城市污泥和浒苔共水热碳化参数响应面优化

作     者：支有为 徐东海 刘欢腾 徐铭欣 郑佩瑶 ZHI Youwei;XU Donghai;LIU Huanteng;XU Mingxin;ZHENG Peiyao

作者机构：西安交通大学能源与动力工程学院热流科学与工程教育部重点实验室陕西西安710049 

基　　金：国家重点研发计划资助项目(2021YFE0104900) 国家自然科学基金资助项目(22078258) 

出 版 物：《能源环境保护》 (Energy Environmental Protection)

年 卷 期：2024年第38卷第2期

页      码：198-207页

摘      要：日益增多的城市污泥对环境造成了严重的危害,传统处理处置方法在实现无害化和资源化方面仍存在各种挑战。水热碳化技术被认为一种有效处理处置城市污泥的方式,但由于污泥的低碳、高灰特性,限制了水热炭作为燃料的应用。利用高碳、低灰的浒苔和污泥进行共水热碳化有利于解决这一问题。开展了不同水热反应条件下(温度160~280℃,时间30~150 min,污泥占比0~100%)污泥和浒苔的共水热碳化实验,探究了过程参数对于能量回收效率和电能消耗指数的影响规律,并利用响应面法对3个主要因素(温度、时间、污泥占比)进行了优化设计。结果表明,利用Central Composite Design设计建立的响应面模型,拟合程度良好(模型P0.05),预测值和实际值偏差较小。污泥占比对于能量回收效率有显著影响(P<0.05),时间是对于电能消耗指数影响极其显著的因素(P<0.0001),温度对于电能消耗指数的影响达到显著水平(P<0.05)。通过数学模型的优化,得出了达到最佳能量回收效率(0.470)和最低电能消耗(165.61)的最佳条件,分别是反应温度216℃、反应时间83 min、污泥占比为64%和反应温度200℃、反应时间60 min、污泥占比为50%。此外,在反应温度208℃、反应时间62 min、污泥占比52%的条件下,可以同时获得较高的能量回收效率(0.463)和较小的电能消耗指数(171.60)。通过3次重复实验验证,实验值与预测值偏差小于5%。研究结果可为城市污泥和浒苔的资源化和高值化利用提供科学依据。

主 题 词：城市污泥 浒苔 共水热碳化 响应面 过程参数优化 

学科分类：083002[083002] 0830[工学-生物工程类] 08[工学] 

D　O　I：10.20078/j.eep.20240309

馆 藏 号：203126693...