过程装备与控制工程毕业设计论文生物质水煤浆制备工艺及系统设计全套图纸 .doc

本科毕业设计（论文）资料题 目 名 称：生物质水煤浆制备工艺及系统设计学 院（部）：机械工程学院 专 业：过程装备与控制工程 学 生 姓 名： 班 级：过控061 学号指导教师姓名： 职称 教授最终评定成绩： 全套CAD图纸，加153893706湖南工业大学教务处2010届本科毕业设计（论文）资料第一部分 设计说明书（2010届）本科毕业设计（论文）生物质水煤浆制备工艺及系统设计学 院（部）： 机械工程学院 专 业： 过程装备与控制工程 学 生 姓 名： 班 级： 过控061 学号 指导教师姓名： 职称 教授 最终评定成绩 2010年 4月湖南工业大学本科毕业设计（论文）摘 要工业的发展大大的增加了废水的排放量，在废水的处理中产生大量的污泥。目前污泥的处理多采用将污泥脱水干燥后再加入大量的可燃物燃烧的方法，此方法燃烧不充分，可回收的热量也少，燃烧后还会有较多燃烧不充分的残留固体渣，这些固体渣依然是社会发展的障碍。本设计通过系统的了解普通水煤浆的制备工艺，经综合比较，得到了最佳的普通水煤浆制备工艺路线。然后通过了解工业废水的特性和近几年关于污泥制备水煤浆的工艺研究成果，选定了污泥制备水煤浆的工艺。通过把普通水煤浆制备工艺和污泥制备水煤浆工艺的有机融合，得到本设计的结果即生物质水煤浆制备工艺。工艺的实现离不开设备，故对完成此工艺的重点设备做了简要的介绍和选择。为了将此工艺较好的表达出来，定性的设计了生物质水煤浆制备工艺管道及仪表流程图。所设计的工艺能耗低，产品质量好，且不用使用稳定剂。将污泥和工业废水用作燃料，既解决了环境问题，还为环境保护做出了贡献，是一套兼具经济效益和社会效益的方案。关键词：生物质水煤浆，工艺，系统设计，环保，制备ABSTRACTThe development of industry greatly increased the volume of wastewater diacharge,in the processd of wastewater treatment a lot of sludge generated.At the present,we dispose wastewater mostly by drying it and adding a lot of fuel ,then we burn it,but because of incomplete combution,only a little heat is recycled,and a lot of solid residue is remined there.These remined solid residue is an obstacle to socal development.This design defines the best way to prepare ordinary coal-water slurry through understanding all kinds of ways of preparing coal-water slurry and comparing.Then we define the way that we use sludge to prepare coal-water slurry through understanding the characteristics of industrial wastewater and sludge and research findings using sludge to prepare coal-water slurry.By contacting the process of preparing ordinary coal-water slurry and preparing sludge coal-water slurry,wo get the process of praparing biologic coal-water slurry. The process cannot work depart from equipment.So we give a brife description of equipment and options. In order to better express this process, we qualitatively design biomass and coal slurry pipeline instrumentation preparation flow chart. The designed process have low energy consumption, product quality, and there is not use of stabilizers. Sludge and industrial wastewater used as fuel, which addresses environmental issues, also contributed to environmental