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生活垃圾焚烧过程中氯的识别方法与热行为特性研究

马文超  
【摘要】:生活垃圾和垃圾衍生燃料的高氯含量易引发垃圾焚烧炉的运行问题,如过热器表面的高温腐蚀并由此降低效率。目前,氯定量研究以及标准化测试方法的研究较少。精确测量生活垃圾和垃圾衍生燃料的氯含量及研究焚烧过程中氯的热行为特性为本文重点。 本文采用5种分析方法(氧弹量热仪、Schoeniger氧瓶燃烧仪,元素分析仪、马弗炉和水洗萃取)测量生活垃圾8种可燃组分的氯含量。总氯含量被进一步区分为有机氯、无机氯和可燃氯、不可燃氯。 氯的热行为特性研究分为以下3个部分:氯挥发特性实验在微型焚烧装置里进行,通过改变燃料组分和热转换条件确定影响参数;挥发物积灰特性取样在大型垃圾焚烧厂进行,通过在焚烧炉内部烟气对流管道设置多个取样棒,运行9个月后收集积灰样品,采用电子显微镜法和能谱法进行物理结构和化学成分的测定分析;自行设计了一套小型垃圾焚烧腐蚀模拟装置进行腐蚀速率的测试实验,并区分不同的积灰成分(NaCl和飞灰)对腐蚀的影响。 结果表明:垃圾各组分的氯含量差别较大,从废木的0.1wt.%到废包装塑料的6.0wt.%(干基)。Schoeniger氧瓶燃烧仪测得塑料类样品的氯含量最高;水洗萃取法测得有机质中的氯含量较高,该方法可有效区分有机氯与无机氯;元素分析仪和马弗炉可以区分可燃氯与不可燃氯含量。硫添加引起HCl生成量增加20-40%,硅添加在700-850℃也有效增加氯挥发。实验结果与Factsage热力学平衡计算结果基本吻合。 挥发后,高氯化合物易在飞灰中形成低熔点共晶体,这些物质随着飞灰沉积在过热器表面引起积灰和腐蚀现象。垃圾焚烧炉的测试表明随着积灰的生长,积灰内层富含硫和钠,中部富含硅和镁,表层富含钙和氯。积灰中的NaCl是过热器腐蚀的前提。小型垃圾焚烧腐蚀模拟实验表明氯腐蚀特征较一致,腐蚀产物主要是铁的氧化物和氯化物。20G和15CrMoG合金覆盖NaCl的腐蚀速率分别为3.4*10~(-5)mm~2/h和1.6*10~(-5)mm~2/h,覆盖飞灰的腐蚀速率分别为3.1*10~(-6) mm~2/h和1.7*10~(-6)mm~2/h。水蒸气的存在对氯腐蚀有着重要影响。 上述发现对深入理解生活垃圾和垃圾衍生燃料焚烧过程中氯的热行为特性极为重要,并在燃料质量控制方面提出建议,以避免氯的高温腐蚀。


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