【導(dǎo)讀】的作品，并已通過論文答辯。本人系作品的唯一作者，即著作權(quán)人?，F(xiàn)本人同意將本作品收錄于《北京石油?；W院學位論文全文數(shù)據(jù)庫》。文的內(nèi)容一致，如因不同而引起學術(shù)聲譽上的損失由本人自負。公開級學位論文全文電子版允許讀者在校園網(wǎng)上瀏覽并下載全文。的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。中作了明確的說明并表示了謝意。的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本聲明的法律后果由本人承擔。適當?shù)奈⒉ㄝ椛涔β释ㄟ^高頻電磁場作用引起帶。第3周撰寫修改文獻綜述，按照規(guī)定格式上交Word打印版，準備開題報告；第5周確定隧道式微波輻射基本結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計計算；器，其主要優(yōu)點有處理污泥量大、可連續(xù)性操作、經(jīng)濟性好等。結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括

　　

【正文】 ，污水從池的一端流入，按水平方向在池內(nèi)流動，澄清的污水從另一端溢出， 在進水口處的底部設(shè)有貯泥斗。 平流式沉淀池的優(yōu)點有：污水在池內(nèi)流態(tài)特性比較穩(wěn)定，沉淀效果好；對沖擊負荷和溫度變化的適應(yīng)能力較強；施工簡單，設(shè)備造價低。平流式沉淀池主要適用于地下水位高及地質(zhì)條件差的地區(qū)和大、中、小型水處理廠。 主要尺寸的設(shè)計計算 參數(shù)表面負荷一般為 ~ m3/(m3h )； 設(shè)計水量 Qmax=20xxm3/d=。 (1) 池子總面積 設(shè)計水量 Qmax=20xx m3/d= m3/h= m3 /s 則 A = maxqQ= = ㎡ (31) 式中 ： q——表面負荷，取 q= m3/(㎡ h )。 微波輻射污泥系統(tǒng)設(shè)計 17 (2) 沉淀部分有效水深 沉淀池有效水深一般為 2~4m。取 h =3m， 則 h=qt= (32) t=2h 式中 ： t——水力停留時間。 (3) 沉淀部分有效容積 V=Qmax t=2= m3 (33) (4) 沉淀池長 L==2= (34) 式中： v——水平流速，小于 5mm/s，取 v=。 (5) 沉淀池總寬 B=AL = = (35) (6) 池子個數(shù) 設(shè) 兩 個沉 淀 池，則每池寬 。 (7) 校核長寬 比和長深比 長寬比 LB = =4 符合要求 (36) 長深比 hL = =8 在 8~12 之間，符合要求。 (37) (8) 污泥 量的產(chǎn)生 W= 120max1Q C CP? ??（ ）（ ） = 20xx 24 97%????（ ）1000 （ ）=1248 m3/d (38) 微波輻射污泥系統(tǒng)設(shè)計 18 式中 ： C1——進水懸浮物濃度， kg/ m3； C2——進水懸浮物濃度， kg/ m3； ? ——污泥濃度， 1000 kg/ m3； P0——污泥含水率， P0 = 97%。 計算污泥產(chǎn)量約為 50t/h。 加藥裝置 加藥裝置主要用于電廠的給水、爐水、循環(huán)水、廢水等處理，也可用于石油、化工、環(huán)保、供水系統(tǒng)等行業(yè)。單元組合式加藥裝置，主要有溶液箱、計量泵、過濾器、安全閥、止回閥、脈沖阻尼器、水位表、控制柜等組成一 體化安裝在一個底座上 [3]。