23301

مدلسازي و بهينه سازي سيكل توليد انرژي در يك تصفيه خانه فاضلاب شهري

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي - علوم حرارتي

1396

1399/8/27

دكتر سپهر صنايع

مكانيك

امروزه توليد انرژي از دايجستيت حاصل از هضم بي¬هوازي لجن فاضلاب شهري كه حاوي بيش از 50 درصد از محتوي انرژي لجن مي¬باشد بسيار مورد توجه محققين قرار گرفته است. از طرفي دفن و يا كنترل حجم بالاي اين دايجستيت بسيار هزينه¬بر بوده و داراي آلودگي¬هايي خطرناك براي خاك و محيط زيست مي¬باشد. بنابراين، در اين پايان نامه، گازسازي دايجستيت خروجي از هاضم¬هاي بيهوازي تصفيه¬خانه جنوب تهران در ايران به عنوان يك زيست¬توده بسيار مرطوب، به منظور توليد انرژي و كنترل آلايندگي¬هاي ناشي از آن، مدلسازي و تحليل مي¬گردد. تفاوت در ميزان مجاز رطوبت خوراك ورودي به هر گازساز، به عنوان معياري براي انتخاب فناوري، تاكنون مورد بررسي قرار نگرفته است. بنابراين، دو گازساز متداول پايين¬سو و بالاسو و همچنين فناوري نوظهور گازساز فوق¬بحراني آب، براي اين تحليل انتخاب شدند. براي داشتن يك مقايسه منطقي، به ازاي نرخ جرمي و مشخصات يكسان دايجستيت ورودي به هر گازساز، مناسب¬ترين شرايط عملكردي هر كدام از آن¬ها، در محدوده¬هاي رايج كاري خود بدست آمد. همچنين قبل از هر كدام از گازسازهاي پايين¬سو و بالاسو، يك خشك¬كن اضافه گرديد و مصرف انرژي آن نيز در محاسبات منظور شد. بعد از تعيين اندازه هر سيستم، يك مدل اقتصادي براي محاسبه¬ هزينه تراز شده توليد يك گيگاژول گاز سنتز پاك توسط سيستم¬هاي مذكور ايجاد گرديد. با مقايسه نتايج حاصل از مدلسازي عملكرد سيستم¬ها براي مطالعه موردي اين تحقيق، مشاهده مي¬شود كه به ازاي 5 تن در روز دايجستيت ورودي، سيستم گازساز فوق بحراني آب داراي بيشترين بازده كلي به ميزان 6/22 درصد بوده و بعد از آن به ترتيب، سيستم¬هاي خشك-كن-گازساز بالا¬سو و خشك¬كن-گازساز پايين¬سو با مقادير 1/15 و 7/13 درصد قرار مي¬گيرند. با اين وجود، هزينه تراز شده توليد يك گيگاژول گاز سنتز پاك براي سيستم¬ خشك¬كن-گازساز پايين¬سو داراي كمترين مقدار به ميزان $/GJ 68 بوده و بعد از آن به ترتيب سيستم گازساز فوق بحراني آب و سيستم خشك¬كن-گازساز بالا¬سو با مقادير $/GJ 83 و $/GJ 86 قرار مي¬گيرند. با وجود اينكه در سيستم خشك¬كن-گازساز پايين¬سو بازده كلي كمتر است ولي با در نظر گرفتن ديدگاه فني-اقتصادي استفاده از اين سيستم براي خوراك بسيار مرطوب (75 درصد) دايجستيت، مطلوب¬تر است. همچنين آناليز حساسيت، بيانگر تاثير قابل ملاحظه قيمت مبدل¬هاي حرارتي در سيستم گازساز فوق بحراني آب و قيمت خشك¬كن در سيستم¬هاي خشك¬كن-گازساز بالا¬سو و خشك¬كن-گازساز پايين¬سو بر تغييرات مقدار هزينه تراز شده توليد يك گيگاژول گاز سنتز پاك مي¬باشد.

1399/11/20

investigation of power generation enhancement for a real wastewater treatment plant by gasification of digestate from a mesophilic anaerobic digester

11/18/2021 12:00:00 AM

Nowadays energy production using digested sewage sludge which contains more than 50% of imprisoned energy in sludge is getting attentions to itself. Besides, its landfilling process or controlling the pollution it brings to the environment is cost-extensive. Therefore, gasification process of wet digestate resulting in pollution drop together with energy production is modeled and analyzed for the effluent of anaerobic digesters of Tehran South Wastewater Treatment Plant in this study. The issues of allowable amount of inlet feedstock moisture content into different gasifiers for selecting the type of a gasifier are rarely covered in available literature. Thus, downdraft and updraft gasifier technologies (with a dryer) besides emerging supercritical water gasifier technology are investigated here. To have a rational comparison, the most suitable operating conditions for gasifier systems in their common operating ranges are obtained with constant mass flow rate and digestate characteristics to each gasifier. Furthermore, after estimating each system size, an economic model is developed to estimate the levelized cost of one GJ clean syngas production (LCOS). The results show that for 5 ton per day inlet digestate, the supercritical water gasifier system (SWGS) has the highest overall system efficiency (OSE) of 22.6% while for dryer-updraft gasifier system (DUGS) and dryer-downdraft gasifier system (DDGS), OSE is 15.1% and 13.7%, respectively. Economic analysis shows that DDGS has the lowest LCOS (68 $/GJ) which increases for SWGS (83 $/GJ) and DUGS (86 $/GJ). Although DDGS has the lowest OSE, it is generally preferred considering thermo-economic perspective for syngas production from very wet (75%) digestate feed. Results also demonstrate that the most important economic parameter affecting LCOS value for all three gasifier systems is the investment cost coefficient followed by the price of heat exchangers for SWGS, and the dryer investment cost of DDGS and DUGS.

دايجستيت خروجي از هاضم بيهوازي , خشك كن , گازساز بالاسو , گازساز پايين سو، , گازساز فوق بحراني آب

Digested sewage sludge , Dryer , Updraft gasifier , Downdraft gasifier , Supercritical water gasifier