污泥低溫余熱干化的模擬研究及參數優化

周印羲,石 萬,李曉姣,袁 進,3,余 麗,吉 偉,彭 雅

污泥低溫余熱干化的模擬研究及參數優化

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

(1.太原理工大學環境科學與工程學院,山西 晉中 030600；2.太原理工大學環保產業創新研究院,山西 晉中 030600；3.山西科城能源環境創新研究院,山西 太原 030006)

利用Aspen Plus流程模擬軟件對污泥低溫余熱干化過程進行建模,重點探討了污泥干化效果、循環風量及旁通率等控制參數的影響,同時對干化過程的能耗進行分析.結果表明,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℃;在目標含水率為30%時,最小循環風量為97598Nm3/h,最大旁通率為0.70,增大循環風量,減小旁通率有利于污泥低溫干化;SMER隨著循環風量、旁通率的增加呈現先增加后減少的趨勢,在目標含水率為30%時, 單位能耗除濕量(SMER2)最高可達24.7kg/kWh.Aspen Plus流程模擬軟件可用于指導污泥低溫余熱干化的裝置設計及參數優化,為推動其大規模應用提供理論支撐.

污泥；低溫干化；余熱；Aspen Plus；流程模擬

隨著我國工業及城鎮化的快速發展,工業污泥和市政污泥的產量逐年增加,如何妥善的處置受到了廣泛關注.傳統的污泥處理處置技術包括衛生填埋、土地利用和焚燒等[1],無論采用何種處理處置技術,關鍵在于降低污泥的含水率[2].采用常規的污泥機械脫水工藝,減水效果有限,脫水后污泥含水率仍在80%左右,必須采用干化技術將其含水率降低至40%,或者更低.污泥熱干化技術通常采用蒸汽、導熱油或高溫煙氣等作為干燥介質,具有干化速度快,效果好等優點,但需要消耗大量的能源,設備投資大,并存在二次污染問題.低溫干化技術采用100℃以下干燥介質對污泥進行干化,是近年發展起來的新技術,其干化溫度低,節能效果顯著,過程安全,無爆炸風險,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熱泵干化[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內部的低溫熱水作為熱源,或與煙氣換熱后得到的低溫熱水[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運行效果的因素很多,其中最重要的是對循環風溫度和濕度的調控.一般來說,循環風溫度越高,相對濕度越低,干化效果就越好[15].而循環風的溫度和濕度又與加熱器和冷凝器直接相關.此外影響循環風溫度和濕度的因素是循環風量和旁通率.目前,循環風量的計算主要通過循環風進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方程[17],存在著未考慮循環風中所含水蒸氣、計算方法較為復雜等問題.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風量和旁通率對控制循環風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℃循環冷卻水作為冷媒的冷凝器、90℃低溫熱水作為熱媒的加熱器,利用Aspen Plus流程模擬軟件對污泥低溫余熱干化過程進行建模,重點探討了污泥干化效果、循環風量及旁通率等控制參數的影響,同時對干化過程的能耗進行分析,以期為污泥低溫余熱干化裝置的設計及控制參數優化提供新方法.

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采用冷凝除濕技術,包括污泥擠條機、污泥上料出料系統、網帶干化機、熱風循環系統、冷凝除濕系統(即冷凝器)、循環風加熱系統等,見圖1.濕污泥經擠條機成型后平鋪于透氣網帶上,隨網帶向前緩慢移動.在此過程中污泥與循環風充分接觸,水分不斷蒸發污泥得以干化.網帶一般設計為多層,首尾交錯,污泥由上層網帶掉落至下層網帶,最終經出料機排出系統.底部干熱空氣與污泥經濕熱交換后,溫度逐級降低,濕度逐級升高,最后經最上層網帶轉變為濕冷空氣,其中一部分經一級加熱器復熱后,直接返回干化機最上層網帶底部;另一部分進入冷凝器降溫除濕,所得冷凝水經收集后排至廠區污水管網.出冷凝器的低溫飽和空氣經加熱器復熱,又轉變為干熱空氣,完成循環,再次進入網帶干化機.其中冷凝器采用循環冷卻水作為冷媒,加熱器采用廠內低溫熱水作為熱媒.