用戶只需將組合式加藥裝置安放在加藥間，將加藥管接好接通電源即可啟動投入運行，這種工廠化的整套裝置，可大大減少設(shè)計和現(xiàn)場施工的工作量，對整機的質(zhì)量、安全和現(xiàn)場投運提供了可靠的保證。 加藥裝置是以計量泵為主要投加設(shè)備、將溶藥箱、攪拌器、液位計、安全閥、止回閥、壓力表、過濾器、緩沖器、管路、閥門、底座、扶梯、自動監(jiān)視系統(tǒng)、電力控制系統(tǒng)等按工藝流程需要組裝在一個公共平臺上，形成一個模塊，即所謂的撬裝式組合式單元。 圖 31 加藥裝置 微波輻射污泥系統(tǒng)設(shè)計 19 加藥裝置，采用的是機電一體化結(jié)構(gòu)形式，從安裝 上可分為固定式和移動式 (推車式 )，每種形式的加藥裝置均配有攪拌系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)。幾個固定式撬裝可組合成一個整體，加上變頻控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)就地控制、遠程自動控制、手動和自動相互轉(zhuǎn)換加藥。具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、噪音低、工作平穩(wěn)、安裝簡單、操作使用方便等優(yōu)點。加藥裝置通過不同的工藝設(shè)計，精確配置各類固體和液體的化學藥品的溶液，再用計量泵準確投加，以達到各種設(shè)計要求 。 設(shè)備選型 泵的選取 在污水處理過程中后續(xù)的污泥處理會涉及到污泥的輸送問題。污泥的性質(zhì)主要包括：含水率、揮發(fā)性固體和灰分 、相對密度、可消化程度、過濾比阻、毛細吸水時間等。與污泥輸送相關(guān)的性質(zhì)主要是污泥流動的水力特性 [3]。 從力學性質(zhì)的角度來看，污泥是一種兩相流體，在含水率較高 (高于 99%)的狀態(tài)下，屬于牛頓流體，流動特性接近于水流。隨著固體濃度的增加，污泥的流動顯示出來非牛頓流體的特性，一般在除砂的情況下，可視為均質(zhì)非牛頓流體中的偽塑體，其流變特性方程如下： 0 g dug dy???? ? ? (39) 式中 ： ? ——剪切應(yīng)力， kg/m2； 0? ——屈服剪切應(yīng)力， kg/m2； g——重力加速度， m/s2； g? ——塑性粘度， kg/(m? s)； /dudy ——速度梯度， l/s。 表 31 所示污泥特性值列表， 0? 和 g? 的取值如表所示。 微波輻射污泥系統(tǒng)設(shè)計 20 表 31 污泥的 0? 和 g? 值列表 物料 溫度 /℃ 濃度 /% 0? /kg/m2 g?/ kg/(m? s) 水 20 0 0 初次沉淀生污泥 12 消化污泥 17 10 消化污 泥 17 14 消化污泥 17 18 活性污泥 20 活性污泥 20 對于初次沉淀污泥來說剪切應(yīng)力為： 由于污泥屬于初次沉淀池生污泥，查表得 0? = 和 g? = 代入公式 (39)中計算得 0 0 . 0 2 84 . 3 8 6 1 4 . 3 8 99 . 8g dug d y???? ? ? ? ? ? ? (310) 初次沉淀污泥的水力特性很復(fù)雜，當污泥的含固量小于 1%時，其流動性能基本上和水一樣。對于含固量大于 1%的污泥，當在管道內(nèi)流速較低時 ()，其阻力比污水大；當在管道內(nèi)的流速大于 ，其阻力必污泥小。在層流條件下，由于 0? 的存在，污泥流動的阻力很大，因此污泥管道輸送常采用較大流速。 選用螺旋離心泵進行輸送污泥。