污泥焚燒處置技術(shù)的研究——畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）題 目污泥焚燒處置技術(shù)的研究院 系專業(yè)班級(jí)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師二一年六月37摘要污泥是一種有毒有害的廢物，如不妥善處置，會(huì)形成嚴(yán)重的二次污染，不僅會(huì)污染環(huán)境，還會(huì)影響到人類健康。目前，我國(guó)對(duì)污泥一般采取填埋的處理方式而以燃燒的方式處理污泥的做法還不普及，并且在技術(shù)上也落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。本文以城市生活污泥為研究對(duì)象，分析了污泥的基本特性，污泥的燃燒特性。根據(jù)污泥的特點(diǎn)，分析發(fā)現(xiàn)如果想通過(guò)焚燒污泥得到高品質(zhì)的工質(zhì)可以采用與煤粉混燃的技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，研究了污泥摻混煤粉后的燃燒特性以及對(duì)煙氣中有害物質(zhì)的排放的影響。分析現(xiàn)行可燃燒污泥的燃燒設(shè)備及特點(diǎn)，

2、從中選用了循環(huán)流化床鍋爐焚燒污泥與煤粉的混合燃料的技術(shù)。根據(jù)污泥的特性，分析了污泥與煤粉在循環(huán)流化床鍋爐中焚燒對(duì)實(shí)際運(yùn)行的影響。通過(guò)分析和計(jì)算獲得污泥摻混煤粉后在循環(huán)流化床鍋爐中燃燒特性，及燃燒效率等,并且討論焚燒污泥對(duì)大氣污染的影響。關(guān)鍵詞：污泥，焚燒，設(shè)備，發(fā)電，污染abstractthe sludge is a kind of virulent and harmful waste. if it is not handled properly, it will make a serious secondary pollution. it will not only pollute the

3、environment, but also have a bad effect on human health. at present, disposal of sludge by burning is not widespread in our country, and the technology is lagging behind the developed countries. this paper is a research about utilization of domestic sludge, analyzes the basic characteristics of the

4、sludge and sludges combustion behavior，research the affection of combustion while the pulverized coal mix with the sludge，analysis the present equipment which could burn the sludge and the characteristics of the equipment. after the analysis and calculation, we can get the feasibility and combustion

5、 efficiency of using the mixture of sludge and pulverized coal to generate electricity when it combust in circulating fluidized bed boiler. and research the influence of burning sludge on the air pollution.keyword：sludge, incineration, equipment, power generation, pollution 目 錄摘要iabstractii第1章 緒 論31

6、.1本課題研究背景31.1.1目前國(guó)內(nèi)污泥的來(lái)源與危害31.1.2目前國(guó)內(nèi)對(duì)污泥的主要處理方式31.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀41.2.1常見(jiàn)幾種類型的污泥工業(yè)分析51.2.2污泥的燃燒特性分析51.2.3 常見(jiàn)的污泥焚燒處理方法與焚燒設(shè)備81.2.4污泥與煤粉摻混燃燒特性分析91.2.5污泥焚燒處理對(duì)排放有害氣體的影響111.3本課題研究目的及內(nèi)容13第2章 污泥燃燒特性142.1污泥成分分析142.2污泥燃燒分析142.2.1實(shí)驗(yàn)方法142.2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析15第3章 污泥焚燒技術(shù)的應(yīng)用183.1污泥焚燒處理的優(yōu)勢(shì)183.1.1對(duì)污泥的有效利用183.1.2污泥焚燒設(shè)備及各設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn)183. 2

7、污泥與煤粉混燃對(duì)燃燒的影響203.2.1 污泥與煤粉混燃的燃燒特性分析203.2.2燃燒溫度沿爐膛高度的分布特性213.2.3爐內(nèi)床壓的變化特性213.3污泥與煤粉混燃對(duì)煙氣排放的影響223.3.1煙氣中不完全燃燒產(chǎn)物的排放223.3.2溫度對(duì)n2o和nox排放的影響243.3.3水分對(duì)n2o和nox排放的影響253.3.4煤對(duì)n2o和nox排放的影響25第4章 污泥焚燒發(fā)電研究264.1污泥燃燒設(shè)計(jì)264.1.1選用污泥及煤粉的工業(yè)分析264.1.2選用循環(huán)流化床鍋爐概況264.2熱力計(jì)算274.2.1燃料燃燒計(jì)算274.2.2鍋爐機(jī)組熱平衡計(jì)算284.3 對(duì)循環(huán)流化床鍋爐摻燒污泥在運(yùn)行中的

