以及把污泥输送到泵送设备中。螺旋泵的结构比较简单，一般由驱动装置、工作螺旋、下部轴承(潜水轴承)、上部轴承等部分组成，其中工作螺旋和潜水轴承是关键部件。潜水轴承多采用油脂密封，应特别注意防止污泥中砂粒的侵入。©BIPT©BIPT螺旋泵的扬程低，转速低，流量范围大，效率稳定，适用于提升回流活性污泥。当进水水位达到泵轴心管边缘螺旋叶片处时，提升水量qV达到最大值。©BIPTLXBz型螺旋泵的尺寸参数LXBz型支座式螺旋泵结构与安装示意图1-下轴承座；2-挡水板；3-泵体；4-上轴承座；5-传动机构；6-机座；7-润滑泵©BIPT©BIPT螺旋泵属于无挠性牵引的排泥设备，可以用于输送含有小颗粒砂粒的污泥，但不适宜输送含有长纤维和粘性过高的污泥。可以水平放置(沉淀池排泥)或倾斜放置(倾角不大于30º)，不同厂家对其产品在不同布置时的输送距离都有相应的要求。螺旋泵的扬程和效率较低、体积大，特别是由于在污泥输送时会发生剧烈搅拌，引起的气水混合作用可以提高回流污泥中的溶解氧，故在有厌氧或缺氧工况的工艺中应慎重选用。目前亚洲最大的螺旋泵安装在江西省南昌市青山湖污水处理厂，该螺旋泵为污水处理厂进水泵房螺旋泵，直径为2.85m、长17m，每个螺旋泵重达20t。©BIPT2004年4月6日，亚洲最大螺旋泵在南昌市青山湖污水处理厂吊装落成。据施工单位技术人员介绍，该螺旋泵为污水处理厂进水泵房螺旋泵，直径为2.85m、长17m，每个螺旋泵重达20t，是目前亚洲最大的螺旋泵。©BIPT燕山石化牛口峪所用之螺旋提升泵©BIPT©BIPT©BIPT©BIPT2.3螺旋叶片的设计计算螺旋排泥机的常用形式为有轴式和无轴式两类。输送粘度小、粉状和小颗粒的泥砂时，宜采用实体面型螺旋，其结构简单、效率高，是常用的叶片形式。©BIPT三、容积式输送泵3.1单螺杆泵(ProgressiveCavityPump)单螺杆泵同双螺杆泵、三螺杆泵、五螺杆泵等一起属于螺杆式水力机械，但其工作机理及适用场合有很大不同。单螺杆泵是一种回转式容积泵，法国人RenéMoineau于1930年左右根据对阿基米德螺旋泵的研究设计了单头单螺杆泵，因而单螺杆泵也被称为Moineau泵。©BIPT三螺杆泵©BIPT双螺杆压缩机双螺杆泵©BIPT天道酬勤，做事不能欺心！油气开采用井下双螺杆泵©BIPT单螺杆泵©BIPT油气开采用井下双螺杆泵©BIPT(1)基本结构与工作原理单螺杆泵的主要零件构成是一个钢制螺杆(转子)和一个具有内螺旋表面的橡胶衬套(定子)。定、转子端面(横截面)齿形类型主要有以下两种：①以短幅外摆线的内等距线作为螺杆的原始齿形曲线，其共轭曲线作为衬套的齿形曲线；②以短幅内摆线的外等距线作为衬套的原始齿形曲线，其共轭曲线作为螺杆的齿形曲线。单螺杆泵转子、定子线型的“头”数(Lobe，又称线数)之比有1:2、2:3、3:4、4:5等几种，对应的单螺杆泵也可分为单头和多头单螺杆泵。1:22:33:44:5©BIPTAnotherimportantconsiderationwithprogressivecavitypumpstatorsisthegeometryprofile.Generally,therearefourdifferentstatorgeometrytechnologiesinthemarketplace.Conventionalgeometryistypically1:2(singlehelixrotorinsideadoublehelixstator).Newstatorconfigurationsinclude2:3(doublehelixrotorinsideatriplehelixstator)geometries.Also,considerstandard(shortpitch)orlonggeometrywhenchoosingastator.Standardgeometryisusuallybestforthickmaterialbecauseithasalargeropeningtothestatorcavity.Longgeometryisanefficientdesignbecauseofitslongsealingline.Various2:3geometriesarecosteffectivesincetheypumpmoreflowperrevolutioncomparedwithstandarddesigns.©BIPT转子、定子线型头数为1:2结构的单头单螺杆泵应用最为普遍，这里以其为主进行介绍。在每个单头单螺杆泵的螺杆转子-衬套定子副中，螺杆转子是单线螺旋面，衬套定子内表面是双线螺旋面，两者旋向相同，即同为左旋或右旋。螺杆转子的任一断面都是半径为R的圆，整个螺杆转子的形状可以看做是由很多半径为R的圆片组成。转子可视为半径为R的圆片沿着螺距为t、偏心为e的空间螺旋线连续移动所形成的轨迹。eO2tY2X2Z2Ryy2xx2OO2βαM螺杆轴心线©BIPT衬套定子的断面轮廓为长圆形，两端是半径为R的半圆(等于螺杆转子断面的半径)，中间为两条长为4e的直线段(因为螺杆断面中心与其轴心线存在一偏心距e，而螺杆轴心线又与定子轴心线存在一偏心距e，所以两个半圆的中心距为4e)。衬套的双头内螺旋面就是由上述长圆形断面在绕定子轴心线旋转的同时，按照一定导程(T=2t)向前移动而形成。4eRy12e2ex1RT=2tO1x1y1O12e2eRAA定子轴心线©BIPT单螺杆泵作为水力机械必须要满足以下三个必要条件：定、转子能够互相匹配能够满足一般齿形啮合运动的要求。转子和定子衬套能够保证密封性转子和定子衬套间能形成多个密封腔室，以充满工作液体。密封腔室能够不断推移转子的转动能够使密封腔室连同其中的工作液体连续地沿轴向推移，并在推移过程中进行机械能和液体能的相互转化。4e2e©BIPT将螺杆置于衬套内，则在每一个横截面上，螺杆断面与衬套断面都有相互接触的点，但在不同横截面上的接触点不同。当螺杆断面在衬套长圆形断面的两端时，螺杆和衬套之间为半圆弧线接触，而在其他位置时螺杆和衬套之间仅有两点接触。这些接触点在螺杆-衬套副的有效长度范围内构成了空间密封线，在衬套的一个导程T内形成一个完整的封闭腔室。TtΦ=0°Φ=180°Φ=360°φφφ=0°φ=60°φ=120°φ=180°φ=240°φ=360°ababbaba©BIPTVideo©BIPT2211111111sin2)sin(cos2)cos(tntzeRyeRxtzeeRyeeRx2sin)sin(2coscos)cos(2sin1