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造纸污泥及其混煤燃烧与酸性气体排放特性的试验研究

张凝  
【摘要】:随着我国造纸工业的快速发展,造纸废水处理量逐年提高,造纸污泥产量也急剧增加。在污泥处理的众多方法中,焚烧法越来越显示出其“减量化、无害化、资源化”的独特优势,已成为了一种重要的处理方式而日益受到重视。本文以东莞市麻涌镇某造纸厂经过带式压滤机脱水后的污泥为研究对象,对该污泥及其与煤混合物的燃烧特性、酸性气体排放特性进行了实验研究。 首先,本文研究得到了各试样的元素分析、工业分析及发热量的试验结果。结果表明:造纸污泥具有高挥发分、低固定碳和低热值的特点,而粉煤具有高固定碳、高热值和低挥发分的特点,且污泥的N元素含量高于煤,S元素含量与煤相差不大。 其次,本文采用综合热重分析法,在不同升温速率及泥煤不同比例混合条件下,开展造纸污泥、煤及泥煤混合物的燃烧热重实验研究。结果表明,造纸污泥的热重曲线存在3个明显的失重区域,分别与2个挥发分析出阶段和1个固定碳燃烧阶段相对应。泥煤混合燃烧过程中,造纸污泥和煤基本保持各自的挥发分析出特性,其燃烧曲线基本位于污泥和煤燃烧曲线之间,且混合试样微商热重(DTG)曲线的变化趋势与组成比例较大的成分的DTG曲线变化趋势更为接近。泥煤混合后其综合燃烧特性指数S有所下降,这说明挥发分含量高对应的燃烧特性越好;随着升温速率的提高及煤比例的增加,燃尽指数Cb有上升的趋势。 然后,采用积分法(Coats-Redfern方程)计算得到各阶段燃烧反应的机理方程及相应的活化能参数,在第一阶段的挥发分析出燃烧峰前,活化能E值随着泥煤中粉煤的比例增加而降低,用方程f(α)=(1-α)0.5来描述造纸污泥及泥煤混合试样的燃烧机理较为适合,而挥发分峰后及固定碳峰前、峰后的动力学方程受升温速率和不同组分的影响,其反应系数n并不恒定。在固定碳燃烧阶段,造纸污泥、煤及其混合试样的活化能较高;活化能值的大小与污泥的燃烧阶段是相对应的。 再次,利用管式炉燃烧系统研究了燃烧温度、不同泥煤混合比例等对污泥燃烧酸性气体排放的影响规律。研究发现,不同比例的泥煤混合物在恒温燃烧的条件下,NOx释放过程呈现“双峰”的趋势。其中,反应初期产生的“第一峰”气体浓度较高、持续时间较短,反应中、后期出现的“第二峰”既宽又平。S02的释放过程仅呈现一个浓度尖峰。各试样NOx浓度“第一峰”和SO2浓度尖峰均随反应温度提高而提前,峰值也随着反应温度的增加而增加。各试样NOx和SO2的排放量均随着温度的提高而增加:在整个温度段内纯煤的NOx的排放量高于其它反应物,随着ω的增加,NOx排放量有所减少。在相同的反应温度下,煤的SO2排放量稍高于其它试样,总体来看,各试样SO2排放量差别不大。 最后,对全文研究的问题进行了总结,对进一步开展研究工作进行了讨论。


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