周印羲,石 萬,李曉姣,袁 進(jìn),3,余 麗,吉 偉,彭 雅

污泥低溫余熱干化的模擬研究及參數(shù)優(yōu)化

周印羲1,2*,石 萬1,2,李曉姣1,2,袁 進(jìn)1,2,3,余 麗1,2,吉 偉1,2,彭 雅1,2

(1.太原理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,山西 晉中 030600；2.太原理工大學(xué)環(huán)保產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究院,山西 晉中 030600；3.山西科城能源環(huán)境創(chuàng)新研究院,山西 太原 030006)

利用Aspen Plus流程模擬軟件對(duì)污泥低溫余熱干化過程進(jìn)行建模,重點(diǎn)探討了污泥干化效果、循環(huán)風(fēng)量及旁通率等控制參數(shù)的影響,同時(shí)對(duì)干化過程的能耗進(jìn)行分析.結(jié)果表明,污泥低溫干化效果受到加熱器和冷凝器出口溫度的顯著影響,加熱器最佳出口溫度為80℃,冷凝器最佳出口溫度為40℃;在目標(biāo)含水率為30%時(shí),最小循環(huán)風(fēng)量為97598Nm3/h,最大旁通率為0.70,增大循環(huán)風(fēng)量,減小旁通率有利于污泥低溫干化;SMER隨著循環(huán)風(fēng)量、旁通率的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì),在目標(biāo)含水率為30%時(shí), 單位能耗除濕量(SMER2)最高可達(dá)24.7kg/kWh.Aspen Plus流程模擬軟件可用于指導(dǎo)污泥低溫余熱干化的裝置設(shè)計(jì)及參數(shù)優(yōu)化,為推動(dòng)其大規(guī)模應(yīng)用提供理論支撐.

污泥；低溫干化；余熱；Aspen Plus；流程模擬

隨著我國(guó)工業(yè)及城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展,工業(yè)污泥和市政污泥的產(chǎn)量逐年增加,如何妥善的處置受到了廣泛關(guān)注.傳統(tǒng)的污泥處理處置技術(shù)包括衛(wèi)生填埋、土地利用和焚燒等[1],無論采用何種處理處置技術(shù),關(guān)鍵在于降低污泥的含水率[2].采用常規(guī)的污泥機(jī)械脫水工藝,減水效果有限,脫水后污泥含水率仍在80%左右,必須采用干化技術(shù)將其含水率降低至40%,或者更低.污泥熱干化技術(shù)通常采用蒸汽、導(dǎo)熱油或高溫?zé)煔獾茸鳛楦稍锝橘|(zhì),具有干化速度快,效果好等優(yōu)點(diǎn),但需要消耗大量的能源,設(shè)備投資大,并存在二次污染問題.低溫干化技術(shù)采用100℃以下干燥介質(zhì)對(duì)污泥進(jìn)行干化,是近年發(fā)展起來的新技術(shù),其干化溫度低,節(jié)能效果顯著,過程安全,無爆炸風(fēng)險(xiǎn),有害氣體及臭氣釋放量也大大減少,降低了二次污染及尾氣處理難度[3-5].低溫干化主要包括低溫?zé)岜酶苫痆6-7]、低溫余熱干化[8-10]、低溫真空脫水干化[11-12]以及煙氣直接干化[13-14]等.其中低溫余熱干化利用企業(yè)內(nèi)部的低溫?zé)崴鳛闊嵩?或與煙氣換熱后得到的低溫?zé)崴甗10],可最大程度地提高能源利用效率.