8、問(wèn)題的分析324.3.1摻燒污泥存在問(wèn)題324.3.2分析相關(guān)的解決方法32第5章 全文總結(jié)34參 考 文 獻(xiàn)35致 謝37第1章 緒 論1.1本課題研究背景1.1.1目前國(guó)內(nèi)污泥的來(lái)源與危害隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城市化進(jìn)程的加快以及污水處理率的提高，污泥的產(chǎn)量日益增加。按照我國(guó)的城市人口基數(shù)，既便只有1億人口的污水被處理，每天也將產(chǎn)生25000噸含固率20的污泥泥餅，這部分泥餅如果按照最高2米來(lái)堆放，每年需要600個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)。對(duì)于城市來(lái)說(shuō)，周邊土地資源已經(jīng)難以滿足需要。因此污泥的合理處置遲早必須進(jìn)行。在石油開(kāi)采、運(yùn)輸、煉制及含油污水處理過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生大量的含油固體廢物。這種石油化工污泥中

9、一般含油率在1050%，含水率在4090%，我國(guó)石油化學(xué)行業(yè)中，平均每年產(chǎn)生80萬(wàn)t罐底泥、池底泥1，勝利油田每年產(chǎn)生含油污泥在10萬(wàn)噸以上，大港油田每年產(chǎn)生含油污泥約15萬(wàn)噸，河南油田每年產(chǎn)生5×104m3含油污泥2?？梢?jiàn)目前不論在工業(yè)生產(chǎn)還是在生活廢物上都有著大量的有害污泥產(chǎn)生。由于污泥具有產(chǎn)生量大、不穩(wěn)定、易腐敗、有惡臭、含寄生蟲卵、病原微生物及重金屬等有毒有害物質(zhì)的特點(diǎn)，如不進(jìn)行妥善、科學(xué)地處理處置，將對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的二次污染。因此，如何合理處置污水污泥，解決城市污泥的出路己成為我國(guó)非常緊迫的任務(wù)。1.1.2目前國(guó)內(nèi)對(duì)污泥的主要處理方式歐共體將污泥劃為“特殊垃圾”(不是“危險(xiǎn)

10、垃圾”)，必須具有資格的企業(yè)按照規(guī)定的程序進(jìn)行妥善處理，不得棄置。而在國(guó)內(nèi)對(duì)于相關(guān)的政策規(guī)定還沒(méi)有完善，以至于大量的廢棄含油污泥常常被非法取用，造成土地的重金屬積累超標(biāo)、土地板結(jié)，人類居住環(huán)境和食物被無(wú)意中污染和破壞。今年從新回到人們視野中被廣泛關(guān)注的地溝油事件再次為人們敲響了警鐘。怎樣才能夠妥善、科學(xué)地處理產(chǎn)量巨大而且成分復(fù)雜的污泥，已經(jīng)成為一項(xiàng)現(xiàn)在為國(guó)內(nèi)所廣泛關(guān)注的課題。而目前我國(guó)污泥處理處置方法還有很多不足，各種處置方法所占比例如圖1-1所示。3 圖中幾種污泥處理處置方法在我國(guó)所占的比例圖1-1 幾種污泥處理處置方式在我國(guó)所占的比例如上餅狀圖所示可見(jiàn)，目前主要以農(nóng)用、簡(jiǎn)易填埋為主。而用于