protection,so it is a combination of benefits economic and social .Keywords: biomass and coal slurry,process,design of system,pretenting of environme-nt,prepare2目 录第1章 总论11.1 概述11.2 设计背景11.2.1 生物质水煤浆应用系统模块11.2.2 生物质水煤浆制备工艺41.3 水煤浆制备工艺51.3.1 干法制浆工艺51.3.2 干湿法联合制浆工艺61.3.3 高浓度磨矿制浆工艺61.3.4 中浓度磨矿制浆工艺71.3.5 高中浓度磨矿级配制浆工艺71.3.6 方案比较9第2章 工艺流程确定102.1 工业废水、污泥分析10 2.1.1 污泥10 2.1.2 废水10 2.1.2.1 酸碱废水10 2.1.2.2 含油废水11 2.1.2.3 高浓度有机废水11 2.1.2.4 含酚废水112.2 方案确定11第3章 设备选型及系统设计133.1 中心过程13 3.1.1 轮碾机13 3.1.2 球磨机13 3.1.3 摆动磨机14 3.1.4 振动磨14 3.1.5 砂磨机14 3.1.7 钢爪磨14 3.1.8 涡轮粉碎机14 3.1.9 气体粉碎机153.2 原料预处理过程15 3.2.1 颚式破碎机15 3.2.1.1 简摆式颚式破碎机15 3.2.1.2 复摆式颚式破碎机16 3.2.2 旋回破碎机16 3.2.3 圆锥破碎机16 3.2.4 锤式破碎机16 3.2.5 反击式破碎机163.3 产物后处理过程17 3.3.1 双螺旋锥形混合机17 3.3.2 卧式无重力混合机17 3.3.3 卧式犁刀混合机18 3.3.4 卧式螺带混合机183.4 螺杆泵的控制方案18 3.4.1 改变原动机的转速18 3.4.2 控制泵的出口旁路19 3.4.3 方案比较19第4章 储罐设计204.1 罐底设计204.2 罐壁设计204.3 灌顶设计214.4 附件21 4.4.1 包边角钢21 4.4.2 接管和法兰22 4.4.2.1 进料接管法兰参数和图形22 4.4.2.2 出料接管和法兰224.4.3 人孔234.4.4 气体搅拌装置24结论25参考文献26致谢275第1章 总论1.1 概述生物质水煤浆就是把污泥或废液与煤炭混合并通过水煤浆技术加工而成的一种浆体燃料。其中，污泥或废液不仅能提供热量，增强煤浆燃烧活性，而且煤炭颗粒与污泥或废液匀和而转变为流体，使煤浆能够泵送。由于水煤浆中的“水”被污泥或废液所替代，在污泥、废液被充分利用的同时，节省了大量的清水与部分煤炭；煤炭做为辅助燃料，起到稳定燃烧的作用。根据污泥（废液）高水分特性，将之直接用做煤浆原料，正是恰到好处。生物质水煤浆技术不仅能很好地解决污泥（废液）资源化难题，而且能简化污泥（废液）处理与处置流程，节约污水处理系统基建投资，降低运行成本。生物质水煤浆技术使企业变污染负效益为资源正效益，省略了“治污车间”而拥有了自己的“能源车间”。1.2 设计背景1.2.1 生物质水煤浆应用系统模块水煤浆是七十年代石油危机迅速发展起来的一种以煤代油的新型洁净燃料。它是由60%以上的优质煤炭，30%左右的水和少量添加剂，经一定的工艺过程加工制备而成，既保持了煤炭原有的特性，又具备石油一样的流动性和稳定性，它污染低，输送、贮存方便，雾化燃烧效率可达98%，能应用于工业锅炉、电站锅炉和工业窑炉上代油、煤燃烧，亦可作为气化原料，用于合成氨、合成甲醇等煤化工项目中。因此水煤浆技术引起世界各国的普遍关注。瑞典、美国、日本、苏联、意大利、加拿大等国家都投入大量的资金和人力，进行科学研究和技术开发。目前已相继进入工业规模试验和应用阶段，组建了一些大型工业规模商业示范工程。追溯煤浆演变进程，可以领悟到其中的“替代”过程，即从单纯的油品液体燃料；到煤粉替代部分油料，出现煤油混合型浆体燃料，即油煤浆；又经水替代部分油品，出现煤乳化油（油水）混合型浆体燃料；再到水替代全部油品，出现煤水混合型浆体燃料，即水煤浆。水煤浆的综合优势经历了实践的确认，形成了当前的“初步工业推广应用”的局面，产业化势头发展强劲。随着技术的进步，利用水煤浆技术处置污泥、废液取得了重大突破，告别了传统处理方式的二次污染和高治理费用，使污泥、废液中的可燃物质或所含碱金属的氧、碳、氯化物对促进煤炭燃烧的催化性能得到充分利用，实现污泥、废液资源化，即生物质水煤浆。生物质水煤浆就是把污泥或废液与煤炭混合并通过水煤浆技术加工而成的一种浆体燃料。其中，污泥或废液不仅能提供热量，增强煤浆燃烧活性，而且煤炭颗粒与污泥或废液匀和而转变为流体，使煤浆能够泵送。由于水煤浆中的“水”被污泥或废液所替代，在污泥、废液被充分利用的同时，节省了大量的清水与部分煤炭；煤炭作为辅助燃料，起到稳定燃烧的作用。目前将煤炭与工业废水结合制作水煤浆的应用势力不少，如中国发明专利水煤浆工艺治理亚硫酸盐造纸黑液（公开号为：CN1405493）公开了一种在采用亚硫酸盐制浆造纸工业中，将产生的黑液制备成水煤浆，燃烧水煤浆达到消除黑液污染的水煤浆工艺治理亚硫酸盐造纸黑液，将煤与亚硫酸盐法制浆产生的固含量浓度为3-40的造纸黑液一起按照重量比18-21的范围制备成水煤浆，燃烧水煤浆消除废水污染，具有投资小、运行成本低、安全实用、工艺技术先进、操作简单易行等特点，可向所有造纸企业推广。