影響污泥低溫余熱干化系統(tǒng)運(yùn)行效果的因素很多,其中最重要的是對(duì)循環(huán)風(fēng)溫度和濕度的調(diào)控.一般來說,循環(huán)風(fēng)溫度越高,相對(duì)濕度越低,干化效果就越好[15].而循環(huán)風(fēng)的溫度和濕度又與加熱器和冷凝器直接相關(guān).此外影響循環(huán)風(fēng)溫度和濕度的因素是循環(huán)風(fēng)量和旁通率.目前,循環(huán)風(fēng)量的計(jì)算主要通過循環(huán)風(fēng)進(jìn)出冷凝器的溫差和熱泵的額定制熱量[16],或利用冷量平衡方程以及空氣狀態(tài)方程[17],存在著未考慮循環(huán)風(fēng)中所含水蒸氣、計(jì)算方法較為復(fù)雜等問題.更為重要的是,上述工作均未考慮旁通率的影響.綜上所述,利用模擬軟件開展循環(huán)風(fēng)量和旁通率對(duì)控制循環(huán)風(fēng)溫度和濕度的研究十分必要.

Aspen Plus作為一款大型通用流程模擬軟件,具有反應(yīng)器、換熱器等多種模型,可用于模擬干化過程.基于以上分析,本文采用33℃循環(huán)冷卻水作為冷媒的冷凝器、90℃低溫?zé)崴鳛闊崦降募訜崞?利用Aspen Plus流程模擬軟件對(duì)污泥低溫余熱干化過程進(jìn)行建模,重點(diǎn)探討了污泥干化效果、循環(huán)風(fēng)量及旁通率等控制參數(shù)的影響,同時(shí)對(duì)干化過程的能耗進(jìn)行分析,以期為污泥低溫余熱干化裝置的設(shè)計(jì)及控制參數(shù)優(yōu)化提供新方法.

1 材料與方法

1.1 污泥低溫余熱干化流程

污泥低溫余熱干化系統(tǒng)采用冷凝除濕技術(shù),包括污泥擠條機(jī)、污泥上料出料系統(tǒng)、網(wǎng)帶干化機(jī)、熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)、冷凝除濕系統(tǒng)(即冷凝器)、循環(huán)風(fēng)加熱系統(tǒng)等,見圖1.濕污泥經(jīng)擠條機(jī)成型后平鋪于透氣網(wǎng)帶上,隨網(wǎng)帶向前緩慢移動(dòng).在此過程中污泥與循環(huán)風(fēng)充分接觸,水分不斷蒸發(fā)污泥得以干化.網(wǎng)帶一般設(shè)計(jì)為多層,首尾交錯(cuò),污泥由上層網(wǎng)帶掉落至下層網(wǎng)帶,最終經(jīng)出料機(jī)排出系統(tǒng).底部干熱空氣與污泥經(jīng)濕熱交換后,溫度逐級(jí)降低,濕度逐級(jí)升高,最后經(jīng)最上層網(wǎng)帶轉(zhuǎn)變?yōu)闈窭淇諝?其中一部分經(jīng)一級(jí)加熱器復(fù)熱后,直接返回干化機(jī)最上層網(wǎng)帶底部;另一部分進(jìn)入冷凝器降溫除濕,所得冷凝水經(jīng)收集后排至廠區(qū)污水管網(wǎng).出冷凝器的低溫飽和空氣經(jīng)加熱器復(fù)熱,又轉(zhuǎn)變?yōu)楦蔁峥諝?完成循環(huán),再次進(jìn)入網(wǎng)帶干化機(jī).其中冷凝器采用循環(huán)冷卻水作為冷媒,加熱器采用廠內(nèi)低溫?zé)崴鳛闊崦?

整個(gè)干化過程采用低于80℃的蒸發(fā)溫度,能有效避免污泥中除硫化氫和氨以外更多有機(jī)物的揮發(fā),減少有害氣體及臭氣釋放;此外整個(gè)系統(tǒng)采用閉式箱體循環(huán),局部呈微負(fù)壓,可有效降低臭氣及粉塵逸出.