11、焚燒的污泥處置方式只有3.45%。而污泥焚燒是一種常見(jiàn)的污泥處置方法，它可破壞全部有機(jī)質(zhì)，殺死一切病原體，并最大限度地減少污泥體積。對(duì)于人口稠密的沿海或是大城市，污泥中有毒有害物質(zhì)含量較高，上地填埋和農(nóng)田利用都受到限制，或是因遠(yuǎn)離處理場(chǎng)運(yùn)輸費(fèi)用較高，使用焚燒法進(jìn)行處理是值得推廣的處理方法。且隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)污泥的組成、產(chǎn)量和熱值等方面變的越來(lái)越適于焚燒處理。焚燒后產(chǎn)生的熱能可以用來(lái)發(fā)電例如平湖造紙污泥焚燒發(fā)電廠的日處理污泥為750t(含水率為85%),采用2臺(tái)蒸發(fā)量為130 t/h的高溫、高壓流化床焚燒爐.該系統(tǒng)采用已在電廠汽動(dòng)給水泵做功后排出的過(guò)熱蒸汽對(duì)污泥進(jìn)行干化預(yù)處理.4可見(jiàn)焚燒處理

12、方式是我國(guó)污泥處置方式的必然的發(fā)展重點(diǎn)。所以在本設(shè)計(jì)（論文）中將分析研究有關(guān)污泥焚燒技術(shù)工藝、原理、設(shè)備及運(yùn)行。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外主要針對(duì)污泥的干化處理，污泥燃燒動(dòng)力特性，燃燒方式，催化作用以及燃燒排放特性等問(wèn)題進(jìn)行了相關(guān)的研究。1.2.1常見(jiàn)幾種類型的污泥工業(yè)分析污泥不同于其它的固體廢物，而且由于污泥的來(lái)源不同，在其燃燒特性上又存在著很大的差別，在此簡(jiǎn)單舉出幾種污泥的工業(yè)分析；56如 表1-1：表1-1 我國(guó)幾種污泥的工業(yè)分析污泥工業(yè)分析污泥來(lái)源madvadaadfcadnet/kj·kg-1a7.2942.7444.585.397 846b5.1239.8851.73

13、3.268461c6.1243.8445.054.989810d6.9722.6755.5114.858246式樣來(lái)源：a：上海市石洞口污水處理廠； b：黃石污水處理廠； c：上海程橋污水處理廠； d：上海吳淞污水處理廠；從工業(yè)分析數(shù)據(jù)可以看出雖然不同污泥來(lái)源地工業(yè)分析結(jié)果不同，但是與煤粉相比較污泥的工業(yè)分析結(jié)果具有鮮明的特點(diǎn)。首先是揮發(fā)份較高，相對(duì)于煤粉污泥更易點(diǎn)燃。其次是含水量大，含碳量小。針對(duì)污泥的總體特點(diǎn)對(duì)污泥的燃燒特性進(jìn)行特性分析。1.2.2污泥的燃燒特性分析目前對(duì)于燃料熱解實(shí)驗(yàn)采用較先進(jìn)的tga-ftir技術(shù)。（其結(jié)構(gòu)圖如圖1-2所示）為污泥熱解與燃燒裝置的開(kāi)發(fā)提供必要的數(shù)據(jù)。78

14、圖1-2 tga/ftir測(cè)量系統(tǒng)1-dsc及tg樣品架,2-樣品支撐架, 3-紅外防護(hù)屏,4-電爐著火特性一般由tgdtg方法，它可以直觀的看到燃料在不同溫度下的燃燒狀況。9同時(shí)配合差溫曲線分析，如圖1-3反映了試樣在整個(gè)燃燒過(guò)程中熱量隨溫度的變化規(guī)律。10 圖1-3實(shí)驗(yàn)工業(yè)污泥的差熱曲線可以看出，在燃燒前期，差熱曲線上有明顯的放熱峰，此階段對(duì)應(yīng)著揮發(fā)分的燃燒，放熱峰值對(duì)應(yīng)溫度在 320350之間，此時(shí)揮發(fā)分劇烈燃燒，峰值對(duì)應(yīng)溫度和dtg曲線上最大失重速率對(duì)應(yīng)溫度一致。在燃燒后期，固定碳的燃燒在差熱曲線上也表現(xiàn)明顯，放熱峰值對(duì)應(yīng)溫度在 470500之間。說(shuō)明工業(yè)污泥著火溫度和燃盡溫度均較低，

