• شماره ركورد
    28291
  • پديد آورنده

    محسن يزداني

  • عنوان
    ارزيابي فني و اقتصادي نيروگاه استحصال انرژي از لجن فاضلاب شهري با فرآيند هضم همزمان چند خوراك و گازسازي كيك لجن
  • مقطع تحصيلي
    دكتري
  • رشته تحصيلي
    مهندسي مكانيك
  • سال تحصيل
    1393
  • تاريخ دفاع
    1402/01/27
  • استاد راهنما
    دكتر سپهر صنايع
  • دانشكده
    مهندسي مكانيك
  • چكيده
    در رساله حاضر، در گام اول، يك نيروگاه بيوگاز واقعي كه در محل تصفيه خانه جنوب تهران قرار دارد، به طور جامع از لحاظ فني و اقتصادي، به كمك تحليل 4E بررسي مي شود. در گام دوم، با هدف افزايش توليد بيوگاز و بهبود توان خروجي نيروگاه بيوگاز در شرايط خارج از طراحي، فرآيند كودايجسشن در هاضمهاي بيهوازي، براي هضم لجن فاضلاب در كنار يك خوراك كمكي (شامل گريس، پسماند زيستي و كود گاوي)، به صورت تئوري ارزيابي مي گردد. بدين منظور، مدل ADM1 كه براي مدلسازي يك فرآيند مونودايجسشن كاربرد دارد، اصلاح مي شود تا بتواند براي مدلسازي يك فرآيند كودايجسشن مورد استفاده قرار گيرد. اين مدل اصلاح شده، سپس به كمك داده هاي عملكردي واقعي هاضمهاي تصفيه خانه جنوب تهران، كاليبره و اعتبارسنجي مي شود. در گام نهايي، با مدلسازي فني فرآيند گازسازي در دو گازساز متفاوت، شامل گازساز بستر سيال دوگانه و گازساز فوق بحراني آب، بر نحوه دفع لجن هضم شده خروجي از هاضمهاي بيهوازي تمركز مي شود كه به دليل حجم زياد توليد شده در تصفيه خانه ها، مشكلات زيادي را ايجاد كرده است. نتايج حاصل از تحليل 4E نشان مي دهد كه در شرايط طراحي، نيروگاه بيوگاز تهران داراي بازده كلي انرژي 3/24 درصد و بازده كلي اگزرژي 3/17 درصد است. همچنين هزينه تراز شده توليد برق نيروگاه، 127 دلار در هر مگاوات ساعت بدست آمد. در گام دوم از پژوهش حاضر، ابتدا داده هاي عملكردي سه هاضم نيروگاه بيوگاز تهران، در يك دوره 140 روزه (در شرايط خارج از طراحي) تحليل شد. با مدلسازي فرآيند كودايجسشن كه به يك استراتژي تغذيه خوراك كمكي متصل گرديد، نشان داده شد كه اگرچه تغذيه گريس و پسماند زيستي موجب افزايش بازده حذف COD هاضمها به ترتيب از 37 درصد (در حالت مونودايجسشن) به 58 درصد و 54 درصد (در حالت كودايجسشن) گرديد، تغذيه كود گاوي باعث افت بازده تا 31 درصد شد. در نهايت، نتايج گازسازي كيك لجن (با 25 درصد مواد جامد) نشان داد كه بازده كلي انرژي سيستم گازساز فوق بحراني (1/45 درصد) به طور قابل توجهي بيشتر از سيستم خشك كن-گازساز بستر سيال دوگانه (6/1 درصد) است. از آنجا كه تلاش شد، انرژي لازم در هر دو سيستم، وابسته به منابع سوختي خارجي نباشد، متغيرهاي طراحي سيستم تميزكاري بگونه اي تعيين گرديد تا نه تنها بازده انرژي كلي سيستمهاي گازسازي ماكزيمم شود، بلكه غلظت H2S در سينگاز تميز شده، كمتر از ppm 250 باشد تا حد مجاز اين غلظت، براي استفاده از سينگاز در موتورهاي احتراقي گازسوز رعايت شود. همچنين فاضلاب خروجي از ستون جاذب اسكرابر آبي، توسط ستون استريپر به نحوي تميز شد تا طبق قواعد زيست محيطي، غلظت NH3 در آن، كمتر از ppm 20 شود.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1402/03/01
  • عنوان به انگليسي
    Technical and economic eva‎luation of a power plant for recovering energy from municipal sewage sludge with co-digestion and sludge cake gasification processes
  • تاريخ بهره برداري
    4/15/2024 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    محسن يزداني اسمعيل آباد

  • چكيده به لاتين
    In the present thesis, in the first step, a real biogas plant located at Tehran South Wastewater Treatment Plant (WWTP) is comprehensively eva‎luated from the technical and economic point of view. This is carried out with the help of 4E (energy, exergy, economic and environment) analysis. In the second step, with the aim of increasing biogas production and improving the output power of the biogas plant in off-design conditions, the co-digestion process in anaerobic digesters is eva‎luated theoretically for digesting sewage sludge alongside a co-substrate (including grease, biowaste, and manure). To this end, the ADM1 model, which is used for modeling a mono-digestion process, is modified to be applicable for modeling a co-digestion process. The modified model is then calibrated and validated using real operating data from the anaerobic digesters of Tehran South WWTP. In the final step, by technically modeling the gasification process in two different gasifier technologies, attention is focused on the disposal of digested sludge output from anaerobic digesters which creates many problems due to its large volume in WWTPs. The results of 4E analysis show that in design conditions, Tehran biogas plant has an overall energy efficiency of 24.3% and an overall exergy efficiency of 17.3%. Additionally, the levelized cost of electricity production for the plant was calculated to be 127 $/MWh. In the second step of this study, the operational data of three anaerobic digesters in Tehran biogas plant were analyzed over a period of 140 days (in off-design conditions). By modeling the co-digestion process integrated with a co-substrate feeding strategy, it was demonstrated that feeding grease and biowaste increased the digesters COD removal efficiency from 37% (in mono-digestion) to 58% and 54% (in co-digestion), respectively, feeding manure resulted in a decrease in COD removal efficiency up to 31%. Finally, the results of sludge cake gasification (with 25% solids) showed that the overall energy efficiency of the supercritical gasifier system (45.1%) is significantly higher than that of the dryer-dual fluidized bed gasifier system (1.6%). Since efforts were made to provide energy required for gasification and drying units independent of external fuel sources in both systems, design variables for the cleaning system were determined so that not only overall energy efficiency of gasification systems is maximized but also H2S concentration in cleaned syngas is less than 250 ppm to meet allowable limit for using syngas in gas engines. Furthermore, wastewater exiting from absorption column of water scrubber was cleaned by stripper column so that NH3 concentration is less than 20 ppm according to environmental regulations.
  • كليدواژه هاي فارسي
    لجن فاضلاب شهري , نيروگاه بيوگاز , فرآيند كودايجسشن , فرآيند گازسازي
  • كليدواژه هاي لاتين
    Municipal sewage sludge , Biogas power plant , Co-digestion process , Gasification process
  • Author
    Mohsen Yazdani
  • SuperVisor
    Dr. Sepehr Sanaye