圖1 污泥低溫余熱干化系統(tǒng)流程示意

1.擠條機(jī);2.網(wǎng)帶干化機(jī);3.出料機(jī);4.一級(jí)循環(huán)風(fēng)機(jī);5.一級(jí)加熱器;6.過濾器;7.冷凝器; 8.加熱器;9.循環(huán)風(fēng)機(jī)

1.2 基于Aspen Plus污泥低溫余熱干化系統(tǒng)建模

1.2.1 模型建立 在Aspen Plus建模過程中,對(duì)實(shí)際流程進(jìn)行了一定的簡(jiǎn)化.實(shí)際工藝中過濾器用于對(duì)循環(huán)風(fēng)進(jìn)行除塵,對(duì)循環(huán)風(fēng)溫度、相對(duì)濕度等參數(shù)沒有影響,因此模型中沒有模擬過濾器.循環(huán)風(fēng)機(jī)、一級(jí)循環(huán)風(fēng)機(jī)為循環(huán)風(fēng)提供動(dòng)力,假設(shè)整個(gè)干化過程中沒有壓力損失,因此在模型中未設(shè)置循環(huán)風(fēng)機(jī)、一級(jí)循環(huán)風(fēng)機(jī).

基于上述簡(jiǎn)化,針對(duì)日處理量為50t的污泥低溫余熱干化系統(tǒng),建立Aspen Plus模擬流程如圖2所示.將DRY-REC(RSTOIC)模塊和DRY-FLSH (FLASH2)模塊結(jié)合模擬污泥干化機(jī).污泥作為一種非常規(guī)組分(NC),其工業(yè)分析和元素分析見表1.污泥在DRY-REC模塊將水分釋放出來,在DRY- FLSH模塊中水分進(jìn)入氣相(循環(huán)風(fēng))中,與干污泥相分離.在模擬過程中通過加入Calculator模塊控制污泥干化程度,即干污泥目標(biāo)含水率.HeatX模塊用于模擬循環(huán)風(fēng)冷凝器、加熱器,FLASH2模塊用于模擬氣液分離器.模型主要輸入?yún)?shù)及單元操作模塊說明分別見表2和表3.

圖2 Aspen Plus模擬流程圖

表1 污泥的工業(yè)分析和元素分析

表2 模型主要輸入?yún)?shù)

表3 單元操作模塊說明

1.2.2 物性參數(shù)及方法 采用的物性方法為PR-BM[18],該方法適用于體系為非極性或弱極性的混合物.該體系中常規(guī)組分包括H2O、N2、O2,非常規(guī)組分(NC)包括污泥(Sludge).NC物性只需要計(jì)算焓和密度,焓計(jì)算模型采用HCOALGEN,選項(xiàng)代碼為1111,四位數(shù)字分別代表燃燒熱、生成熱、熱容和焓基準(zhǔn);密度模型采用DCOALIGT.

1.2.3 模型假設(shè) 由于污泥低溫余熱干化的實(shí)際過程較為復(fù)雜,故本文對(duì)建模過程進(jìn)行如下假設(shè):

①不考慮干化和換熱過程的散熱損失;

②污泥與循環(huán)風(fēng)充分接觸,濕熱交換平衡;

③系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài),所有參數(shù)不隨時(shí)間變化[19-20];

④不考慮過程中的壓力降和泄露[19].

2 結(jié)果與討論

2.1 循環(huán)風(fēng)溫度

2.1.1 加熱器出口溫度 加熱器和冷凝器與循環(huán)風(fēng)的溫度和濕度直接相關(guān).圖3為干污泥含水率、干化機(jī)出口循環(huán)風(fēng)溫度及相對(duì)濕度隨加熱器出口溫度的變化情況.當(dāng)循環(huán)風(fēng)量和旁通率維持不變,加熱器出口循環(huán)風(fēng)溫度為70℃、75℃、80℃時(shí)(一級(jí)加熱器出口溫度與之相同),干污泥含水率分別為57.8%、46.1%、30.0%.加熱器出口溫度越高,干污泥含水率越低,這一現(xiàn)象與文獻(xiàn)[15]的試驗(yàn)結(jié)果一致.當(dāng)循環(huán)風(fēng)溫度為80℃時(shí),干污泥含水率達(dá)到目標(biāo)含水率30%.隨著加熱器出口溫度的升高,輸入整個(gè)系統(tǒng)的熱量增加,干化機(jī)出口循環(huán)風(fēng)溫度升高,相對(duì)濕度降低;加熱器及一級(jí)加熱器出口循環(huán)風(fēng)的相對(duì)濕度隨加熱器出口溫度的升高而降低.故加熱器出口溫度取80℃為宜.

