城市生活垃圾好氧堆肥用滚筒式生物反应器的研制

摘要

本文针对城市生活垃圾好氧堆肥工艺进行了堆肥所需的滚筒式生物反应器的研制。研究了近年来国内外城市生活垃圾好氧堆肥技术及装置的发展，分析了好氧堆肥工艺中的影响堆肥效果的几种可控因素，主要包括温度、有机质组分含量、水分含量、PH值、C/N及通风供氧量等。
　　 根据城市生活垃圾好氧堆肥的工艺要求，完成了对滚筒式生物反应器的结构设计，主要包括反应器筒体的结构设计、筒体内抄板的设计及布置、滚圈的结构设计、支承装置的结构设计以及传动装置的选用及设计。采用ANSYS软件对滚筒式生物反应器结构应力进行有限元法模拟分析。求解结果:筒体出现应力最大值位置在首端支承装置与筒体下方接触处，符合强度要求。
　　 对反应器支承装置进行了接触问题的理论研究，并用ANSYS软件对反应器的支承装置的应力进行模拟分析。求解结果得知应力最大值出现的区域在滚圈与托轮接触的区域，形状呈矩形，符合赫兹接触理论，并且支承装置的应力最大值在许用应力值范围之内，符合强度要求。
　　 用FLUENT软件对滚筒式生物反应器的内部流场进行了模拟分析。通过对不同结构抄板筒体模型内部流场情况的比较可知:推进抄板段筒体内物料的轴向推进速度最大，两种不同角度阻料抄板段筒体内物料的轴向推进速度最小，证明了螺旋式推进抄板对物料的推进作用以及两种不同角度阻料抄板对物料轴向移动的阻止作用;通过对不同转速条件下推进抄板筒体内部流场模拟结果的对比得知，随着转速的不断增大，物料受到的搅动不断增大，物料相与空气相之间的混合情况越剧烈;对不同物料填充率的模拟结果对比，得出:填充率为15％时，物料的轴向推进效果及与空气的混合效果最佳。
　　 滚筒式生物反应器加工完成后，对其进行了安装及试运转以及初步试验。利用滚筒式反应器对城市生活垃圾、垃圾与脱水污泥混合物、垃圾与废纸三种不同的物料进行好氧堆肥试验，比较物料在不同的处理时间下对滚筒式生物反应器堆肥效果的影响。试验结果表明:处理时间为2天的物料有机质组分的减量化效果最佳，生活垃圾及垃圾与脱水污泥混合物料好氧堆肥的产物比垃圾与废纸混合物堆肥的产物更适合作为后续厌氧消化产气过程的原料。
　　 本文在滚筒式生物反应器的研制上取得了初步的成果，对未来进一步优化反应器结构，提高城市生活垃圾的堆肥效率具有一定的指导作用。

目录

声明

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摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 我国城市生活垃圾现状

1．2 城市生活垃圾的主要处理方法

1．2．1 卫生填埋法

1．2．2 焚烧法

1．2．3 堆肥法

1．3 国内外生活垃圾好氧堆肥技术及装置的发展

1．3．1 传统好氧堆肥技术及装置

1．3．2 现代化好氧堆肥技术及装置

1．4 本文的研究内容

第二章 滚筒式生物反应器的结构设计

2．1 反应器筒体结构设计

2．1．1 筒体结构形式

2．1．2 筒体结构设计计算

2．2 滚圈结构设计

2．2．1 滚圈结构形式

2．2．2 滚圈的设计计算

2．3 支承装置的结构设计计算

2．3．1 支承装置结构形式及受力分析

2．3．2 托轮的设计计算

2．3．3 挡轮的设计计算

2．3．4 轴承支座结构设计

2．4 传动装置的设计计算

2．4．1 传动装置的基本要求

2．4．2 传动装置的功率计算

2．5 进料、出料装置结构设计

2．6 抄板结构设计及功用

2．7 支承装置、传动装置主要部件润滑方法

2．8 本章小结

第三章 滚筒式生物反应器结构应力的模拟分析

3．1 滚筒式生物反应器主体模型的建立

3．1．1 建立反应器实体模型及离散处理

3．1．2 计算模型的约束条件及载荷施加

3．1．3 求解与结果分析

3．2 支承装置接触应力有限元模拟分析

3．2．1 支承装置接触类型分析

3．2．2 支承装置接触问题理论分析

3．2．3 支承装置接触模拟结果分析

3．3 本章小结

第四章 滚筒式生物反应器内部流场的数值模拟分析

4．1 滚筒式反应器数学模型的选择

4．1．1 两相流模型

4．1．2 VOF模型的控制方程

4．1．3 湍流模型的选取

4．1．4 转动模型的选取

4．2 几何模型的建立

4．2．1 几何模型的简化及建立

4．2．2 网格的划分

4．2．3 边界条件的设置

4．3 结果与讨论

4．3．1 不同结构反应器筒体内部流场模拟结果的对比

4．3．2 不同转速对反应器筒体内部流场模拟结果的对比

4．3．3 不同物料填充率对反应器筒体内部流场模拟结果的对比

4．4 本章小结

第五章 滚筒式生物反应器的安装、试运转及初步试验研究

5．1 滚筒式生物反应器的安装与试运转

5．1．1 滚筒式生物反应器的安装

5．1．2 滚筒式生物反应器的调试运转

5．2 滚筒式生物反应器好氧堆肥减量化效果试验

5．2．1 试验方案设计

5．2．2 样品采集

5．2．3 测定方法

5．2．4 结果与讨论

5．3 滚筒式生物反应器好氧堆肥产物物性研究试验

5．3．1 试验方案设计

5．3．2 样品采集

5．3．3 总氮含量、总碳含量的测定方法

5．3．4 结果与讨论

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

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