15、易于燃盡的特點(diǎn)。根據(jù)差熱曲線，利用微分方法可以求解污泥的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。氣體和固體之間的反應(yīng)速率可以表示為：（1）式中，污泥熱解過(guò)程中消耗的量；a頻率因子；e活化能；r氣體常數(shù)；t反應(yīng)溫度；f()與熱解機(jī)理相關(guān)的函數(shù)，它的大小取決于反應(yīng)機(jī)理函數(shù)（2）其中 n 為反應(yīng)級(jí)數(shù)。求解這個(gè)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)方法有很多，本文采用最常用的微分法。微分法是利用 dtg 曲線進(jìn)行計(jì)算。由差熱分析的 tg 曲線可以求得：（3）gt0 為物質(zhì)未反應(yīng)時(shí)失重率，這里定義為 md（水分）；gt為物質(zhì)在 t 溫度時(shí)的失重率，；這里表示為（g-gt）/g，g 是初始的試樣重量；gt,max 物質(zhì)反應(yīng)結(jié)束時(shí)的失重率，這里表示為（

16、g-gt,max）/g。結(jié)合公式（1）和 dtg 的定義（用v 表示），在恒定升溫速率下得：（4）為升溫速率。聯(lián)立（1）（2）（4）得：（5）兩邊取對(duì)數(shù)變形得：（6）由式（6）以等式左邊（y）對(duì) 1/t（x）作tg dtg圖 111210,20,40,80°c/min時(shí),不同升溫速率對(duì)含油污泥著火和燃盡的影響很大.隨著升溫速率升高,含油污泥燃燒的著火溫度和燃盡溫度均有所提高,著火與燃盡時(shí)間也相應(yīng)提前.在整個(gè)燃燒過(guò)程中,雖然從著火到燃盡的溫差變化不大,但完成燃燒的時(shí)間明顯縮短. 13如圖1-4所示為城市污泥燃燒特性（材料取自徐州奎河污水處理廠未消化的污泥）14圖1-4不同升溫速率下污泥

17、燃燒的tg和dtg曲線污泥燃燒特性與煤粉類似，其燃燒特性與污泥種類和污泥性質(zhì)有很大關(guān)系。雖然不同來(lái)源的污泥性質(zhì)不同，但一般揮發(fā)分較高,含碳量較低,整個(gè)燃燒過(guò)程可分為三個(gè)階段:水分析出的階段;揮發(fā)分析出燃燒階段;焦碳燃燒的階段。151.2.3 常見(jiàn)的污泥焚燒處理方法與焚燒設(shè)備根據(jù)污泥所體現(xiàn)出來(lái)的主要特征目前國(guó)內(nèi)外污泥處理技術(shù)主要發(fā)展干化污泥燃燒技術(shù)。即為污泥經(jīng)“脫水-干化-焚燒-化工和建材”的一體化處理專利技術(shù)(zl 200620049453.4):污泥首先脫水,產(chǎn)生的濕污泥在爐前干燥器內(nèi)被熱煙氣加熱干燥,生成的干化污泥送入循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)燃燒,燃燒生成的熱煙氣引入爐前干燥器內(nèi)作為干燥介質(zhì),燃燒

18、生成的灰渣作為建筑、化工原材料,鍋爐產(chǎn)生的蒸汽引入傳統(tǒng)的蒸汽-發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電、供熱。5燃燒設(shè)備主要采用的是垃圾焚燒爐，主要有爐排爐、旋轉(zhuǎn)窯爐、循環(huán)流化床爐以及融融焚燒爐。其中循環(huán)流化床爐具有燃燒效率高，能夠有效控制有害氣體的產(chǎn)生，加入石灰石可以有效的脫硫，熱能可用于工業(yè)供氣、供熱、發(fā)電等，無(wú)爐排等轉(zhuǎn)動(dòng)部件，設(shè)備故障少，容易維修，投資費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛的推廣應(yīng)用。目前日本和美國(guó)及歐洲正在研究引進(jìn)熔融焚燒爐技術(shù)，正處于從普通流化床焚燒爐向熔融爐轉(zhuǎn)型階段。161.2.4污泥與煤粉摻混燃燒特性分析由于污泥與煤粉相比更易燃燒但是發(fā)熱量太低，如果單獨(dú)依靠污泥作為燃料很難滿足發(fā)電需求。17所以在生產(chǎn)應(yīng)用