中国发明专利利用水煤浆工艺治理棉浆黑液的方法（公开号：CN1313426）公开了一种利用燃烧水煤浆的工艺对化纤行业中排放的棉浆黑液进行治理的方法，将煤与固含量浓度为340的棉浆黑液按重量比1821的范围混合制备水煤浆，供锅炉燃用，煤采用灰份含量为165，挥发份为1540，热值为1530MJ/Kg，水煤浆燃烧时，锅炉内仍有配烧煤，其比例为锅炉总燃煤量的1070，当煤浆中煤的比例不小于50时，可以单独燃烧水煤浆，具有投资小、运行成本低、安全实用、工艺技术先进、操作简单易行等特点，可向所有化纤企业推广。中国发明专利利用煤泥治理高浓工业废水的方法（公开号：CN1335267）公开了利用煤泥治理高浓工业废水的方法，其特征在于煤泥与高浓工业废水均匀混合前，被放入一个由滤布隔开的双层容器中，采用高浓工业废水置换煤泥中所含的清水。本发明解决了采用煤泥水煤浆法处理高浓工业废水带来的燃料含水率高，无法大量配入高浓工业废水的问题。中国发明专利污泥水煤浆及其制作工艺（公开号：CN1594514）公开了一种污泥水煤浆及其制作工艺，是为了克服现有的城市水处理污泥堆放污染环境、影响城市建设，以及脱水干燥焚烧要用可燃物引燃，燃烧不充分，残留渣多的问题提供的，是将城市水处理污泥和成品水煤浆以及成品分散剂共同加入筒形磨机研磨混合，经过滤器过滤，将粒径小于0.5mm颗粒的污泥水煤浆送到专用水煤浆锅炉燃烧。上述污泥水煤浆制作工艺简单，消耗能量少，给专用水煤浆锅炉作燃料，其燃烬率可达98，不仅能大大减少污水处理的污泥对城市的危害，而且还可变废为宝，使污泥中的可燃物得到充分燃烧，可节约大量的能源，同时还可以缓解目前用煤紧张的问题。又如广东工业大学工学硕士学位论文焦化废水制备水煤浆的研究及工业应用中，提出把焦化洗涤废水回收焦油后用作水煤浆原料，既解决了焦化废水的排放问题，又充分利用了不适用于煤气化工艺的煤粉，大大降低了陶瓷企业的能源消耗。从经济角度考虑，用焦化废水制成的水煤浆与原用的重油比较，一年可节省费用383万元。利用焦化废水制备水煤浆不仅能变废为宝，还大大降低了污染物的排放浓度。结果表明，利用煤气化过程中产生的焦化废水及粉煤为原料制备水煤浆燃料达到了技术可行、经济合理、环境友好的目标。湖南株洲蓝宇热能科技研制有限公司提出了一种生物质水煤浆制浆燃烧方法及集成系统，其主要内容是：采用系统集成模块化处理方式，将整个生物质水煤浆制浆、燃烧系统分为固体废物工业废水处理模块、生物质水煤浆制浆模块和水煤浆锅炉与集中供热模块三个模块；其中，固体废物工业废水处理模块的功能是将固体可燃废物破碎、干燥，便于作为层燃的燃料，工业废水经高速离心机及膜浓缩处理，将处理后的膜浓缩物用于制浆；生物质水煤浆制浆模块的功能是将6070%的洗选动力煤与3040%的工业废水及生化污泥膜浓缩物混合，按常规水煤浆制浆工艺制得生物质水煤浆；水煤浆锅炉与集中供热模块的功能是将前两个模块生产的生物质水煤浆、干燥的固体可燃废物用层燃悬浮复合式或循环流化床悬浮复合式水煤浆锅炉转换成热能，并集中供热。固体废物工业废水处理模块、生物质水煤浆制浆模块和水煤浆锅炉与集中供热模块三个模块按照固体废物工业废水处理模块生物质水煤浆制浆模块水煤浆锅炉与集中供热模块顺序排列。所述的生物质水煤浆制浆、燃烧方法是先将固体可燃废物、废水置于固体废物工业废水处理模块进行处理。其中，将固体可燃废物进行破碎、干燥处理，作为层燃的燃料备用；再将工业废水经高速离心机及膜浓缩处理，形成以生化污泥和有机浓缩废水为主的膜浓缩物，将膜浓缩处理后的膜浓缩物用于制浆，处理后的水用于调浆或做其它工业应用；然后再将膜浓缩处理后的以生化污泥和有机浓缩废水为主的膜浓缩物与洗选动力煤按照洗选动力煤6070%，膜浓缩处理后的膜浓缩物3040%进行配比，置于生物质水煤浆制浆模块混合制取生物质水煤浆；再将制好的生物质水煤浆置于水煤浆锅炉与集中供热模块中进行层燃悬浮复合式或循环流化床悬浮复合式燃烧，燃烧时间歇式加入破碎、干燥处理过的固体可燃废物。生物质水煤浆在水煤浆锅炉内燃烧后经过换热装置产生热蒸汽，提供热动力源。下面将结合具体实施例对本发明做进一步的描述。附图1.1给出了本发明的模块布置顺序，通过图1可以看出本发明为一种生物质水煤浆制浆、燃烧的模块化的系统集成装置，主要包括固体废物工业废水处理模块、生物质水煤浆制浆模块和水煤浆锅炉与集中供热模块三个模块；三个模块按照固体废物工业废水处理模块生物质水煤浆制浆模块水煤浆锅炉与集中供热模块顺序排列，水煤浆锅炉与集中供热模块产生的热动力直接供给用户。本发明采用采用系统集成模块化处理方式，将整个生物质水煤浆制浆、燃烧系统通过模块化的处理装置进行处理，其中，固体废物工业废水处理模块的功能是将固体可燃废物破碎、干燥，便于作为层燃的燃料，工业废水经高速离心机及膜浓缩处理，将处理后的膜浓缩物用于制浆；生物质水煤浆制浆模块的功能是将6070%的洗选动力煤与3040%的工业废水及生化污泥膜浓缩物混合，按常规水煤浆制浆工艺制得生物质水煤浆；水煤浆锅炉与集中供热模块的功能是将前两个模块生产的生物质水煤浆、干燥的固体可燃废物用层燃悬浮复合式或循环流化床悬浮复合式水煤浆锅炉转换成热能，并集中供热。