螺旋離心泵是一種三元螺旋是單片的無堵塞泵，主要由葉輪、吸口、蝸殼、轉(zhuǎn)軸、軸承框架、耐磨內(nèi)襯等部件組成。由于流量為 。螺旋離心葉輪泵的特點如下： 真正的無堵塞性能，柔和輸送介質(zhì)，螺旋離心泵效率高，運行成本低，無過載區(qū)域，高固含量介質(zhì)處理能力；采用可耐磨內(nèi)襯，當發(fā)生磨損之后只需更換一個內(nèi)襯即可，無需更換整個外殼，既方便又經(jīng)濟。 微波輻射污泥系統(tǒng)設(shè)計 21 水處理系統(tǒng)管道的選取 管子的選取原則是按照污染治理工藝的要求 (如溫度、壓力、耐腐蝕等 )進行，主要選擇合適的管材、計算管內(nèi)徑、確定管壁厚、選定標準的常用管子規(guī)格，從而滿足處理工藝的要求 [11]。 (1) 管材的選取 首先管材 的選取選用無縫鋼管進行管路的主要材料。無縫鋼管按制造方法分為熱軋管和冷拔 (軋 )管。冷拔 (軋 )管的最大公稱直徑為 200mm，熱軋管最大公稱直徑為 600mm。在管道工程中，管徑超過 57mm 時，常選用熱軋管，管徑小于 57mm時常用冷拔 (軋 )管。管道工程常用的無縫鋼管有以下幾種： ① 一般無縫鋼管一般無縫鋼管簡稱無縫鋼管，用普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼、普通低合金鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼制造，用于制作輸送液體管道或制作結(jié)構(gòu)、零件用。 無縫鋼管按外徑和壁厚度供貨，在同一外徑下有多種壁厚，承受的壓力范圍較大。通常鋼管長度，熱軋管為 ，冷拔 (軋 )管為 。 ② 低中壓鍋爐用無縫鋼管 低中壓鍋爐用無縫鋼管是用 10 號、 20 號優(yōu)質(zhì)碳素鋼制造。 (2) 管內(nèi)徑 d 的計算 經(jīng)過實踐經(jīng)驗的總結(jié)，認為通常流體介質(zhì)在管內(nèi)比較合理的流速范圍如表 32所示。因此只要知道管路中流體通過的最大流量，就可算出管內(nèi)徑 d 的大小。 1 / 2 1 / ( ) ( )WQddvv?? ? ? ?或 (311) 式中 ： W——流體的質(zhì)量流量， kg/h； Q——流體的體積流量， m3/h； ? ——流體的密度， kg/m3； v ——流體的平均流速， m/s。 微波輻射污泥系統(tǒng)設(shè)計 22 表 32 各種常用流體流速范圍 流體類別 常用流速范圍 (m/s) 水及其他粘度較小的液體 工業(yè)用水 (自來水 ) 黏度較大的液體 (如鹽類液體 ) 液體自流速度 取流體的流動速度為 1 / 2 1 / 28 3 . 31 8 . 8 ( ) 1 8 . 8 ( ) 1 7 21Qd m mv? ? ? ? ? 因為出現(xiàn)誤差數(shù)據(jù)取整得 d=175mm。 微波輻射污泥系統(tǒng)設(shè)計 23 第四章 微波輻射發(fā)生裝置 磁控管 磁控管是 微波發(fā)生的主要部件，是完成電能轉(zhuǎn)換為微波能作輸出微波的器件。工作在微波頻率的磁控管有線性束管 (O 形管 )和交叉場型管 (M 形管 )。 實質(zhì)上磁控管是一個置于恒定磁場中的二極管，管內(nèi)電子在相互垂直的恒定磁場和核定電場的控制下，與高頻電磁場發(fā)生相互作用 [13]。磁控管陰極發(fā)射的電子受電場加速而速度升高，并受洛侖茲力的作用運動軌跡彎曲，在陽極交變電壓的作用下使得有足夠能量到達陽極。此過程獲得的全部能量建立高頻振蕩，向外發(fā)射微波。 磁控管結(jié)構(gòu) 磁控管的結(jié)構(gòu)包括：陰極、能量輸出器、陽極塊、諧振腔孔、諧振腔隙、引 線。