2.1.2 冷凝器出口溫度 圖4為干污泥含水率、干化機(jī)出口循環(huán)風(fēng)溫度及相對(duì)濕度隨冷凝器出口溫度的變化情況.當(dāng)循環(huán)風(fēng)量和旁通率維持不變,冷凝器出口溫度為40℃、45℃、50℃時(shí),干污泥含水率分別為30.0%、37.1%、47.0%.冷凝器出口循環(huán)風(fēng)溫度越低,干污泥含水率越低.當(dāng)循環(huán)風(fēng)溫度為40℃時(shí),干污泥含水率達(dá)到目標(biāo)含水率30%.隨著冷凝器出口溫度的降低,排出整個(gè)系統(tǒng)的熱量增加,干化機(jī)出口循環(huán)風(fēng)溫度降低,相對(duì)濕度降低.加熱器及一級(jí)加熱器出口循環(huán)風(fēng)相對(duì)濕度隨冷凝器出口溫度的降低而降低.故冷凝器出口溫度取40℃為宜.

2.2 循環(huán)風(fēng)量

在模擬過程中通過加入Calculator模塊來控制污泥的干化程度,即干污泥的目標(biāo)含水率.圖5(a)為干污泥含水率隨循環(huán)風(fēng)量的變化情況.在同一目標(biāo)含水率下,隨著循環(huán)風(fēng)量的增加,干污泥含水率逐漸降低,并最終達(dá)到目標(biāo)值.在此過程中,循環(huán)風(fēng)量存在一個(gè)最小值,即圖中P1、P2、P3點(diǎn),循環(huán)風(fēng)量過低將無法達(dá)到預(yù)期干化效果;且目標(biāo)含水率越低,滿足目標(biāo)值所需的最小循環(huán)風(fēng)量就越高,當(dāng)干污泥的目標(biāo)含水率由40%降至20%時(shí),最小循環(huán)風(fēng)量由93746Nm3/h升至102746Nm3/h,增幅達(dá)9.6%.因此在污泥低溫余熱干化過程中,循環(huán)風(fēng)機(jī)選擇合適的風(fēng)量至關(guān)重要,風(fēng)量過小無法將污泥干化至預(yù)期目標(biāo).

除了影響干污泥含水率外,循環(huán)風(fēng)量的大小直接影響到循環(huán)風(fēng)的溫度和濕度.圖5(b)為目標(biāo)含水率30%時(shí)循環(huán)風(fēng)溫度和相對(duì)濕度隨循環(huán)風(fēng)量的變化情況.當(dāng)循環(huán)風(fēng)量由89219Nm3/h增至94483Nm3/h時(shí),干化機(jī)出口循環(huán)風(fēng)溫度、相對(duì)濕度基本不變,此時(shí)溫度為50.4℃,相對(duì)濕度為100%,循環(huán)風(fēng)已達(dá)到飽和;此后繼續(xù)增大循環(huán)風(fēng)量,循環(huán)風(fēng)溫度開始上升,相對(duì)濕度開始下降,增至114453Nm3/h時(shí),溫度升至54.8℃,相對(duì)濕度降為77%.造成上述現(xiàn)象主要是由于當(dāng)循環(huán)風(fēng)量超過最小值(97598Nm3/h,即圖5中P2點(diǎn))后,干污泥含水率已達(dá)到目標(biāo)值30%,這一點(diǎn)從圖3可以得到印證;此后繼續(xù)增加循環(huán)風(fēng)量,只會(huì)增加輸入系統(tǒng)的熱量,進(jìn)而導(dǎo)致干化機(jī)出口循環(huán)風(fēng)溫度升高,相對(duì)濕度降低.模擬中將加熱器、一級(jí)加熱器出口循環(huán)風(fēng)溫度設(shè)為80℃,因而加熱器出口循環(huán)風(fēng)相對(duì)濕度基本保持不變.