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

圖1 污泥低溫余熱干化系統流程示意

1.擠條機;2.網帶干化機;3.出料機;4.一級循環風機;5.一級加熱器;6.過濾器;7.冷凝器; 8.加熱器;9.循環風機

1.2 基于Aspen Plus污泥低溫余熱干化系統建模

1.2.1 模型建立 在Aspen Plus建模過程中,對實際流程進行了一定的簡化.實際工藝中過濾器用于對循環風進行除塵,對循環風溫度、相對濕度等參數沒有影響,因此模型中沒有模擬過濾器.循環風機、一級循環風機為循環風提供動力,假設整個干化過程中沒有壓力損失,因此在模型中未設置循環風機、一級循環風機.

基于上述簡化,針對日處理量為50t的污泥低溫余熱干化系統,建立Aspen Plus模擬流程如圖2所示.將DRY-REC(RSTOIC)模塊和DRY-FLSH (FLASH2)模塊結合模擬污泥干化機.污泥作為一種非常規組分(NC),其工業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模塊中水分進入氣相(循環風)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,即干污泥目標含水率.HeatX模塊用于模擬循環風冷凝器、加熱器,FLASH2模塊用于模擬氣液分離器.模型主要輸入參數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 污泥的工業分析和元素分析

表2 模型主要輸入參數

表3 單元操作模塊說明

1.2.2 物性參數及方法 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.該體系中常規組分包括H2O、N2、O2,非常規組分(NC)包括污泥(Sludge).NC物性只需要計算焓和密度,焓計算模型采用HCOALGEN,選項代碼為1111,四位數字分別代表燃燒熱、生成熱、熱容和焓基準;密度模型采用DCOALIGT.

1.2.3 模型假設 由于污泥低溫余熱干化的實際過程較為復雜,故本文對建模過程進行如下假設:

①不考慮干化和換熱過程的散熱損失;

②污泥與循環風充分接觸,濕熱交換平衡;

③系統處于穩態,所有參數不隨時間變化[19-20];

④不考慮過程中的壓力降和泄露[19].

2 結果與討論

2.1 循環風溫度

2.1.1 加熱器出口溫度 加熱器和冷凝器與循環風的溫度和濕度直接相關.圖3為干污泥含水率、干化機出口循環風溫度及相對濕度隨加熱器出口溫度的變化情況.當循環風量和旁通率維持不變,加熱器出口循環風溫度為70℃、75℃、80℃時(一級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,這一現象與文獻[15]的試驗結果一致.當循環風溫度為80℃時,干污泥含水率達到目標含水率30%.隨著加熱器出口溫度的升高,輸入整個系統的熱量增加,干化機出口循環風溫度升高,相對濕度降低;加熱器及一級加熱器出口循環風的相對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、干化機出口循環風溫度及相對濕度隨冷凝器出口溫度的變化情況.當循環風量和旁通率維持不變,冷凝器出口溫度為40℃、45℃、50℃時,干污泥含水率分別為30.0%、37.1%、47.0%.冷凝器出口循環風溫度越低,干污泥含水率越低.當循環風溫度為40℃時,干污泥含水率達到目標含水率30%.隨著冷凝器出口溫度的降低,排出整個系統的熱量增加,干化機出口循環風溫度降低,相對濕度降低.加熱器及一級加熱器出口循環風相對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 循環風量

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

除了影響干污泥含水率外,循環風量的大小直接影響到循環風的溫度和濕度.圖5(b)為目標含水率30%時循環風溫度和相對濕度隨循環風量的變化情況.當循環風量由89219Nm3/h增至94483Nm3/h時,干化機出口循環風溫度、相對濕度基本不變,此時溫度為50.4℃,相對濕度為100%,循環風已達到飽和;此后繼續增大循環風量,循環風溫度開始上升,相對濕度開始下降,增至114453Nm3/h時,溫度升至54.8℃,相對濕度降為77%.造成上述現象主要是由于當循環風量超過最小值(97598Nm3/h,即圖5中P2點)后,干污泥含水率已達到目標值30%,這一點從圖3可以得到印證;此后繼續增加循環風量,只會增加輸入系統的熱量,進而導致干化機出口循環風溫度升高,相對濕度降低.模擬中將加熱器、一級加熱器出口循環風溫度設為80℃,因而加熱器出口循環風相對濕度基本保持不變.