其結(jié)構(gòu)如圖 41。 圖 41 磁控管內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 (1) 陰極 磁控管的陰極即電子的發(fā)射體，又是相互作用空間的一個組成部分。陰極的性能對管子的工作特性和壽命影響極大，被視為整個管子的心臟。 陰極的種類很多，性能各異。連續(xù)波磁控管中常用直熱式陰極，它由鎢絲或純微波輻射污泥系統(tǒng)設(shè)計 24 鎢絲繞成螺旋形狀，通電流加熱到規(guī)定溫度后就具有發(fā)射電子的能力。這種陰極具有加熱時間短和抗電子轟擊能力強等優(yōu)點，在連續(xù)波磁控管中得到廣泛的應(yīng)用。 此種陰極加熱電流大，要求陰極引線要短而粗，連接部分要接觸良好。大功率管的陰極引線工作時溫度很高 ，常用強迫風冷散熱。磁控管工作時陰極接負高壓，因此引線部分應(yīng)有良好的絕緣性能并能滿足真空密封的要求。為防止因電子回轟而使陽極過熱，磁控管工作穩(wěn)定后應(yīng)按規(guī)定降低陰極電流以延長使用壽命。 (2) 陽極 陽極是磁控管的主要組成之一，它與陰極一起構(gòu)成電子與高頻電磁場相互作用的空間。在恒定磁場和恒定電場的作用下，電子在此空間內(nèi)完成能量轉(zhuǎn)換的任務(wù)。磁控管的陽極除與普通的二極管的陽極一樣收集電子外，還對高頻電磁場的振蕩頻率起著決定性的作用。 陽極由導(dǎo)電良好的金屬材料 (如無氧銅 )制成，并設(shè)有多個諧振腔，諧振腔的數(shù)目必須是偶 數(shù)，管子的工作頻率越高腔數(shù)越多。陽極諧振腔的型式常為孔槽形、扇形和槽扇型，陽極上的每一個小諧振腔相當于一個并聯(lián)的 2C 振蕩回路。以槽扇型腔為例，可以認為腔的槽部分主要構(gòu)成振蕩回路的電容，而其扇形部分主要構(gòu)成振蕩回路的電感。由微波技術(shù)理論可知，諧振腔的諧振頻率與腔體的幾何尺寸成反比。腔體越大其工作頻率越低。于是，我們可以根據(jù)腔體的尺寸來估計它的工作頻段。磁控管的陽極由許多諧振腔耦合在一起，形成一個復(fù)雜的諧振系統(tǒng)。這個系統(tǒng)的諧振腔頻率主要決定于每個小諧振腔的諧振頻率，我們也可以根據(jù)小諧振腔的大小來估計磁控管的工作 頻段。 磁控管的陽極諧振系統(tǒng)除能產(chǎn)生所需要的電磁振蕩外，還能產(chǎn)生不同特性的多種電磁振蕩。為使磁控管穩(wěn)定的工作在所需的模式上，常用 隔型帶 來隔離干擾模式 。 隔型帶把陽極翼片一個間隔一個地連接起來，以增加工作模式與相鄰干擾模式之間的頻率間隔。 另外，由于經(jīng)能量交換后的電子還具有一定的能量，這些電子打上陽極使陽極溫度升高，陽極收集的電子越多 (即電流越大 )，或電子的能量越大 (能量轉(zhuǎn)換率越低 )，陽極溫度越高，因此，陽極需有良好的散熱能力一般情況下功率管采用強迫風冷，陽極帶有散熱片 。 大功率管則多用水冷，陽極上有冷卻水套 。 磁控管選型 (1) 負載要匹配 微波輻射污泥系統(tǒng)設(shè)計 25 無論什么設(shè)備都要求磁控管的輸出負載盡可能做到匹配，也就是它的電壓駐波比應(yīng)盡可能的小。駐波大不僅反射功率大，使被處理物料實際得到的功率減少，而且會引起磁控管跳模和陰極過熱，嚴重時會損壞管子。跳模時，陽極電流忽然出現(xiàn)跌落。引起跳模的原因除管子本身模式分隔度小外，主要有以下幾個方面 第一 電源內(nèi)阻太大，空載高而激起非 π模式。 第二 負載嚴重失配，不利相位的反射減弱了高頻場與電子流的相互作用，而不能維持正常的 π模振蕩。 