附图1.2给出了本发明的一种具体实施工艺路线，通过附图2可以看出所述的生物质水煤浆制浆、燃烧方法是先将固体可燃废物、废水置于固体废物工业废水处理模块进行处理。其中，将固体可燃废物进行破碎、干燥处理，作为层燃的燃料备用；再将工业废水经高速离心机及膜浓缩处理，形成以生化污泥和有机浓缩废水为主的膜浓缩物，将膜浓缩处理后的膜浓缩物用于制浆，处理后的水用于调浆或做其它工业应用；然后再将膜浓缩处理后的以生化污泥和有机浓缩废水为主的膜浓缩物与洗选动力煤按照洗选动力煤6070%，膜浓缩处理后的膜浓缩物3040%进行配比，置于生物质水煤浆制浆模块混合制取生物质水煤浆；再将制好的生物质水煤浆置于水煤浆锅炉与集中供热模块中进行层燃悬浮复合式或循环流化床悬浮复合式燃烧，燃烧时间歇式加入破碎、干燥处理过的固体可燃废物。生物质水煤浆在锅炉内燃烧后经过换热装置产生热蒸汽，提供热动力源。图1.1 模块布置图1.2 实施工艺路线1.2.2 生物质水煤浆制备工艺污泥水煤浆及其制作工艺（CN1238477C）将含水70-85%的城市水处理污泥和含水30-40%的成品水煤浆，以及成品分散剂共同加入桶形磨机研磨混合，经过滤器过滤，粒径小于0.5的颗粒送至成品污泥水煤浆的储罐。一种高浓度污泥煤浆及其制备方法（CN1908134A）将含水率为50-95%的污泥与污泥改性药剂混合，获得改性含水污泥，最好混合后放置2-240小时；然手将上述改性含水污泥、煤粉、水和添加剂混合，研磨，使固体颗粒的粒径小于0.5，即获得所说的高浓度污泥煤浆。一种环保型污泥水煤浆及其制备方法（CN101602970A）将适量水、煤、添加剂和部分或全部脱硫剂加在一起混合，研磨，制成未添加稳定剂的水煤浆；然后将适量水、城市污水处理厂污泥、污泥改性药剂和适量脱硫剂混合在一起，充分搅拌均匀活短时间研磨，并使污泥团粒打碎即可，即成改性污泥；最后将上述的水煤浆、改性污泥混合并搅拌均匀或短时间研磨成浆，使固体颗粒的粒径小于0.5，即获得所说的环保型污泥水煤浆。1.3水煤浆制备工艺普通水煤浆的制浆工艺主要有干法制浆工艺、干湿法联合制浆工艺、高浓度磨矿制浆工艺、中浓度磨矿制浆工艺、高中浓度磨矿级配制浆工艺等。现分别说明如下：1.3.1干法制浆工艺：典型的干法制浆工艺如图3所示。原煤破碎后进行干燥，因为干磨要求入料水分不大于5%，干磨的能耗比湿磨高。干燥后进行捏混，捏混的作用是使煤粉与水和分散剂混合均匀，并初步形成有一定流动性的浆体，以便在下一步搅拌工序中进一步混匀，然后加入稳定剂搅拌均匀、剪切，使浆体进一步熟化。最后虑浆去除杂质，得到产品1。图1.3 干法生产工艺1.3.2干湿法联合制浆工艺：干湿法联合制浆工艺与上述干法制浆工艺不同之处，在于从干法磨矿的产品中分出一部分用于湿法细磨的工艺，如图41。图1.4 干湿法联合制浆工艺1.3.3高浓度磨矿制浆工艺：高浓度磨矿制浆工艺如图5所示。他的特点是煤炭、分散剂和水一起加入磨机，磨矿产品就是高浓度水煤浆。如果需要进一步提高水煤浆的稳定性，还需要加入适量的稳定剂。加入稳定剂和还需要经搅拌均匀、剪切，使浆体进一步熟化。进入储罐前还必须经过虑浆，去除杂物1。图1.5 高浓度制浆工艺1.3.4中浓度磨矿制浆工艺：中浓度磨矿制浆工艺是指采用50%左右浓度磨矿的制浆工艺。由于中浓度产品粒度分布堆积率不高，所以很少采用单一磨机中浓度制浆工艺。图6为二段中浓度磨矿制浆工艺。该工艺为改善最终产品的粒度分布，先从粗磨产品中分出一部分在进行细磨，然后分别或混合进行过滤、脱水。脱水后的滤饼加入分散剂捏混、搅拌调浆。如果需要进一步提高水煤浆稳定性，还需要加入适量的稳定剂。加入稳定剂后还需要经搅拌混匀、剪切，使浆体进一步熟化。进入储罐前还必须经过虑浆，去除杂物1。图1.6 中浓度制浆工艺1.3.5高中浓度磨矿级配制浆工艺：如图7所示。它的特点是将原来的二段中浓度磨矿级配工艺中的细粒产品改为高浓度磨矿。于此同时，高浓度磨矿磨机的给料不是从中浓度产品中分流而来，而是直接来自破碎产品，使粗磨与细磨两个系统独立工作，避免了互相干扰。中浓度粗磨产品经过滤脱水后与高浓度产品一起捏混调浆1。图1.7 高中浓度磨矿级配制浆工艺(1)图8是另一种高中浓度磨矿级配制浆工艺，它与前一种工艺相反，粗磨是高浓度磨矿，细磨则是中浓度磨矿。此外，细磨的原料是有粗磨产品中分流而来，初磨产品是最终的水煤浆产品，这样就可以出去后续的过滤、脱水及捏混环节，简化了生产工艺。细磨原料不直接来自破碎后的产品而改用粗磨产品，可大大减少细磨中的破碎比，有利于提高细磨的效率。细磨产品返回入初磨磨机的目的不是作进一步破碎，而是改善高浓度磨矿的粗磨机中煤浆的粒度分布，从而降低煤浆的粘度，提高磨矿效率。所以这种工艺的优点是十分明显的1。