1、 I （ 20_ _届） 本科毕业设计 污泥电渗干燥机的设计 一次干燥部分 II 摘 要 污泥是工业生产中常见的一种废弃材料，废弃后会造成严重的环境污染。若将其加工处理后得以利用，可变废为宝，同时减少对环境的污染。 本课题主要研究了污泥电渗干燥自动脱水设备的加工原理和构造。机器总体由挤出机、输送带、电极板及驱动装置、机架、电动机及传动装置等组成。机器的工作原理是这样的：先将污泥经挤出机充分搅拌后，通过成型口挤出成宽为500mm的污泥条带，然后由输送带送入电极板下进行电渗干燥脱水为粉状。脱水后 成为粉状的污泥可加入到燃煤中，作为发电厂的燃料。 与一般污泥干燥法相比，电渗干燥法 处理成本低，设备操
2、作简单，运行和维护方便、环保高效。 文中主要介绍了 自动电渗干燥脱水设备的总体设计思想，主要构件的设计计算方法等。所设计的机器加工原理合理，工作可靠，实现了污泥电渗干燥加工过程的机械化和自动化，具有较好的应用前景。 关键词： 污泥，干燥，电渗， 原理设计， 结构设计 III Design on the Sludge Electroosmosis Drying Machine Drying Part One Abstract Sludge is a kind of waste material in industrial production, after abandoning will cau
3、se severe environmental pollution. If its after processing, can use ballooning reutilized, while reducing pollution to the environment. This subject mainly studies the sludge electroosmosis dry automatic dewatering equipment processing principle and structure. Machine overall by extruder, conveyer b
4、elt, electricity plate and drives, frame, motor and transmission device etc. The machine working principle is this: the first fully mixing extruder sludge, after forming into a wide mouth for the extruder 500mm strips, then the conveyor belt sludge to under electroosmosis metalization defines for po
5、wder dry dehydration. After the sludge dewatering become powder can be added to coal-fired power plant, as the fuel. Compared with the general sludge drying, electroosmosis drying process cost is low, the equipment is simple, the operation and maintenance convenience, environmental protection and ef
6、ficiency. This paper mainly introduces automatic electroosmosis dry overall design of dewatering equipment thoughts, the design and calculation method of main components etc. The design of the machine processing principle is reasonable, reliable work, realized the sludge electroosmosis dry processin