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.根據分類計數原理，故選擇B.

循環風量的增加還將導致循環冷卻水和低溫熱水用量的變化.圖5(c)為循環冷卻水和低溫熱水用量隨循環風量的變化情況.隨著循環風量的增加,循環冷卻水與低溫熱水用量均出現增長.當循環風量由89219Nm3/h增至114453Nm3/h時,循環冷卻水用量由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%),一級加熱器熱水用量增幅較小(9.1%).綜上所述,循環風量的選取應綜合考慮,除了必須大于最小循環風量外,還應考慮干污泥目標含水率以及循環冷卻水和低溫熱水的消耗.

2.3 旁通率

干化機上層網帶上主要是新鮮的濕污泥,水分蒸發以表面蒸發為主.污泥表面的風量越大,水分越易蒸發.通過加大經一級加熱器復熱的空氣量,使進入冷凝器的循環風量減少,可提高除濕效率[9,21].旁通率(BR)指流經一級加熱器的循環風流量與循環風總流量的比值.旁通率越大,通過一級加熱器的循環風量越大,則通過冷凝器的循環風量就越少.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,并最終達到目標值.在此過程中,旁通率存在一個最大值,即圖中P4、P5點,旁通率過高將無法達到預期干化效果;當目標含水率為40%時,由于對干化效果要求較低,旁通率在0.5～0.8內對干污泥含水率影響不大.目標含水率越低,滿足目標值所需最大旁通率就越低,當目標含水率由30%降至20%時,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,循環風旁通率過大無法將污泥干化至預期目標.

圖6(b)為目標含水率為30%時循環風溫度和相對濕度隨旁通率的變化情況.當旁通率由0.5增至0.667時,干化機出口循環風溫度變化不大,由50.5℃增至51.1℃,相對濕度變化較大,由87.0%增至97.1%;此后繼續增大旁通率,循環風溫度急劇上升,相對濕度很快達到飽和,當旁通率為0.75時,溫度為52.4℃,相對濕度100%.造成上述現象的原因主要是當旁通率超過最大值后,干污泥含水率無法達到目標值30%,通過冷凝器的循環風量減少[22],致使循環風中水蒸氣無法通過冷凝器有效排出,降低了循環風的帶水能力,此時若繼續增大旁通率,只會增加輸入系統的熱量,進而導致干化機出口循環風溫度升高.模擬中將加熱器、一級加熱器出口循環風溫度設定為80℃,隨著旁通率的增加,通過一級加熱器循環風相對濕度緩慢增加,而通過加熱器空氣相對濕度基本保持不變.

旁通率的變化還將導致循環冷卻水和低溫熱水用量的變化.圖6(c)為循環冷卻水和低溫熱水用量隨旁通率的變化情況.隨著旁通率的增加,循環冷卻水與低溫熱水用量均出現下降.當旁通率由0.5增至0.8時,循環冷卻水用量由83.9t/h降至72.8t/h,降幅13.2%;一級加熱器熱水用量出現較大增長,增幅48.9%,加熱器熱水用量出現較大下降,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,與循環風量相似,旁通率的選取也應綜合考慮,除了必須小于最大旁通率外,還應考慮干污泥目標含水率以及循環冷卻水和低溫熱水的消耗.

2.4 單位能耗除濕量(SMER)

污泥干化系統是利用外部能量蒸發水分來實現干化目的,常采用單位能耗除濕量(SMER)來評價干化系統的能量利用效率[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量,kg;為整個干化過程系統所消耗的總能量,kWh.在污泥低溫余熱干化系統中,系統能耗主要來自循環風機和一級循環風機,SMER1見式(2);若考慮循環冷卻水及低溫熱水的泵送能耗,SMER2見式(3).式中:CF為循環風機消耗能量,kWh;FCF為一級循環風機消耗能量,kWh;CW為循環水泵消耗能量,kWh;HW為熱水泵消耗能量,kWh.風機及水泵消耗能量采用離心風機和離心泵電機效率公式計算,其中風機全壓參考文獻[16]取值600Pa,風機和水泵效率取值0.8,機械效率0.98,電動機功率儲備系數1.2.

