随着我国城市化进程的加快和城市污水处理率的逐年提高,污水处理过程中产生的污泥量也急剧增加。如何对城市污泥进行减容化、无害化、稳定化和资源化处理处置显得至关重要。污泥气化发电是一种合理、高效、清洁的污泥处理处置工艺。相比于污泥其他处理工艺,气化工艺减容效果明显,有害物质排放少,易于控制。气化产生的燃气用于发电,余热进一步用于污泥前期干化,能量利用效率较高。本文基于Aspen Plus模拟平台,首先研究了污泥的中低温气化特性。在此基础上建立了污泥气化燃气轮机发电系统和污泥气化蒸汽轮机发电系统,将污泥气化和燃气的后续利用结合起来进行分析研究,为污泥气化发电工业化方案设计提供一定的参考价值。首先,参与搭建了流化床气化实验台。在此实验台上进行了污泥流化床中低温（600℃-850℃）空气气化试验,获得了多组不同工况下的实验数据。基于Aspen Plus平台建立了污泥气化模型,选取了四组典型工况进行模拟,得到模拟结果。通过分析实验结果与模拟结果的误差大小来验证模型的准确性。基于已验证的气化模型进一步分析了空气当量比、气化压力、污泥含水率和污泥干基热值对气化特性的影响。结果表明:在自维持气化炉中,空气当量比对气化过程的影响较大。随着空气当量比升高,产气中CO、CO₂、CH₄含量呈下降趋势,H₂含量呈先上升后下降的趋势,气体产率、气化温度呈升高趋势,产气热值和冷煤气效率呈下降趋势。在进行污泥气化时,空气当量比选择0.3左右合适。此时,气化温度处在较高的水平,同时冷煤气效率未发生显著降低。气化压力对产气组分体积分数、产气热值、气体产率、冷煤气效率的影响均较小,但增大气化压力可以显著提高气化温度。当气化温度选取中低温水平时,常压气化即可。如果考虑到将气化过程与产气后续利用环节相匹配的话,可以采用加压气化。污泥含水率变化对产气中CO、CO₂含量影响较大,对CH₄、H₂含量影响较小。气体产率、产气热值、气化温度均随污泥含水率升高而下降,冷煤气效率先上升后下降。污泥气化时,含水率不宜大于15%。污泥干基热值越高,越有利于气化过程的进行。随着污泥干基热值上升,气体产率、气体热值、冷煤气效率均呈上升趋势。其次,设计了污泥气化燃气轮机发电方案和污泥气化蒸汽轮机发电方案,将污泥气化与燃气后续利用结合起来研究。在进行方案设计时,充分考虑方案中余热的回收利用。针对污泥气化燃气轮机发电方案,回收燃气轮机高温排气的热量产生蒸汽,进而去干化污泥。针对污泥气化蒸汽轮机发电方案,利用汽轮机低压抽汽去干化污泥,大大减少了凝汽器的冷源损失。基于Aspen Plus建立了两种方案的系统模型,选取合适的输入参数对系统进行模拟,得出系统中各股物流的热力参数,并选用系统净供电效率来对系统热力性能进行评价。对于污泥气化燃气轮机发电系统,研究了深度脱水污泥含水率、热干化污泥含水率和净化方式对系统热力性能的影响。对于污泥气化蒸汽轮机发电系统,研究了深度脱水污泥含水率、热干化污泥含水率对系统热力性能的影响。结果表明:由于两种系统中充分考虑了余热回收,实现了能量的梯级利用,系统净供电效率较高。其中,污泥气化燃气轮机发电系统的净供电效率为41.13%,污泥气化蒸汽轮机发电系统的净供电效率为29.52%。两个系统中,系统净供电效率均随深度脱水污泥含水率的升高而升高,随热干化污泥含水率的升高而下降。此外,对于污泥气化燃气轮机发电系统,高温净化方式使系统净供电效率提高了1.11%。