利用水泥窑炉烟气余热干化污泥系统优化研究

摘要

市政污泥处理不当，极易产生二次污染，潜在的环境危害较大，利用水泥窑炉烟气余热干化处理污泥，再送入炉膛处置，是实现污泥资源化、无害化及减量化的热点技术之一，本文开展利用水泥窑炉烟气余热干化污泥系统的优化研究，对于实现污泥处置的低成本化，具有较大的现实意义。
　　本文搭建污泥深度脱水实验装置，采用3参数5水平正交实验法进行实验室和工业实验研究，得到药剂成本与污泥脱水含水率和处理量间的关系式。搭建污泥旋转导热间接干燥中试实验平台，利用3参数5水平正交法实验研究蒸汽压力、干燥机转速和加料速率对干燥机传热系数、污泥处理量、干燥机扭矩和干燥热效率的影响;得到污泥旋转导热干燥最佳运行参数为蒸汽压力为0.2MP、干燥机转速为8.6rpm、加料机转速为12.6rpm，干燥机的传热系数为60W/m2℃。
　　针对利用水泥窑炉烟气余热间接干化污泥系统，采用市场调研及分项类比估算法，得到系统各设备投资费、运行费与过程参数的关系式，建立优化目标函数，利用MATLAB数学软件中的fminsearch函数，计算得到最大的极值。优化计算结果表明:典型工况下，以maxNPV和maxbite为目标时的最优过程参数分别为T2=150.1℃，t=141.4℃，u1=55.8％和T2=185℃，t=167.3℃，u1=56.1％;深度脱水、干燥机、压滤废水处理系统、烟气换热器分别占总投资的45％、28％、10％和9％左右;深度脱水和干燥机运行成本分别占总运行费用的85％和10％左右;药剂费、电费、烟气余热取热费及维护费占总运行费分别为47％、20％、15％和15％左右。
　　利用优化模型，研究了进口烟气温度、蒸汽价格、污泥处理费、折现率和折旧年限对优化过程参数的影响。当烟气进口温度增大时，烟气出口温度、饱和蒸汽温度和污泥处理量同步增大，深度脱水污泥含水率基本不变;当污泥处理费增大及折现率减少时，烟气出口温度、饱和蒸汽温度及深度脱水污泥含水率同步降低，污泥处理量同步增大;而折旧年限和蒸汽价格对优化过程参数及污泥处理量的影响不大。
　　本文的研究方法及结果，对于污泥深度脱水及间接干化系统的优化设计和运行具有一定的参考价值。

目录

声明

摘要

主要符号表

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 污泥性质及危害

1．1．2 国内外污泥处置方法

1．1．3 水泥窑污泥处理技术

1．1．4 课题来源

1．2 研究现状及进展

1．2．1 污泥干化特性的研究进展

1．2．2 利用水泥窑炉烟气千化污泥研究进展

1．2．3 污泥干化系统优化研究进展

1．3 已有研究不足

1．4 研究内容

第二章 污泥深度脱水运行成本及投资分析

2．1 污泥深度脱水药剂成本分析

2．1．1 实验室研究

2．1．2 工业实验研究

2．2 污泥深度脱水电耗成本分析

2．3 污泥深度脱水系统投资费

2．4 本章小结

第三章 污泥间接干化特性、运行成本及投资分析

3．1 污泥间接干化特性实验研究

3．1．1 实验系统

3．1．2 实验材料

3．1．3 实验方法

3．1．4 实验结果

3．2 干化耗电量

3．3 干化机投资费

3．4 本章小结

第四章 利用水泥窑炉烟气余热间接干化污泥系统优化模型

4．1 物理模型

4．2 数学模型

4．3 污泥处理量G

4．4 处理单位污泥耗电费C电

4．5 设备总投资费P

4．5．1 干燥机投资费P干

4．5．2 旋风分离器投资费P旋

4．5．3 烟气换热器投资费P换

4．5．4 冷却器投资费P冷却器

4．5．5 其他设备投资费

4．6 单位污泥其它处理成本

4．6．1 产生废水处理费用C污水

4．6．2 维护费C维护

4．6．3 人工费C人工

4．6．4 烟气余热取热费用H

4．7 本章小结

第五章 优化计算方法、验证与结果

5．1 MATLAB介绍

5．2 优化方法

5．3 优化结果验证

5．4 优化结果分析

5．5 本章小结

第六章 影响优化结果因素分析

6．1 进口烟气温度的影响

6．2 不同蒸汽价格下的优化结果分析

6．3 污泥处理费的影响

6．4 折现率的影响

6．5 折旧年限的影响

6．6 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 主要创新点

7．3 展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的论文

作者在攻读硕士学位期间发表的专利

作者在攻读硕士期间参与的科研项目

附录