分析：從題意和圖形可知，A、C不相鄰，B、D也不相鄰，也就是A、C可以同色或不同色，B、D也如此；由此問題可較為直觀地分為4類：①A、C同色，B、D也同色，有4×3=12種；②A、C同色，B、D不同色，有4×3×2=24種；③A、C不同色，B、D同色，有4×3×2=24種；④A、C、B、D都不同色，有4×3×2×1=24種.根據(jù)分類計(jì)數(shù)原理，故選擇B.

循環(huán)風(fēng)量的增加還將導(dǎo)致循環(huán)冷卻水和低溫?zé)崴昧康淖兓?圖5(c)為循環(huán)冷卻水和低溫?zé)崴昧侩S循環(huán)風(fēng)量的變化情況.隨著循環(huán)風(fēng)量的增加,循環(huán)冷卻水與低溫?zé)崴昧烤霈F(xiàn)增長(zhǎng).當(dāng)循環(huán)風(fēng)量由89219Nm3/h增至114453Nm3/h時(shí),循環(huán)冷卻水用量由72.5t/h升至85.3t/h,增幅17.7%;熱水總用量由91.4t/h升至106.9t/h,增幅16.9%,其中加熱器熱水用量增幅較大(29.4%),一級(jí)加熱器熱水用量增幅較小(9.1%).綜上所述,循環(huán)風(fēng)量的選取應(yīng)綜合考慮,除了必須大于最小循環(huán)風(fēng)量外,還應(yīng)考慮干污泥目標(biāo)含水率以及循環(huán)冷卻水和低溫?zé)崴南?

2.3 旁通率

干化機(jī)上層網(wǎng)帶上主要是新鮮的濕污泥,水分蒸發(fā)以表面蒸發(fā)為主.污泥表面的風(fēng)量越大,水分越易蒸發(fā).通過加大經(jīng)一級(jí)加熱器復(fù)熱的空氣量,使進(jìn)入冷凝器的循環(huán)風(fēng)量減少,可提高除濕效率[9,21].旁通率(BR)指流經(jīng)一級(jí)加熱器的循環(huán)風(fēng)流量與循環(huán)風(fēng)總流量的比值.旁通率越大,通過一級(jí)加熱器的循環(huán)風(fēng)量越大,則通過冷凝器的循環(huán)風(fēng)量就越少.圖6(a)為干污泥含水率隨旁通率的變化情況.在同一目標(biāo)含水率下,隨著旁通率的減小,干污泥含水率逐漸降低,并最終達(dá)到目標(biāo)值.在此過程中,旁通率存在一個(gè)最大值,即圖中P4、P5點(diǎn),旁通率過高將無法達(dá)到預(yù)期干化效果;當(dāng)目標(biāo)含水率為40%時(shí),由于對(duì)干化效果要求較低,旁通率在0.5～0.8內(nèi)對(duì)干污泥含水率影響不大.目標(biāo)含水率越低,滿足目標(biāo)值所需最大旁通率就越低,當(dāng)目標(biāo)含水率由30%降至20%時(shí),最大旁通率由0.70降至0.62.因此在污泥低溫余熱干化過程中,循環(huán)風(fēng)旁通率過大無法將污泥干化至預(yù)期目標(biāo).