7、g of mechanization and automation, has a good application prospect. Keywords: sludge, dry, electroosmosis, principle design, structure design IV 目录 摘 要 . II Abstract . III 1 绪论 . 1 1.1 课题的背景及意义 . 1 1.2 课题研究现状 . 1 1.2.1 热干燥 . 1 1.2.2 微波干燥 . 2 1.2.3 太阳能干燥 . 2 1.2.4 电渗干燥 . 2 1.3 课题研究的主要内容、目标及方法 . 3 2 方
8、案设计及论证 . 5 2.1 工艺原理方案设计 . 5 2.2 机器原理方案设计 . 6 2.3 主要性能参数的计算 . 7 3 结构方案设计 . 10 3.1 电动机选择与计算 . 10 3.2 传动系统的计算与校核 . 10 3.2.1 链传动的计算 . 10 3.2.2 带传动的选择 . 11 3.3 轴的分析和计算 . 12 3.3.1 偏心轮的设计与校核 . 12 3.3.2 叶片轴的设计与校核 . 14 3.4 轴承座的 选择 . 15 3.5 键的设计计算 . 16 3.6 螺栓的选择 . 17 3.7 机架的设计计算 . 17 3.7.1 机架尺寸的设计与校核 . 17 3.7
9、.2 焊接件的设计与校核 . 19 3.8 其它零部件的选取与计算 . 20 3.8.1 弹簧的选取 . 20 3.8.2 减速器的选取 . 21 4 制造安装及说明 . 22 4.1 加工制造方法 . 22 4.2 安装说明 . 22 V 4.3 使用 说明 . 22 5 结束语 . 23 5.1 问题分析 . 23 5.2 研究结语 . 23 参考文献 . 24 致谢 . 25 附录 . 26 污泥电渗干燥机的设计 一次干燥部分 1 1 绪论 1.1 课题的背景及意 义 污泥是化工类工业生产中常见的一种废弃材料，将其废弃会造成严重的环境污染。 根据环保部门的测算，全国每年产生含水率 80%
10、的污泥约 3000万吨左右，污泥中含有大量的有机物和丰富的氮磷等营养物质，以及重金属、盐类、致病菌和寄生虫等有害成分，处置不当将会引发环境卫生和污染问题。 目前，多数污泥没有得到妥善的处置，随意抛弃、倾倒的现象还普遍存在，由此引起的二次污染问题已不容忽视，在一定程度上甚至抵消了污染减排的成果。一些地区还因污泥处置不当，引发了环境污染事件 。因此，需要对污泥进行妥善的处理，若将其水份脱去成为粉状 ，加入到煤中，可作为发电厂的燃料，加以利用，既可变废为宝，节约资源，同时减少对环境的污染。 污泥脱水可采用自然干燥、人工加热干燥等，污泥电渗干燥是通过对污泥加一定的电压，通过正负极电热效应，实现干燥的目
11、的，为此，需要将污泥呈一定的形状连续通过电极来完成电渗加热过程。 利用 污泥电渗干燥机 ，城市污水处理厂产生污泥可以通过焚烧达到无害化、减量化处置。 另外， 污泥可以替代部分燃煤制热，因此制热单位还可以利用这一再生能源，来缓解当前燃煤供应紧张的局面 ，实现资源再利用。 1.2 课题研究的现状 1.2.1 热干燥 目前 ,许多 国家已在污泥处理中采用热干燥技术。按照热介质是否与污泥相接触 ,现行的污泥热干燥技术可以分为直接热干燥技术、间接热干燥技术和直接 间接联合式干燥技术。直接热干燥技术是通过热空气从污泥表面去除水分。干燥的效率取决于空气运行条件和污泥的自身结构及特征。热介质与污泥直接接触 ,