图1.8 高中浓度磨矿级配制浆工艺(2)1.3.6方案比较表1.1 水煤浆制备工艺比较复杂性磨矿能力磨矿产品质量能耗干法制浆工艺干燥难以做到，不方便最低最差最高，磨机的能耗比湿法磨机高约30%干湿法联合制浆工艺干燥难以做到，不方便较低较差高高浓度磨矿制浆工艺没有过滤脱水和捏混环节低可获得72%的堆积效率较高中浓度磨矿制浆工艺需要过滤脱水、捏混和强力搅拌高产品粒度分布欠佳低高中浓度磨矿级配制浆工艺（1）需要过滤脱水、捏混和强力搅拌，但最少需要两台磨机低可获得74%的堆积效率高高中浓度磨矿级配制浆工艺（2）没有过滤脱水和捏混环节，但最少需要两台磨机较高可获得74%的堆积效率较低综合比较后发现，高浓度磨矿制浆工艺和高中浓度磨矿级配制浆工艺（2）是现对有优势的工艺。但是高中浓度磨矿级配制浆工艺设备投资成本较高，而高浓度制浆工艺工艺复杂性低，产品质量和能耗都较为合理，所以高浓度制浆工艺为应用最广的工艺。本方案也以高浓度制浆工艺为基础进行生物质水煤浆制浆工艺的设计。第2章 工艺流程确定2.1工业废水、污泥分析工业废水是指工业生产过程中排出的废水，包括工艺过程用水、机器设备冷却水、烟气洗涤水、设备和场地洗涤水等。工业废水是区别于生活污水而言的，含义很广。由于工业类型繁多，而每种工业又由对段工艺组成，故产生的废水性质完全不同，成分也非常复杂，根据废水对环境污染所造成危害的不同，大致课划分为固体污染物、有机污染物、油类污染物、有毒污染物、生物污染物、酸碱污染物、需氧污染物、营养性污染物、感官污染物和热污染等11。2.1.1污泥污泥是废水处理过程中产生的沉淀物质，它包括混入生活污水或工业废水中的泥沙、纤维、动植物残体等固体颗粒及其凝结的絮状物、各种胶体、有机质及吸附的金属元素、微生物、病菌、虫卵等综合固体物质，它主要由初沉污泥、剩余活性污泥构成。初沉污泥是进入污水处理厂的悬浮物，在初沉池中大约50%的悬浮物成为初沉污泥被去除，初沉污泥极易腐烂变臭，含水率一般96%。以传统活性污泥法为代表的污水二级处理工艺中,绝大部分有机物可以使微生物增殖，产生过剩的微生物称为剩余污泥。另外，生物除磷工艺是通过排除富含磷的剩余污泥来实现的，必然要产生大量的剩余活性污泥。污泥的处理方法目前有三种：一是送到垃圾填埋场进行直接填埋；二是进行固化后填埋；三是干化焚烧。其中进行固化后填埋和干化焚烧处理成本极高、投资巨大，技术难度高，并且处理方法不能从根本上解决二恶英、重金属对环境的污染；而若不经任何处理采用直接填埋的方法，则效果极差，由于脱水后的污泥仍含有70%左右的水分不易去除，因此占用极大的垃圾填埋场库容，并且产生新的污染问题，产生二噁英、甲烷等有害气体无法消除，同时由于污泥的填埋还带来库容内沉降水平的不稳定等其它问题10。2.1.2废水工业废液是各类工矿企业生产过程中排出的一切液态废弃物的总称。工业废液分为一下几种。2.1.2.1酸碱废水酸碱废液排入水体改变了水体的pH值，影响水体自净，污染水体，破坏给水水源，并影响渔业生产；未经适当处理的酸碱废液进入生物处理构筑物时，会抑制微生物的生长，使水质恶化。2.1.2.2含油废水含油废液中的油污分为乳化油、颗粒油等。废液中的油污不仅严重危害废水站的生化处理系统，而且对生态环境有破坏作用。2.1.2.3高浓度有机废水高浓度有机废液是水处理中的一大难题，由于高浓度有机废液存在大量高分子有机物，多为很稳定的环状或苯环状结构，在生化反应中很难被氧化分解。2.1.2.4含酚废水含酚废液主要来源于焦化厂、煤气发生站、炼油厂和绝缘材料厂等的生产过程。含酚废液不仅污染水体，危害人的身体健康，同时严重损害工农业生产和渔业生产6。工业废液的处理，是一项较为复杂的系统工程，它包括纺织类、化工类、食品类、轻工类、建材类、机械类、制药类、医院类等各种不同类型的废液。每个行业不同性质的废液，都必须使用不同的处理工艺，就是同类型的废液也会因不同的环境、处理要求、处理水量、投资与运行成本等，而采用不同的工艺。尤其是对于高悬浮物、高色度、高浓度有机物、高阴阳离子等污染程度严重的综合性工业废液，由于其中污染物种类繁多，水质水量变化大，营养物不平衡，历来是水处理行业的难点11。综上所述，鉴于工业废水和污泥的特点，其传统的处理方案有着严重的缺陷，若将污泥和工业废水制备成生物质水煤浆，不但能解决废水和污泥处理难度大的问题，还将变废为宝，使污泥成为能源。2.2方案确定污水处理厂的污泥含有大量的热量，采用一定的技术处理措施，掺入水煤浆中一起燃烧，是目前节能减排项目中广受研究的资源化课题。已有的专利技术，例如中国专利200410024452.X在制备污泥水煤浆的过程中没有加入能改性污泥的药剂，导致污泥水煤浆的成浆浓度不高，一般低于55%（重量），还使污泥在水煤浆中分散不完全，在实际应用中容易造成过多的热损失和运行障碍。再如中国专利200610030071.1在制备污泥水煤浆的过程中虽然加入了能改性污泥的药剂，但没有考虑到污泥水煤浆比普通水煤浆可能排放更多的污染物，从而没有解决环保上的要求，尤其是该专利制备方法有致命的缺陷，此专利所述方法在制浆时把原煤块与改性污泥一起研磨成浆，不仅使污泥中的细胞及其胞外聚合物破裂、分解，使污泥水煤浆的粘度大增不利于污泥水煤浆流动性要求，也消耗更多的动力。污泥中富含的丙烯酰胺和细胞胞外聚合物，它们实际上都是粘性大的水煤浆稳定剂。而中国专利200810182308.7中所用的污泥和废水局限于城市污水处理厂，没有包括工业废水和污泥。本方案在以上专利研究的基础上，根据污泥和废水的特性，制订了以下方案。