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1、節(jié)能2015年第5期ENERGYCONSERVA【ON(總第392期)發(fā)酵罐內(nèi)固液兩相流的數(shù)值模擬宋金禮。陳貴軍，王娟(大連理工大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院，遼寧大連116023)摘要：以大連市某污泥處理廠為研究背景，以其厭氧發(fā)酵罐為研究對象，利用Fluent軟件，采用RNG湍流模型、多相流中的混合模型對發(fā)酵罐內(nèi)側(cè)進(jìn)式攪拌器對污泥與水固液兩相的三維流動(dòng)的影響進(jìn)行數(shù)值模擬。通過模擬得到罐內(nèi)速度場、固相濃度場的分布情況，分析對固相污泥的均勻分布產(chǎn)生影響的因素，對厭氧發(fā)酵過程中攪拌器的運(yùn)行參數(shù)及結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化提供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：厭氧發(fā)酵罐；側(cè)進(jìn)式攪拌器；數(shù)
2、值模擬；速度場；濃度場中圖分類號(hào)：Q819；TQ92文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1004—7948【2015)05—0022—04doi：103969／j．issn．1004—7948．2015．05．006距離LIPP罐底部的安裝高度C=1．3m。引言污泥厭氧消化相對于其他的污泥處理工藝，有著獨(dú)特的優(yōu)勢。通過厭氧消化，可使污泥穩(wěn)定化、不易腐敗，又能使大部分病原菌被殺滅或作為有機(jī)物被分解，使污泥無害化；同時(shí)，隨著污泥穩(wěn)定化，產(chǎn)生的大量熱值沼氣，可以作為能源用于發(fā)電或其他領(lǐng)域，從而使污泥資源化；最后，污泥經(jīng)消化以圖1攪拌槽結(jié)構(gòu)示意圖后，其中的部分有
3、機(jī)氮轉(zhuǎn)化成了氨氮，還提高了污泥的肥效?。影響污泥厭氧消化效率的因素有很多，主要包括：溫度、pH值、污泥含水率、攪拌、氨氮等j。其中，攪拌工藝對厭氧消化是極為重要的。國內(nèi)外對側(cè)進(jìn)式攪拌器的研究尚未形成體系，現(xiàn)有的側(cè)進(jìn)式攪拌器設(shè)計(jì)大多依賴長期運(yùn)行積累的經(jīng)驗(yàn)，因而建立完整的數(shù)值模擬方法對分析側(cè)進(jìn)式攪拌器運(yùn)行下的罐內(nèi)流場分布、混合狀況等規(guī)律，對攪拌器的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重大的意義J。1攪拌槽結(jié)構(gòu)文中所述計(jì)算模型是根據(jù)某污泥廠發(fā)酵罐和其內(nèi)部攪拌器的實(shí)際結(jié)構(gòu)得來的，示意圖與簡化模圖2攪拌器幾何簡化模型型如圖1、圖2所示，具體參數(shù)如下：2數(shù)值求解發(fā)酵罐有效高度H
4、=11m，直徑T=16m。有2采用GAMBIT對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。攪拌槽臺(tái)側(cè)進(jìn)式攪拌器均勻分布在攪拌槽下部周向，攪拌模型具有對稱性，為減少運(yùn)算，取模型的1／2作為器由3只均勻分布的葉片組成，葉片安裝角度為計(jì)算域。由于攪拌槳的結(jié)構(gòu)不規(guī)則，故采用適應(yīng)性35。，攪拌器伸入長度z=1．6m，槳葉直徑D=0．6m，槳較強(qiáng)的四面體非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對整體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，徑與槽徑比D／T=0．0375，轉(zhuǎn)速n=326r／min，攪拌器網(wǎng)格總數(shù)為144萬個(gè)。2015年第5期節(jié)能ENERGYCoNSERVA1_ION(總第392期)的污泥完全流動(dòng)起來，形成一個(gè)循環(huán)，但
5、存在部分死區(qū)。而上部的污泥流動(dòng)速度很小，污泥并不能很好的與水混合，從而導(dǎo)致發(fā)酵罐內(nèi)的污泥出現(xiàn)堆積薅及分層現(xiàn)象，影響了厭氧發(fā)酵的效果。但不同高度蛙處水平截面上污泥濃度分布比較均勻。贈(zèng)2)提高攪拌器的轉(zhuǎn)速對發(fā)酵罐上部分層現(xiàn)象有了很大的改善，使罐內(nèi)污泥更均勻的混合。但轉(zhuǎn)速的提高并不能改善污泥的堆積，也不能消除死z／m區(qū)。當(dāng)攪拌器轉(zhuǎn)速從326r／min提高到626r／min圖9不同槳葉長度時(shí)直線Jl的固相體積分?jǐn)?shù)時(shí)，罐內(nèi)污泥濃度在7％左右的區(qū)域提高了20％左右。3)增加攪拌器的槳葉長度對罐內(nèi)污泥的混合5功率計(jì)算效果提升非常明顯，同時(shí)能夠消除罐內(nèi)死區(qū)，
6、減少通過軟件輸出攪拌器的扭矩，計(jì)算得出攪拌器污泥的堆積。槳葉長度從300mm提高到425mm的功率，計(jì)算結(jié)果如表1和表2所示。時(shí)，發(fā)酵罐內(nèi)污泥濃度在7％左右的區(qū)域提高了P=n·M／9550(1)57％，罐內(nèi)的污泥基本處于均勻狀態(tài)，再增加槳葉式中：P一功率，kW；長度，對罐內(nèi)污泥分布幾乎沒有影響，反而增加了一轉(zhuǎn)速，r／min；能耗。肘。_扭矩，N·m。4)提高攪拌器轉(zhuǎn)速和槳葉長度的同時(shí)，輸出表1不同轉(zhuǎn)速下攪拌器的功率功率也大幅提升，即代表能耗的增加。具體應(yīng)該如何選擇結(jié)構(gòu)及操作參數(shù)，還需要在考慮能耗的基礎(chǔ)上進(jìn)一步探討。參考文獻(xiàn)[1]趙東方．高含固
7、率污泥厭氧消化攪拌技術(shù)及水力特性研究[D]．北京：北京建筑工程學(xué)院，2012．[2]王田田．高含固率城市污泥厭氧消化工藝研究[D]．濟(jì)表2不同槳葉長度下攪拌器的功率南：山東建筑大學(xué)，2013．[3]方鍵，桑芝富，楊全保．側(cè)進(jìn)式攪拌器三維流場的數(shù)值模擬[J]．石油機(jī)械，2009，(1)：30—34．[4]翁煥新．污泥無害化、減量化、資源化處理新技術(shù)[M]．北京：科學(xué)出版社，2009．[5]王瑞．污泥干化基礎(chǔ)特性及工藝研究[D]．沈陽：沈陽航空工業(yè)學(xué)院，2010．通過表1和表2可以看出，隨著轉(zhuǎn)速及槳葉長[6]董厚生，魏化中，舒安慶，等．?dāng)嚢璨蹆?nèi)固
8、液兩相流的數(shù)值度的增加，攪拌器的輸出功率也大幅提升。當(dāng)轉(zhuǎn)速模擬及功率計(jì)算[J]．化工裝備技術(shù)，2012，(1)：14—16．n提高到626r／min時(shí)，其功率已經(jīng)達(dá)