12、热介质低速流过污泥层 ,在此过程中吸收污泥中的水分 ,处理后的干污泥需与热介质进行分离。排出的废气一部分通过热量回收系统回到原系统中再用，剩余的部分经无害化后排放。此技术可使污泥的含水率降到 5%左右。但排出的废水和水蒸气须经过无害化处理后才能排放 ;同时 ,热介质与干污泥需加以分离，给操作和管理带来一定的麻烦。闪蒸式干燥器、转筒式干燥器、带式干燥器、喷淋式干燥器、螺环式干燥器和多效蒸发器等都属直接热干燥装置类 2。 在间接热干燥技术中 ,热介质并不与污泥直接接触 ,而是通过热交换器将热传递给湿污泥 ,使污泥中的水分得以蒸发 ,因而热介质不仅仅限于气体 ,也可用热2 油等液体 ,同时热介质也不
13、会受到污泥的污染 ,省却了后续的热介质与干污泥分离的过程。过程中蒸发的水分到冷凝器中加以冷凝。热介质的一部分回到原系统中再用 ,以节约能源。由于间接传热 ,该技术的热传输效率及 蒸发速率均不如直接热干燥技术 ,这种技术的操作设备有薄膜热干燥器 ,盘式热干燥器等。 直接 间接联合式干燥系统则是对 传导技术的整合 ,在所有提及的这些干燥器中 ,闪蒸式干燥器是目前应用最广的一种。胡龙等对以机械脱水及热干燥为主线的处理技术系统和以预干燥及焚烧艺处理污泥的综合热干燥系统进行了研究 3。 1.2.2 微波加热干燥 微波技术由于其热绝缘特性 ,广泛应用于科技领域的各个方面 ,是污泥高温分解的一种可选方法 4
14、。与传统的干燥方法相比 ,微波加热干燥污泥可以节约大量的时间和能量。有研究表明 ： 假如用微波处理单独的污泥 ,那么污泥只是起到干燥的作用 ； 要是微波处理的污泥中加人少量的合适的微波吸收体 ,那么干燥的温度可以达到 900 ,此时对污泥起到的是分解作用而不是干燥作用。 Idris等利用微波加热对含硅污泥干燥 ,得出了温度升高和持续干燥过程在理论和试验上的一致性 ,并得出在较短干燥时间里产生较高干燥效率的污泥质量和热量比 5。 1.2.3 太阳能干燥 太阳能干燥技术具有节能、运行费用低、对环境无污染等优点。天津大学和天津市纪庄子污水处理厂联合进行了利用太阳能干燥技术对污泥进行脱水试验 ,以期为
15、进一步降低 污泥脱水的运行费用以及为节约能源找到新的方法 5。郑宗和等通过试验证明利用太阳能污泥干燥技术对污泥进行脱水处理是一项可行的新技术。该技术污水厂污泥脱水处理的进一步节能成为可能。丘锦荣等通过对利用塑料棚和 H 光对污泥和有机废弃物进行干燥的试验研究 ,初步设计出了可以达到高温低湿的塑料棚 ,达到快速干燥污泥及其他有机物的目的 6。 S.Janjai等设计了一种整体式太阳暖房 (用集热板做暖房屋顶 )，指出相比较传统的太阳能干燥床，干燥周期有较大程度的缩短，且回收期仅 5a。 M.Bux 等测试了全自动化的太阳能干燥装置干 化市政发酵污泥的情况，这套装置每干燥 1t的污泥水分仅消耗22
16、 28(kW h)电能，而用传统的干燥方法干燥却需消耗 70 110(kW h)的电能 7 。 1.2.4 电渗干燥 随着污泥干化装置的完善 ,因此 ,污泥干化装置的高效、灵活、安全、稳定的优势逐渐被认同 ,并在污泥处理处置行业中迅速扩展。 马德刚和张书廷对电场协同污泥热干燥技术进行了研究 ,发现加入电场后 ,可防止污泥干化过程中粘壁现象的发生 ,减少了污泥内部的传热阻力 ,以及污泥污泥电渗干燥机的设计 一次干燥部分 3 与加热面之间的传热阻力。同时 ,由于在电场作用下 ,带负电荷的微生物向阳极运动 ,而水分 由于阳离子的驱动和污泥的挤压向阴极运动 ,从而使泥水分离 ,改善了污泥的干化效果 9
17、。马德刚等进行了电场协同作用下污泥热干燥的试验 ,结果表明 ,有电场时污泥的粘壁强度可降低到无电场时的 1/16，当污泥含水率大于 50%时 ,其干燥速度较传统方法有明显的提高。 1.3 课题研究的主要内容，目标及方法 污泥焚烧前处理技术通常指脱水或热干化等工艺，以提高污泥热值，降低运输和贮存成本，减少燃料和其他物料的消耗。热干化工艺有半干化（含固率达到60 80）和全干化（含固率达到 80 90）两种。热干化工艺一般仅用于处理脱水 污泥，主要技术性能指标（以单机升水蒸发量计）为：热能消耗 29404200KJ/kgH2O；电能消耗 0.04 0.90kW/kgH2O。 目前，污泥脱水多采用加