圖6(b)為目標(biāo)含水率為30%時(shí)循環(huán)風(fēng)溫度和相對(duì)濕度隨旁通率的變化情況.當(dāng)旁通率由0.5增至0.667時(shí),干化機(jī)出口循環(huán)風(fēng)溫度變化不大,由50.5℃增至51.1℃,相對(duì)濕度變化較大,由87.0%增至97.1%;此后繼續(xù)增大旁通率,循環(huán)風(fēng)溫度急劇上升,相對(duì)濕度很快達(dá)到飽和,當(dāng)旁通率為0.75時(shí),溫度為52.4℃,相對(duì)濕度100%.造成上述現(xiàn)象的原因主要是當(dāng)旁通率超過最大值后,干污泥含水率無法達(dá)到目標(biāo)值30%,通過冷凝器的循環(huán)風(fēng)量減少[22],致使循環(huán)風(fēng)中水蒸氣無法通過冷凝器有效排出,降低了循環(huán)風(fēng)的帶水能力,此時(shí)若繼續(xù)增大旁通率,只會(huì)增加輸入系統(tǒng)的熱量,進(jìn)而導(dǎo)致干化機(jī)出口循環(huán)風(fēng)溫度升高.模擬中將加熱器、一級(jí)加熱器出口循環(huán)風(fēng)溫度設(shè)定為80℃,隨著旁通率的增加,通過一級(jí)加熱器循環(huán)風(fēng)相對(duì)濕度緩慢增加,而通過加熱器空氣相對(duì)濕度基本保持不變.

旁通率的變化還將導(dǎo)致循環(huán)冷卻水和低溫?zé)崴昧康淖兓?圖6(c)為循環(huán)冷卻水和低溫?zé)崴昧侩S旁通率的變化情況.隨著旁通率的增加,循環(huán)冷卻水與低溫?zé)崴昧烤霈F(xiàn)下降.當(dāng)旁通率由0.5增至0.8時(shí),循環(huán)冷卻水用量由83.9t/h降至72.8t/h,降幅13.2%;一級(jí)加熱器熱水用量出現(xiàn)較大增長(zhǎng),增幅48.9%,加熱器熱水用量出現(xiàn)較大下降,降幅60.0%,熱水總用量由105.1t/h降至91.9t/h,降幅12.6%.綜上所述,與循環(huán)風(fēng)量相似,旁通率的選取也應(yīng)綜合考慮,除了必須小于最大旁通率外,還應(yīng)考慮干污泥目標(biāo)含水率以及循環(huán)冷卻水和低溫?zé)崴南?

2.4 單位能耗除濕量(SMER)

污泥干化系統(tǒng)是利用外部能量蒸發(fā)水分來實(shí)現(xiàn)干化目的,常采用單位能耗除濕量(SMER)來評(píng)價(jià)干化系統(tǒng)的能量利用效率[23],其定義見下式(1).

式中:為干化過程中從污泥除去水分的質(zhì)量,kg;為整個(gè)干化過程系統(tǒng)所消耗的總能量,kWh.在污泥低溫余熱干化系統(tǒng)中,系統(tǒng)能耗主要來自循環(huán)風(fēng)機(jī)和一級(jí)循環(huán)風(fēng)機(jī),SMER1見式(2);若考慮循環(huán)冷卻水及低溫?zé)崴谋盟湍芎?SMER2見式(3).式中:CF為循環(huán)風(fēng)機(jī)消耗能量,kWh;FCF為一級(jí)循環(huán)風(fēng)機(jī)消耗能量,kWh;CW為循環(huán)水泵消耗能量,kWh;HW為熱水泵消耗能量,kWh.風(fēng)機(jī)及水泵消耗能量采用離心風(fēng)機(jī)和離心泵電機(jī)效率公式計(jì)算,其中風(fēng)機(jī)全壓參考文獻(xiàn)[16]取值600Pa,風(fēng)機(jī)和水泵效率取值0.8,機(jī)械效率0.98,電動(dòng)機(jī)功率儲(chǔ)備系數(shù)1.2.

綜上所述,將Aspen Plus應(yīng)用于污泥低溫余熱干化模擬,可節(jié)省大量的設(shè)計(jì)計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作,為推動(dòng)其大規(guī)模應(yīng)用提供理論支撐.但是在裝置的實(shí)際運(yùn)行中,因?yàn)槲勰嗯c循環(huán)風(fēng)的濕熱交換過程可能未達(dá)到平衡,所以下一步需結(jié)合干化動(dòng)力學(xué)開展模擬;此外軟件無法對(duì)干燥過程中有害氣體及臭氣的排放進(jìn)行模擬,需開展相關(guān)試驗(yàn)工作,完善該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)以提升應(yīng)用價(jià)值.