綜上所述,將Aspen Plus應用于污泥低溫余熱干化模擬,可節省大量的設計計算和現場調試工作,為推動其大規模應用提供理論支撐.但是在裝置的實際運行中,因為污泥與循環風的濕熱交換過程可能未達到平衡,所以下一步需結合干化動力學開展模擬;此外軟件無法對干燥過程中有害氣體及臭氣的排放進行模擬,需開展相關試驗工作,完善該技術的優勢以提升應用價值.

3 結論

3.1 循環風溫度(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,要實現干污泥目標含水率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對污泥低溫余熱干化過程進行模擬,結果表明,增大循環風量,減小旁通率,有利于污泥低溫干化.在干污泥目標含水率一定時,所需循環風量存在一個最小值,而旁通率存在一個最大值.循環風量最小值、旁通率最大值隨目標含水率的變化而變化.

3.3 在利用SMER進行干化系統的能效評價時,隨著循環風量、旁通率的增加,SMER呈現先增加后減少的趨勢.在目標含水率為30%、循環風量為99604Nm3/h、旁通率為0.667時,SMER2最高可達24.7kg/kWh,能同時達到含水率和能耗要求.

[1] 謝 昆,尹 靜,陳 星.中國城市污水處理工程污泥處置技術研究進展 [J]. 工業水處理, 2020,40(7):18-23. Xie K, Yin J, Chen X. Research progress on sludge treatment technology of urban sewage treatment project in China [J]. Industrial Water Treatment, 2020,40(7):18-23.

[2] 翁煥新.污泥無害化、減量化、資源化處理新技術 [M]. 北京:科學出版社, 2009:15-20. Weng H X. New technology of sludge harmless, reduction and recycling treatment [M]. Beijing: Science Press, 2009:15-20.

[3] Goh L J, Othman M Y, Mat S, et al. Review of heat pump systems for drying application [J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2011,15:4788-4796.

[4] 方 興,李志華,楊成建.冷熱聯用對市政脫水污泥低溫干燥的影響[J]. 中國環境科學, 2020,40(6):2546-2553.Fang X, Li Z H, Yang C J. Discussion on the existing problems and advantages of heat pump low temperature drying of sludge [J]. China Environmental Science, 2020,40(6):2546-2553.

[5] 吳青榮,張緒坤,王高敏.城市污泥低溫干化技術研究進展 [J]. 環境工程, 2017,35(3):127-131. Wu Q R, Zhang X K, Wang G M. Advances on low temperature drying technology of municipal sewage sludge [J]. Environmental Engineering, 2017,35(3):127-131.

[6] Zheng Q S, Cao L, Ni L, et al. Operating characteristics of sludge heat pump dryer and influencing factors of performance: A field experiment in an electroplating factory [J]. Applied Thermal Engineering, 2022, 212,118602.

[7] Zhang T, Yan Z W, Wang L Y, et al. Theoretical analysis and experimental study on a low-temperature heat pump sludge drying system [J]. Energy, 2021,214:118985.

[8] 柳兆忠.污泥低溫干化技術在煤化工裝置的應用及優化 [J]. 大氮肥, 2021,44(5):358-360. Liu Z Z. Low temperature sludge drying technology applied in coal chemical plant and its optimization [J]. Large Scale Nitrogenous Fertilizer Industry, 2021,44(5):358-360.

[9] 梁 靜,薛會鴿,袁 鋼.污泥低溫冷凝干化機運行效果影響因素和蒸發除濕控制參數 [J]. 節能與環保, 2021,(6):94-96. Liang J, Xue H G, Yuan G. Influencing factors of operation effect of sludge low temperature condensation dryer and control parameters of evaporation dehumidification [J]. Energy Conservation and Environmental Protection, 2021,(6):94-96.

[10] 呂開雷,楊 淘,陳紫君,等.電解鋁煙氣余熱低溫干化處理市政污泥工程應用 [J]. 中國給水排水, 2021,37(12):120-123.Lu K L, Yang T, Chen Z J, et al. Application of low temperature drying in municipal sludge treatment with waste heat of electrolytic aluminum flue gas [J]. China Water & Wastewater, 2021,37(12):120-123.

