疏浚底泥连续化微波干燥特性及能效分析

发布时间：2017-07-29 15:11

  本文关键词：疏浚底泥连续化微波干燥特性及能效分析

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【摘要】：干燥是疏浚底泥脱水处理处置过程中一个重要工序,也是其资源化和无害化的一个重要因素。由于传统干燥方法存在处理效率低、能耗大、污染环境等缺点,因此,在疏浚行业中探索一种新型的干燥方法来代替现有的干燥技术尤为重要,高效地将底泥含水率降至合理范围的同时,并实现其连续化和无害化处理。本文采用连续化隧道式微波干燥设备对疏浚底泥进行干燥实验,初步探讨了微波功率、进料量、传送速度、通风状况、含水率及干燥助剂对疏浚底泥干燥性能的影响规律,并对干燥所需时间与微波功率、进料量的关系分别进行了分析。动力学分析得到一级反应的活化能、指前因子等动力学参数。以电价为依据,分别对不同进料量的底泥在不同微波功率下干燥的单位能耗进行计算。主要研究结论如下：(1)疏浚底泥连续化微波干燥过程大体可分为三个阶段；快速干燥阶段、恒速干燥阶段和降速干燥阶段。微波功率越大,进料量越小,传送速度越小,干燥所需时间越短,水分比下降的速率也就越快,达到相同干燥效果的时间越短。通风状况对微波干燥连续化特性的影响不明显。在相同微波功率下,低含水率(40%)底泥水分比变化受微波功率的影响较大,最大干燥速率随底泥含水率的增大呈上升的趋势。添加适量的粉煤灰对疏浚底泥连续化微波干燥中水分的去除有促进效果,生石灰的添加有利于提高最大微波干燥速率,膨润土、稻壳与玉米秸秆对底泥连续化微波干燥特性影响不明显。(2)非线性拟合结果表明,一阶指数衰减模型(y=A exp(-x/b)+y0)适用于描述干燥所需时间与微波功率之间的关系(R2≥0.98)。线性拟合表明,干燥所需时间与进料量呈正比例关系(R2≥0.96)。为了以较少的能耗达到相同的干燥效果,对于进料量在1.28～5.12kg·min-1之间的疏浚底泥,以功率3 kW进行干燥为最佳。(3)动力学分析可知,对于不同微波功率和不同进料量而言,疏浚底泥连续化微波干燥反应的活化能分别为Ea不同功率=82.95 kJ·mol-1口Ea不同进料=12.94 kJ·mol-1,表明疏浚底泥微波干燥反应中完全去除其内部水分所需的活化能较低,干燥过程能够在较低的温度下进行。(4)单位能量消耗分析表明,对于疏浚底泥的微波干燥,选择合适的进料量和微波功率既能达到干燥的目的又能提高经济效益,有利于降低能耗。综合分析可知,当进料量为5.12 kg·min-1,微波功率为3 kW时,本实验中所需要的处理费用在21-37元／水下方。连续化微波干燥效率大约为68%左右。
【关键词】：连续化微波干燥 疏浚底泥 微波干燥特性 动力学 单位能耗
【学位授予单位】：天津科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703;X52
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 前言9-24
• 1.1 疏浚底泥9-16
• 1.1.1 我国疏浚底泥概况9-10
• 1.1.2 疏浚底泥处理现状10-16
• 1.1.3 疏浚底泥理化性质16
• 1.2 疏浚底泥对环境的危害16
• 1.3 国内外疏浚底泥的干燥工艺现状16-19
• 1.3.1 对流干燥16-17
• 1.3.2 外干燥17
• 1.3.3 焚烧干化17
• 1.3.4 太阳能干燥17-18
• 1.3.5 微波干燥18-19
• 1.3.6 其他干燥技术19
• 1.4 连续化微波干燥技术19-21
• 1.4.1 微波的特性20
• 1.4.2 微波干燥的原理20
• 1.4.3 连续化微波干燥技术及应用现状20-21
• 1.5 疏浚底泥连续化微波干燥的可行性与必要性分析21-22
• 1.5.1 可行性21-22
• 1.5.2 必要性22
• 1.6 本研究的意义和内容22-24
• 1.6.1 课题的提出和意义22-23
• 1.6.2 课题的主要研究内容23-24
• 2 实验与方法24-32
• 2.1 实验药品24
• 2.2 实验仪器24-25
• 2.3 实验方法25-28
• 2.3.1 疏浚底泥基本物性测试25-27
• 2.3.2 连续化微波干燥实验设计27-28
• 2.4 疏浚底泥连续化微波干燥特性研究28-32
• 2.4.1 不同单因素对微波干燥特性的影响28-29
• 2.4.2 疏浚底泥连续化微波干燥动力学研究29
• 2.4.3 疏浚底泥连续化微波干燥的耗能分析29-30
• 2.4.4 性能指标30-32
• 3 结果与讨论32-65
• 3.1 疏浚底泥的特性32-33
• 3.1.1 疏浚底泥的基本物性32
• 3.1.2 疏浚底泥粒径分布32-33
• 3.2 疏浚底泥连续化微波干燥过程影响因素分析33-48
• 3.2.1 微波功率33-35
• 3.2.2 进料量35-36
• 3.2.3 传送速度36-38
• 3.2.4 通风量38-39
• 3.2.5 含水率39-40
• 3.2.6 干燥助剂40-48
• 3.3 干燥所需时间与微波功率、进料量的数学模型48-50
• 3.3.1 干燥所需时间与微波功率的数学模型48-49
• 3.3.2 干燥所需时间与进料量的数学模型49-50
• 3.4 疏浚底泥连续化微波干燥动力学分析50-57
• 3.4.1 疏浚底泥中水分存在的形式50-51
• 3.4.2 干燥动力学模型的建立51-53
• 3.4.3 动力学模型的拟合与分析53-57
• 3.5 疏浚底泥连续化微波干燥的能效分析57-65
• 3.5.1 能耗分析概述57
• 3.5.2 能耗分析的相关计算57-65
• 4 结论65-66
• 5 展望66-67
• 6 参考文献67-76
• 7 攻读硕士学位期间发表论文情况76-77
• 8 致谢77

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本文编号：589754