3 結(jié)論

3.1 循環(huán)風(fēng)溫度(包括加熱器出口溫度以及冷凝器出口溫度)顯著影響干污泥含水率.研究表明,要實(shí)現(xiàn)干污泥目標(biāo)含水率30%,加熱器的最佳出口溫度為80℃,而冷凝器的最佳出口溫度為40℃.

3.2 利用Aspen Plus對(duì)污泥低溫余熱干化過程進(jìn)行模擬,結(jié)果表明,增大循環(huán)風(fēng)量,減小旁通率,有利于污泥低溫干化.在干污泥目標(biāo)含水率一定時(shí),所需循環(huán)風(fēng)量存在一個(gè)最小值,而旁通率存在一個(gè)最大值.循環(huán)風(fēng)量最小值、旁通率最大值隨目標(biāo)含水率的變化而變化.

3.3 在利用SMER進(jìn)行干化系統(tǒng)的能效評(píng)價(jià)時(shí),隨著循環(huán)風(fēng)量、旁通率的增加,SMER呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì).在目標(biāo)含水率為30%、循環(huán)風(fēng)量為99604Nm3/h、旁通率為0.667時(shí),SMER2最高可達(dá)24.7kg/kWh,能同時(shí)達(dá)到含水率和能耗要求.

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Simulation study and optimization of parameters for low temperature drying of sludge using waste heat.

ZHOU Yin-xi1,2*, SHI Wan1,2, LI Xiao-jiao1,2, YUAN Jin1,2,3, YU Li1,2, JI Wei1,2, PENG Ya1,2

(1.College of Environmental Science and Engineering, Taiyuan University of Technology, Jinzhong 030600, China；2.Innovation Institute of Environmental Industry, Taiyuan University of Technology, Jinzhong 030600, China；3.Shanxi Coshare Innovation Institute of Energy & Environment, Taiyuan 030006, China)., 2023,43(8)：4099～4105

Aspen Plus process simulation software was used to model low-temperature waste heat drying process, focusing on the effects of drying parameters, i.e., sludge moisture content, recycling air flow rate and bypass ratio. Besides, energy consumption for the dying process was analyzed. The results indicated that the low-temperature drying of sludge was significantly influenced by the outlet temperatures of the heater and condenser. The optimal outlet temperature for the heater was 80℃, while the optimal outlet temperature for the condenser was 40℃. When the target moisture content was 30%, the minimum recycling air flow rate was 97598Nm3/h, and the maximum bypass ratio was 0.70. Increasing the recycling air flow rate and reducing the bypass ratio were beneficial for low-temperature sludge drying. The specific moisture extraction rate (SMER) exhibited an increasing-then-decreasing trend with the increase of recycling air flow rate and bypass ratio. When the target moisture content was 30%, the maximum SMER2 could reach to 24.7kg/kWh. Aspen Plus Simulation can be applied to guide the design of low-temperature sludge drying device and the optimization of corresponding parameters, and further provide theoretical supports for promoting large-scale application of low-temperature waste heat drying.

sludge；low temperature drying；waste heat；Aspen Plus；process simulation

X705

A

1000-6923(2023)08-4099-07

周印羲(1980-),男,遼寧興城人,助理研究員,博士,主要從事工業(yè)窯爐協(xié)同處置固體廢物及固體廢物資源化利用的研究.發(fā)表論文10余篇.396434513@qq.com.

周印羲,石 萬,李曉姣,等.污泥低溫余熱干化的模擬研究及參數(shù)優(yōu)化 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2023,43(8):4099-4105.

Zhou Y X, Shi W, Li X J, et al. Simulation study and optimization of parameters for low temperature drying of sludge using waste heat [J]. China Environmental Science, 2023,43(8):4099-4105.

2023-01-09

工業(yè)窯爐協(xié)同處置固體廢物技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)項(xiàng)目(YDZX20191400002883)

* 責(zé)任作者, 講師, 396434513@qq.com