[11] 許太明,孫洪娟,曲獻偉,等.污泥低溫真空脫水干化成套技術 [J]. 中國給水排水, 2013,29(2):106-108.Xu T M, Sun H J, Qu X W, et al. Sludge low-temperature vacuum drying system [J]. China Water & Wastewater, 2013,29(2):106-108.

[12] 李 拓,陳貽龍.廣州鰲頭污水處理廠污泥干化工藝設計 [J]. 凈水技術, 2019,38(7):42-46. Li T, Chen Y L. Technological process design of sludge drying project of Aotou wastewater treatment plant in Guangzhou [J]. Water Purification Technology, 2019,38(7):42-46.

[13] 王國棟,戴之希,劉嘉偉,等.煙氣干化污泥對顆粒物的去除作用及其影響因素 [J]. 中國環境科學, 2016,36(1):42-49.Wang G D, Dai Z X, Liu J W, et al. The effects of sludge drying on removal of particulate matters from flue-gas [J]. China Environmental Science, 2016,36(1):42-49.

[14] 王一坤,柳宏剛,周凌宇,等.煙氣抽取位置對抽煙氣干化污泥耦合發電機組的影響 [J]. 熱力發電, 2021,50(2):43-48.Wang Y K, Liu H G, Zhou L Y, et al. Effects of flue gas extraction position on sludge-coal blending combustion generation units [J]. Thermal power generation, 2021,50(2):43-48.

[15] Wang Z Y, Xu L, Liu D, et al. Effects of air temperature and humidity on the kinetics of sludge drying at low temperatures [J]. Energies, 2021,14(22):7722.

[16] 李榮康,曹 琳,黃冠英.閉式熱泵污泥低溫干化系統的設計與分析 [J]. 低溫建筑技術, 2020,42(10):142-149. Li R K, Cao L, Huang G Y. Design and analysis of a closed heat pump sludge low-temperature drying system [J]. Low Temperature Architecture Technology, 2020,42(10):142-149.

[17] 朱有法.閉式低溫污泥干化系統設計 [A]//黃森軍.《環境工程》2019年全國學術年會論文集 [C]. 北京:工業建筑出版社, 2019:757-765. Zhu Y F. Design of closed low temperature sludge drying system [A].//Huang S J.《Environmental Engineering》Proceedings of 2019National Academic Annual Conference [C]. Beijing: Industrial Construction Press, 2019:757-765.

[18] 楊儒浦,胡 松,池寰瀛.基于Aspen Plus的污泥熱解與混燒技術經濟特性對比分析 [J]. 可再生能源, 2017,35(6):798-804.

[19] 袁言言,黃 瑛,張 冬.污泥焚燒能量利用與污染物排放特性研究 [J]. 動力工程學報, 2016,36(11):934-940. Yuan Y Y, Huang Y, Zhang D. Energy utilization and pollutants emission in sewage sludge incineration [J]. Journal of Chinese Society of Power Engineering, 2016,36(11):934-940.

[20] 吳少基.污泥干化-熱解耦合工藝的研究 [D]. 廈門:廈門大學, 2019. Wu S J. Study on sludge drying-pyrolysis coupling process [D]. Xiamen: Xiamen University, 2019.

[21] 王天皓,張振濤,楊俊玲,等.多級熱泵串聯干燥系統性能模擬 [J]. 制冷技術, 2020,40(4):15-21.Wang T H, Zhang Z T, Yang J L, et al. Performance simulation on multi-stage series heat pump drying system [J]. Chinese Journal of Refrigeration Technology, 2020,40(4):15-21.

[22] 胡傳坤,高建民,付 翔,等.熱泵除濕干燥系統循環風旁通率的試驗 [J]. 木材工業, 2008,22(5):8-10.Hu C K, Gao J M, Fu X, et al. An experimental study of wind circulation bypass-rate in a heat-pump drying system [J]. China Wood Industry, 2008,22(5):8-10.

[23] Minea V. Drying heat pumps-Part II: Agro-food, biological and wood products [J]. International Journal of Refrigeration, 2013,36(3):659-673.

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,主要從事工業窯爐協同處置固體廢物及固體廢物資源化利用的研究.發表論文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優化 [J]. 中國環境科學, 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

工業窯爐協同處置固體廢物技術創新平臺項目(YDZX20191400002883)

* 責任作者, 講師, 396434513@qq.com