18、热烘干的方法，消耗大量能量且不环保，也有采用太阳能进行干燥的方法，需要投入较大的成本在太阳能集热设备上且占地面积较大。 污泥含固率在 35 45%时，热值为 4.8 6.5MJ/kg，可支持燃烧，用作土壤改良剂、肥料，或作为水泥窑、发电厂和焚烧炉燃料时，须将污泥含固率提高至80% 95%。 如要将污泥含固率提高至 80% 95%时，就要把细胞水也脱掉才 行。研究发现：(1)用加热方法温度要在 400以上才能把细胞内的水脱离出来； (2)如用外力挤压方法压力要在 50 /cm2以上才能把细胞水脱离出来。以上两种方法取出细胞水耗能大，不环保。用电渗透的方法节能效果好运行成本低，而且没有废弃飞灰及烟
19、尘，所以推荐电渗透污泥干化工艺。电渗透处理污泥是目前效率最高，耗能最少的污泥干化方法（含固率达到 80 90），通过运行证实改变污泥含水率最难的是把污泥细胞内的水分离出来。只有把细胞内的水分离出来，污泥改性后污泥中的水都变成游离水，才能真正地实现所要求的污泥含水率。 所 以，课题研究的目标在于，降低污泥干燥成本，设计出操作简单、运行和维护方便、环保高效的自动化污泥电渗干燥设备。 实现污泥电渗干燥加工过程的机械化和自动化。 通过对污泥进行电渗脱水，使污泥变成粉状并加入煤中作为发电的原料加以利用。 设计一种污泥自动成型输送机，并配以电极，来自动实现污泥的电渗干燥。 设计指标参数： (1)加工对象：
20、含一定水分的污泥 (2)成型要求：污泥按照宽 500mm，厚 40mm的带状 (3)干燥工艺：污泥一次成型、输送电渗、搅拌二次成型、输送电渗 4 (4)机器基 本组成：一次成型机、输送机及传动、机架等 (5)成型机工作转速 ： 50 100r/min (6)机器工作高度 ： 600mm； (7)完成一次干燥部分的设计。 按照设计参数，完成 污泥电渗脱水机器设备的总体设计以及主要零部件的设计。 课题的研究难点在于：首先要解决 污泥的在机械零件上的粘附问题，可通过在机械零件上的涂层来解决；第二是成型输送问题，即将团状的污泥通过成型机处理后使其以一定的形状通过电极来完成 电渗脱水。 设计计划安排：
21、2010.11.20 10.12.20：接受任务，搜资调研，撰 写文献综述、开题及外文翻译； 2010.12.20 11.01.20：完成文献综述和开题报告、外文翻译稿； 2011.02.20 11.03.30：工艺分析，设计方案分析论证，确定总体设计方案； 2011.04.01 11.04.20：毕业实习； 2011.04.20 11.05.10：总体结构设计，零部件结构设计； 2011.05.10 11.05.20：撰写设计说明书； 2011.05.20 ：整理完善各种设计材料，答辩准备。 污泥电渗干燥机的设计 一次干燥部分 5 2 方案设计及 论证 2.1 工艺原理 方案设计 目前，污泥
22、干燥一般采用热干燥法，热干燥就是将外部热介质，如热空气、燃气、蒸汽等，加热后通入干燥器与污泥直接接触，蒸发污泥中的水分并输送污泥。热介质离开干燥器与干污泥颗粒分离后，经除尘、除臭后排放。该方法目前采用的较多，技术比较成熟且在不断改进。主要的不足在于系统所需热风量大，尾气处理成本较高，系统整体能耗较大。 例如 图 2-1所示的污 泥烘干机。其主要组成部分：螺旋输送机、进料器、热源设备、引风机、旋风除尘器、卸料机、除臭设备等。 图 2-1 污泥烘干机工艺过程 利用太阳能干燥是 一项节能又环保的新技术，相比于热干燥系统，太阳能干燥能耗低，而且不需要处理尾气等，更为环保。但是，需要投入较大的资金在太阳能接受和转化的设备上，占地面积较大。 例如图 2-2所示的集热器 太阳能温室型污泥干燥。其主要组成有：太阳能集热器、布料机、风机、大面积的温室大棚等。 图 2-2 温室型太阳能干燥工艺过程