污泥中含有细胞及胞外聚合物，他们实际都是黏性大的水煤浆稳定剂10。污泥被高强度研磨后胞外聚合物析出、细菌细胞破裂从而导致泥浆黏度非常大，也导致可掺入的污泥的掺入量就很少，没有节能效果。所以污泥的研磨时间不能很长，只要保证污泥团粒被打散即可，也可以用搅拌代替研磨，从而防止污泥中含有的细胞及胞外聚合物被破坏。工业废水处理污泥中还有大量的硬质固体颗粒物，它们在污泥水煤浆喷雾燃烧时会堵塞和磨损喷嘴，给污泥水煤浆的制造和实际应用带来障碍10。所以不能让这些硬质固体颗粒物留在污泥水煤浆浆体中。由于污泥中含有较多的污染物，制得的污泥水煤浆比普通水煤浆可能排放更多的污染物，从而没有解决环保上的要求。所以在制备污泥水煤浆的过程中要添加脱硫剂，以减少污染物的排放量。综合考虑以上因素，确定如下图所示的生物质水煤浆制浆方案。图2.1 生物质水煤浆制备工艺第3章 设备选型及系统设计3.1中心过程根据高浓度磨矿制浆工艺的特点，把磨矿的过程看做是本工艺的中心过程。在中心过程中物料发生以物理变化为主的反应。此反应过程可以联系操作。在反应的过程中没有过多热量的产生也吸收，所以不需要在反应装置上增加相应的适当措施。通常粉碎产品粒度在1-5以下的作业称为磨碎。用于磨碎的机械称为粉磨机械。粉磨机械(pulverizer and grinding mill)是指排料中粒度小于3毫米的排料占总排料量50%以上的粉碎机械。这类机械通常安排料粒度的大小来分类：排料粒度为30.1毫米者称为粗粉磨机械；排料粒度在0.10.02毫米之间者称为细粉磨机械；排料粒度小于0.02毫米者称为微粉碎机械或超微粉磨机械。粉磨机械的操作方法有干法和湿法两种。干法操作时物料在空气或其他气体中粉碎；湿法操作时物料则在水或其他液体中粉碎。在多种粉磨机械中，物料须靠粉磨机构和外加的传递动能或运载物料的媒介物的综合作用才能粉碎，这种外加的媒介物通常称为研磨介质。常用的粉磨机械有轮碾机、球磨机、摆式磨机、各种磨煤机、振动磨、砂磨机、胶体磨等。3.1.1轮碾机轮碾机是利用辊轮的重力，压碎和碾碎物料的粗粉磨机械，粉碎机构为辊轮和碾盘。轮碾机在工作时，物料由碾盘中部送入，在刮板的推力或其自身的离心力作用下进入辊轮下方 碾压。承受多次碾压后，合乎粒度要求的颗粒从碾盘周边的筛孔漏下，粗大颗粒则返回辊轮下重受碾压。它适于粉碎硅石和粘土等中硬度以下的物料，或作混合物料之用。3.1.2球磨机球磨机是在低速回转的卧式筒体内，以钢球为研磨介质粉磨物料的机械。 筒体转动时，装于筒体内的钢球和物料在离心力和摩擦力的作用下，被带到一定高度后抛落或滚下，物料受钢球产生的冲击和研磨作用而粉碎。球磨机给料粒度在30毫米以下，排料粒度为0.50.043毫米,应用范围很广，能粉磨各种硬度的物料，如矿石、岩石、煤、长石、药物和化工原料等。在结构形式和工作原理上与球磨机相似的还有砾磨机、管磨机、棒磨机和自磨机等。这类以筒体为主要工作机构的磨机通常统称为筒式磨机。3.1.3摆式磨机摆式磨机是利用摆动磨辊的挤压和研磨作用，粉碎物料的细粉磨机械。摆式磨机的粉磨机构为悬挂着的磨辊和固定环形磨盘，故又称悬辊式磨机。在旋转主轴上端的梅花架上悬挂的35个磨辊，在离心力的作用下向外摆动，物料在磨辊与环形磨盘之间受 碾压而粉碎。粉碎过的物料被由磨机下方吸入的热气流带入机体上方的分选机进行分离。合乎粒度要求的细粉随气流进入收集装置，粗大颗粒则返回到碾磨区重受碾磨。它适于粉磨中硬 度以下的物料，如煤、石膏、石灰石和农药等。3.1.4振动磨振动磨是利用研磨介质在高频振动时产生的冲击和研磨作用粉碎物料的超微粉碎机械。装有研磨介质和物料的容器安装在弹簧支架上，并与振动器相连。振动器的振动频率通常为2550赫。当给料粒度小于2毫米时，干法粉磨的排料粒度为855微米，湿法粉磨的可达0.1微米。它适于微粉碎各种硬度的物料。3.1.5砂磨机砂磨机是以砂粒状物质作为研磨介质的超微粉碎机械。砂磨机有卧式和立式两种。筒体内的旋转主轴上装有多层圆盘。当主轴转动时，研磨介质在旋转圆盘的带动下研磨压入筒内的浆料，使其中的固体物料细化 ，合格的浆料穿过小于研磨介质粒度的过滤间隙或筛孔流出。3.1.6胶体磨胶体磨是利用相对速度很高的研磨面带动浆料，使其中的固体颗粒相互冲击和摩擦，以达到粉碎目的的超微粉碎机械。粉碎机构由转子和定子组成，两者可以是单层圆盘或多层圆盘，也可以是同心套装的圆柱和壳体。 它适于制备各种悬浮液和乳化液。3.1.7钢抓磨钢抓磨是利用钢爪高速运动时产生的冲击作用粉碎物料的机械，俗称万能粉碎机，有卧式和立式两种。钢抓磨的粉碎机构为同心扣合在一起的固定爪盘和旋转爪盘，其上各有13圈钢爪。旋转爪盘的线速度为80130米/秒,给料粒度通常小于12毫米，排料粒度一般小于0.2毫米。它适于粉碎化工原料、药材、农药和粮谷等软物料。3.1.8涡轮粉碎机涡轮粉碎机是利用涡轮叶片的冲击和物料之间的剧烈碰撞作用，粉碎物料的超微粉碎机械，有立式和卧式两种。涡轮装于筒体内的旋转主轴上，调整叶片可使叶片所组成的外圆与 筒体之间的环形缝隙保持在215毫米之间。当涡轮以80120米/秒的圆周速度高速旋转时,装在出料端的风扇从 筒体的进料端吸入空气和物料。