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污泥干燥及干污泥与煤混烧官能团演化研究

胡益  
【摘要】:随着我国城市污水排放量的不断增加和城市污水处理率的持续提高,水处理污泥数量也在快速增加。水处理污泥的焚烧法处置因具有“减量化、无害化、资源化”的独特优势而愈来愈受到重视,但人们对其微观燃烧过程和气体污染物排放特性的了解尚待完善。污泥和煤的混烧处置是焚烧法的主要分支之一。通常而言,从污水处理厂出来的污泥在和煤混烧前必须经干化处理。因此,本文就水处理污泥的干化特性、水处理污泥及其与煤混合物中C、O、N、S等元素的赋存形态和燃烧演化规律、混烧生成的NOx和SOx排放特性以及污泥和煤在1025t/h电站锅炉上的混烧试验进行了研究。全文分为六个部分。 第一部分,从污泥的来源组成和基本特性、污泥处置方法及其发展趋势、我国污泥处置现状及存在问题等几方面介绍了本文的研究背景,综述了国内外污泥干燥特性研究、污泥和煤主要元素的赋存形态与燃烧演化规律研究、污泥和煤燃烧过程中气体污染物排放规律研究的进展状况。 第二部分,在对流干化实验台上进行了污泥干化的实验研究,研究了气流速度、气流温度、添加剂含量等条件对污泥最终含水率的影响。根据得到的实验数据,结合典型干化数学模型,提出了修正的Page模型。 第三部分,对文献中运用X射线光电子能谱(XPS)研究煤及相关物质特性的研究成果进行了总结,采用Microsoft Visual Studio.net软件建立了C、O、N、S等官能团特性数据库,数据库界面友好、使用方便、具备可扩展性。为研究污泥和煤中各元素的赋存形态以及其在燃烧过程中的演化规律,充实各类前驱物生成机理的理解,运用管式炉反应器,得到了1种污泥与1种煤在不同质量分数和燃烬率下的25个样品,进行了XPS试验,在已建立的XPS数据库的基础上,研究了污泥、煤以及两者混合物中官能团特征及演化规律。先研究了污泥和煤各自燃烧时C、O、N、S等官能团的赋存形态和演化规律,在此基础上分析了污泥和煤混烧时C、O、N、S等官能团的演化规律,最后探讨了混合物中各官能团间的相互作用。 第四部分,在单角炉上进行了1种污泥和3种煤共15个工况的混烧实验,对混烧生成的NO、SO2的排放规律进行了研究。先考察了不同煤种的NO、SO2的排放特性,在此基础上,分析了污泥和煤混烧时NO、SO2的排放特性,最后研究了污泥质量分数对NO、SO2生成排放的影响。 第五部分,在1025t/h电站锅炉中进行了1种污泥和1种煤的混烧试验(污泥质量分数为5%),研究了混烧对热态试验的飞灰含碳量、相关参数、锅炉效率、锅炉燃烧稳定性、锅炉出力、锅炉污染物排放、锅炉喷水量等参数的影响。 第六部分,对全文研究的问题进行了总结,对下一步研究工作进行了讨论。


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