第三 燈絲加熱不足，引起發(fā)射不足，或因管內(nèi)放氣使陰極中 毒引起發(fā)射不足，不能提供 π模振蕩所需的管子電流。為避免跳模的發(fā)生，要求電源內(nèi)阻不能過大，負載應(yīng)匹配。 (2) 冷卻 冷卻是保證磁控管正常工作的條件之一，大功率磁控管的陽極常用水冷，其陰極燈絲引出部分及輸出陶瓷窗同時進行強迫風冷，有些電磁鐵也用風冷或水冷。冷卻不良將使管子過熱而不能正常工作，嚴重時將燒壞管子。應(yīng)嚴禁在冷卻不足的條件下工作。 (3) 合理調(diào)整陰極加熱功率 磁控管起振后，由于不利電子回轟陰極使陰極溫度升高而處于過熱狀態(tài)，陰極過熱將使材料蒸發(fā)加劇，壽命縮短，嚴重時將燒壞陰極。防止陰極過熱的辦法是 按規(guī)定調(diào)整降低陰極加熱功率。 圖 42 磁控管外形 工業(yè)中常用的兩種頻率為 915MHz 和 2450MHz，如表 41 所示兩種工作頻率微波輻射污泥系統(tǒng)設(shè)計 26 的微波比較。 表 41 常用頻率的基本對比 影響因素 915MHz 2450MHz 加工物料的體積及厚度 (相同的介質(zhì)下 ) 穿透深度高 加工較厚較大物料 穿透深度淺 物料的含水量及介質(zhì)損耗 用于含水量較大的物料 含水量低提高微波吸收率 總生產(chǎn)量及成本 單根管獲得的功率 30kW 或60kW，應(yīng)用于大工作量降低成本。 單根管功率只能到5kW，如果用于大功率，需多管 并聯(lián)。 設(shè)備體積 磁控管和波導(dǎo)偏大 較 915MHz 偏小 以上作為選型參考，同時根據(jù)設(shè)計需求微波功率設(shè)計為 5kW，隧道式連續(xù)處理、擇體積較小、功率接近設(shè)計功率、經(jīng)濟效益這幾個方面 ， 2450MHz 頻率的磁控管最為適宜。 波導(dǎo)器件 波導(dǎo)管的設(shè)計 波導(dǎo)是微波頻段傳輸電磁波能量的主要元器件 [16]。依靠各種截面形狀的波導(dǎo)，可完成微波傳送，相互連接耦合，以及改變傳送方向等傳輸任務(wù)。從能耗的角度，電磁場被限制在波導(dǎo)的空間內(nèi)，不存在輻射損耗只是在壁上有熱損耗。從傳輸電磁波模式，波導(dǎo)尺寸確定后只有頻 率高于最低截止頻率的模式才能得到傳輸通過。 一般情況，給定的波導(dǎo)可能存在不同頻率的幾種模式的傳播，選擇合適的波導(dǎo)尺寸，保持主模的傳輸。波導(dǎo)為金屬材質(zhì)制成的各種截面的空心金屬管件主要形狀為矩形波導(dǎo)如圖 43 所示。 在實際應(yīng)用中，把波導(dǎo)管多數(shù)設(shè)計成只能傳輸單一波型?，F(xiàn)在使用的標準矩形波導(dǎo)管中，都只能傳播 TE10 波 (或 H10 波 )?？紤]一個橫截面為 a b 的矩形波導(dǎo)管 (圖微波輻射污泥系統(tǒng)設(shè)計 27 43)其管壁為理想導(dǎo)體，則管內(nèi)沿著 Z 軸傳播的 TE10 波的各個分量可以寫成： 如圖 44 所示在波導(dǎo)管中 TE10 電場沿 y軸傳播在 X、 Z 軸上無電場 [13]。磁場在X、 Z 所在平面內(nèi)振蕩。 ()0 sin i t zy xE E ea ??? ?? 0xzEE?? ()0 si n i t zx xH E ea ?????? ??? ()02 c os i t zz xH i E eaa ?????? ?? 0yH? 圖 43 矩形波導(dǎo)管 由波導(dǎo)電磁波傳輸理論，波導(dǎo)沿 z軸傳播其長度方向無長度限制。相位因數(shù) ?值連續(xù)，電磁波在 z軸上布局諧振性。 2/