高速气流携卷着物料在筒体与涡轮的缝隙间，以紊乱的涡流状态沿螺旋形路线前行，在行进过程中，物料受涡轮叶片的冲击及其自身颗粒之间的相互剧烈碰撞和摩擦而粉碎。当物料通过排料端的分级装置时，粒级合格的细粉被排入收集装置，粗大的颗粒则返回到进料端重新经受粉碎。它适于粉碎橡胶、动物胶、树脂、颜料，盐、糖和谷物等。3.1.9气流粉碎机气流粉碎机是利用高速气流吹搅物料，使之相互撞击和摩擦而粉碎的超微粉碎机械。常见的有闭路循环式和扁平式两种。由粉碎室周边喷入的高压气体与送进的固体物料颗粒混合成的高速气流，不断受到从不同角度喷入的气流的切向冲击，使混合气流中的固体颗粒相互的撞击和摩擦而细化。这种粉碎机的磨损极小，可使产品免受污染；又因粉碎过程中温升甚微，有利于粉碎低熔点的物料。它适于粉碎石墨、冰晶石、硫磺、石灰石和滑石等。本工艺中选用球磨机。入料粒度为6毫米左右。3.2原料预处理过程原料的预处理工程分为煤的预处理和污泥的预处理两部分。煤的预处理是指将大颗粒的煤破碎至6毫米左右。常用的破碎设备有：3.2.1颚式破碎机俗称鄂破,由动鄂和静颚两块颚板组成破碎腔，模拟动物的两颚运动而完成物料破碎作业的破碎机。广泛运用于矿山、冶炼、建材、公路、铁路、水利和化工等行业中各种矿石与大块物料的中等粒度破碎。被破碎物料的最高抗压强度为320Mpa。颚式破碎机按照活动颚板的摆动方式不同，可以分为简单摆动式颚式破碎机(简摆颚式破碎机)。复杂摆动式颚式破碎机(复摆颚式破碎机)和综合摆动式颚式破碎机三种。3.2.1.1简摆式颚式破碎机动颚悬挂在心轴上，可作左右摆动，偏心轴旋转时，连杆做上下往复运动。带动两块推力板也做往复运动，从而推动动颚做左右往复运动，实现破碎和卸料。此种破碎机采用曲柄双连杆机构，虽然动颚上受有很大的破碎反力，而其偏心轴和连杆却受力不大，所以工业上多制成大型机和中型机，用来破碎坚硬的物料。此外，这种破碎机工作时，动颚上每点的运动轨迹都是以心轴为中心的圆弧，圆弧半径等于该点至轴心的距离，上端圆弧小，下端圆弧大，破碎效率较低，其破碎比i一般为3-6.由于运动轨迹简单，故称简单摆动颚式破碎机。简摆颚式破碎机结构紧凑简单，偏心轴等传动件受力较小；由于动颚垂直位移较小，加工时物料较少有过度破碎的现象，动颚颚板的磨损较小。3.2.1.2复摆式颚式破碎机动颚上端直接悬挂在偏心轴上，作为曲柄连杆机构的连杆，由偏心轴的偏心直接驱动，动颚的下端铰连着推力板支撑到机架的后壁上。当偏心轴旋转时，动颚上各点的运动轨迹是由悬挂点的圆周线(半径等于偏心距)，逐渐向下变成椭圆形，越向下部，椭圆形越偏，直到下部与推力板连接点轨迹为圆弧线。由于这种机械中动颚上各点的运动轨迹比较复杂，故称为复杂摆动式颚式破碎机。复摆式颚式破碎机与简摆式相比较，其优点是：质量较轻，构件较少，结构更紧凑，破碎腔内充满程度较好，所装物料块受到均匀破碎，加以动颚下端强制性推出成品卸料，故生产率较高，比同规格的简摆颚式破碎机的生产率高出20-30%；物料块在动颚下部有较大的上下翻滚运动，容易呈立方体的形状卸出，减少了像简摆式产品中那样的片状成分，产品质量较好。3.2.2旋回破碎机是利用破碎锥在壳体内锥腔中的旋回运动，对物料产生挤压、劈裂和弯曲作用，粗碎各种硬度的矿石或岩石的大型破碎机械。装有破碎锥的主轴的上端支承在横梁中部的衬套内，其下端则置于轴套的偏心孔中。轴套转动时，破碎锥绕机器中心线作偏心旋回运动它的破碎动作是连续进行的，故工作效率高于颚式破碎机 。到70年代初期，大型旋回破碎机每小时已能处理物料5000吨，最大给料直径可达2000毫米。3.2.3圆锥破碎机圆锥破碎机与旋回破碎机相比，转速高2.5倍，动锥摆动角大4倍。适用于冶金、建筑、筑路、化学及硅酸盐行业中原料的破碎，可以破碎中等和中等硬度以上的各种矿石和岩石。圆锥破碎机破碎比大、效率高、能耗低，产品粒度均匀，适合中碎和细碎各种矿石，岩石。3.2.4锤式破碎机电动机带动转子在破碎腔内高速旋转。物料自上部给料口给入机内，受高速运动的锤子的打击、冲击、剪切、研磨作用而粉碎。在转子下部，设有筛板、粉碎物料中小于筛孔尺寸的粒级通过筛板排出，大于筛孔尺寸的粗粒级阻留在筛板上继续受到锤子的打击和研磨，最后通过筛板排出机外。3.2.5反击式破碎机大块矿物沿导矿板进入破碎区后，收到锤头的第一次冲击，在破碎的同时从锤头处获得动能，并以高速抛向反击板，再次收到冲击破碎过程。物料在锤头和反击板弹回帖哦锤头打击区，继续重复上述破碎过程。物料在锤头和反击板之间的往返途中也相互碰撞，经多次冲击后破碎。当破碎后的矿物粒度小于锤头与反击板间的细缝时，就从机内下部排出。经综合评定，本工艺中选用反击式破碎机。污泥的预处理除了整套的污水处理系统以及污泥的脱水、运输和停放等过程外，还要有废水，污泥以及污泥改性剂的搅拌过程，即改性污泥的制备工程。3.3产物的后处理过程在磨浆结束后，得到的煤浆要和污泥混合，为达到混合均匀的目的，需要的设备是搅拌设备。3.3.1双螺旋锥形混合机A、混合空间为倒圆锥型，桶体内有两条、三条或单条螺旋轴在自转的情况下又沿着桶壁公转，电机减速机等动力装置处于混合机的上端。 B、混合物料适用范围大，对混合的物料密度偏差，粒径偏差要求不很严格，易控制物料的摩擦起热或起静电 C、混合物料时对晶体的破坏作用小。 D、设备混合时动力要求低，同样型号的设备电机功率大大降低。 E、设备型号可以扩大到很大，中国国产在用最大为30立方。 F、混合时间相对比较长，但大型设备制造成三螺旋形式，可以大大缩短混合时间。 G、主要应用与粉体与粉体的混合，可以在混合时往物料中喷入大量的液体，但混合的整个过程中物料体现为固态粉体，应用例染料、味精、添加剂、塑料粒子等。 3.3.2卧式无重力混合机A、混合空间为孪生U形圆桶卧式形式，桶体内有两条卧式的轴，轴上伸出带叶片的臂，两混合轴沿相反方向旋转，电机减速机处于主体设备的侧边。 B、主要为粉体，粒子间的混合，不适应于轻质物料的混合 C、混合时由于物料作大范围的运动，对物料的晶体有小范围的破坏。 D、设备混合时所有物料都处于高运动状态，动力要求最高。 E、混合时间是机械混合设备中最快的。 F、中国国产在用最大为20立方。 G、主要应用与粉体与粉体的混合，混合的物料可以是粒子形式，可以在混合时往物料中喷入少量的液体，但混合的整个过程中物料体现为固体粉体，应用例干混砂浆、食盐、化肥等。3.3.3卧式犁刀混合机A、混合空间为圆桶卧式形式，桶体内有一条带犁刀的卧式轴；在桶体的侧面带大量的高转速飞刀，与主混合轴成90度，电机减速机处于主体设备的端面。 B、混合时由于飞刀的高速运动，对物料的晶体有很大程度破坏。 C、动力要求具中，混合时间具中。 D、中国国产在用最大为20立方。 E、主要应用与粉体与粉体的混合，混合的物料可以带少量的短纤维，可以在混合时往物料中喷入少量的液体。应用例建材、太白粉、纤维粉体混合等。3.3.4卧式螺带混合机A、混合空间为U形圆桶卧式形式，桶体内有一条整体螺带轴。电机减速机处于主体设备的端面。 B、混合比较平稳，对晶体的破坏作用小。 C、设备混合时所有物料处于整体运动状态，动力要求高。 D、混合时间相对较短。 E、主要应用与粉体与粉体或带粘稠物料的混合，可以在混合时往物料中喷入大量的液体，混合的整个过程中物料体可以体现固体粉体也可以体现粘稠状，应用例稠化粉、灰面、涂料等。3.4螺杆泵的控制方案当流量减小时容积式泵的压力急剧上升，因此不能在容积式泵的出口管道上直接安装节流装置来调节流量，通常采用旁路调节或改变转速来调节流程。3.4.1改变原动机的转速这种方案适用于以蒸汽机或汽轮机作原动机的场合，此时，可借助于改变蒸汽流量的方法方便地控制转速，进而控制往复泵的出口流量。如图3.1所示4：图3.1 改变转速的方案3.4.2控制泵的出口旁路如图3.2所示，用改变旁路阀开度的方法来控制实际排出量。这种方案由于高压流体的部分能量要白白消耗在旁路上，故经济效益差4。3.4.3方案比较改变原动机转速的方案当采用电动机作原动机时，由于调速机构较复杂，故很少采用；用改变旁路阀开度的方法来控制实际排出量，这种方案由于高压流体的部分能量要白白消耗在旁路上，故经济效益较差。相比较而言，在本方案中采用控制泵的出口旁路的方法较为合理。图3.2 旁路调节第4章 100吨水煤浆贮罐设计由于水煤浆容易沉淀，在贮存期间需要经常进行搅拌，所以水煤浆的贮罐在设计时必须要考虑搅拌的问题。由于水煤浆的粘度较大，罐底的水煤浆通常不易清理，所在在水煤浆的贮罐设计中也要考虑选用合理的罐底。水煤浆密度约为，贮罐的材料选为Q235-B储罐尺寸的选择估算此储罐的体积为，所以此储罐采用等壁厚的结构。取壁厚4.1罐底设计由于，所以根据SH3046-1992中的规定，并取腐蚀裕量为幅板厚度选为，边缘板的厚度为。罐底选用倒圆锥形。这种罐底呈倒圆锥形，中间低，四周高。罐底坡度取为5%。此罐的直径小于12.5米，罐底的排版形式易按条形排板组焊。边缘板之间，边缘板与中辅板之间，以及中幅板之间的焊接，采用对接焊结构。焊缝下面下面应紧贴垫板，垫板厚度取为,宽度取为。在焊接的过程中，边缘板应采用V形坡口。扇形边缘板是由若干块切割好的扇形板组成。他是外周为圆形、内侧为正多边形的环状，采用对接焊结构。与罐壁连接处的边缘板之间的对接焊缝上表面应磨平，以保证与罐壁下缘紧密接触。边缘板对罐壁变形的影响较大，应采用与罐壁底层圈板相同的材质。罐底与罐壁底圈的内外角焊缝均采用连续焊，焊接高度等于罐底边缘板厚度。为减小罐底组焊时的工作量，减少变形，改善受力，节省焊接材料，减少焊缝长度及泄漏机会，罐底中幅板的宽度不易太窄，取为。由于罐底最大径向力在距离罐壁处，因此设计中规定边缘板在沿储罐半径方向的最小宽度为，取为1000mm。边缘板伸出罐壁外侧的距离应不小于，取为50mm。4.2罐壁设计，带入各值得：4.3灌顶设计球面拱顶的结构尺寸球面的曲率半径，取为。a=20mmb=30mm小头弧长 取为20，大头弧长球面顶板的厚度选为4.5mm。4.4附件4.4.1包边角钢包边角钢的结构形式如下图：图4.1 包边角钢由于本设计中的贮罐为常压贮罐，故包边角钢的尺寸可以取最小尺寸，根据SH3046-1992,确定包边角钢的最小尺寸为，单位为mm。4.4.2接管和法兰进料接管的结构形式进料管往往是伸入容器内，以避免物料沿内壁流动，减少物料对壁的 磨损和腐蚀。斜口的方向应使得泡沫不再溅到光壁上，起到保护作用。4.4.2.1进料接管法兰参数和图形（HG20596-1997）表4.1 进料接管法兰公称通径连接尺寸法兰颈