19、中往往采取在煤粉中摻雜污泥的方式運(yùn)行。由于污泥中含水量低，所以過(guò)多摻入污泥可能會(huì)導(dǎo)致給粉系統(tǒng)中出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。另外由于污泥的發(fā)熱量低，如果摻入量過(guò)多往往會(huì)影響到鍋爐的效率。如表1-2所示，反映出煤中摻入污泥后對(duì)原煤耗量的影響?？梢?jiàn)當(dāng)燃煤中摻入少量污泥(比例不大于6%),對(duì)燃料燃燒的穩(wěn)定,鍋爐參數(shù)和受熱面工作的安全性不會(huì)產(chǎn)生不良影響。18對(duì)于流化床鍋爐由于流化床鍋爐更利于劣質(zhì)燃料的燃燒所以摻混比例可以提高很多。19 物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化對(duì)燃燒過(guò)程的發(fā)生、發(fā)展具有重要作用。從污泥焦粒徑分布可以看出污泥焦屬于多孔介質(zhì)，使得空氣易于擴(kuò)散到其中的氣孔中，有利于燃燒。2021除了與煤粉的摻混燃燒方式外，摻混水

20、煤漿燃燒也是一種可行的燃燒方式。水煤漿與污泥具有不同的灰分、揮發(fā)分及固定碳,其燃燒性能與自身性質(zhì)有很大關(guān)系,表現(xiàn)出不同的dtg曲線, 混合漿的燃燒特性比較復(fù)雜,污泥與水煤漿各自性質(zhì)對(duì)其有著很大的影響,燃燒特性總體表現(xiàn)為兩者共同作用的結(jié)果,dtg、tg曲線基本位于污泥及水煤漿單一燃燒的dtg、tg曲線之間 從污泥和水煤漿混燒的整個(gè)過(guò)程看,混合漿的燃燒特性在某些方面優(yōu)于污泥和水煤漿的單一燃燒,污泥摻入后s有所升高22。另外值得關(guān)注的是濕法燃燒方式。濕式燃燒亦稱濕式氧化,是將溶解和懸浮于水中的有機(jī)物或還原性的無(wú)機(jī)物,在高壓加熱下壓入空氣,使之氧化轉(zhuǎn)變成co2、h2o,以及少量惰性固體殘?jiān)?結(jié)果有機(jī)物

21、的結(jié)構(gòu)和成分發(fā)生改變,脫水性能大大改善。實(shí)驗(yàn)證明,濕式燃燒法是處理高濃度有機(jī)廢水和污泥的重要方法。23表1-2煤中摻入污泥后對(duì)原煤耗量的影響在煤中摻入城市污泥后,混合試樣和煤相比其活化性能得到提高,著火溫度提前,但是綜合燃燒性能卻是下降的。在混合試樣的燃燒過(guò)程中,煤和污泥基本上保持了各自的揮發(fā)分析出特性,煤的燃燒表現(xiàn)得更為明顯。24氧氣濃度對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品燃燒特性有較大影響。隨著氧濃度的增加,燃燒曲線向低溫方向移動(dòng),混合試樣的著火提前,燃燒時(shí)間縮短,失重速率加快,達(dá)到最大失重速率溫度降低。25污泥因?yàn)榫哂泻芨叩膿]發(fā)份，所以易燃燒?？梢栽谖勰嘀屑尤虢饘倩衔锲鸬街己痛呋淖饔?。污泥添加不同金屬化合物

22、 k2co3、nacl 和 al2o3后，其著火點(diǎn)有一定的下降，對(duì)污泥的燃燒有促進(jìn)作用；如圖1-5中的單一酸洗及添加不同金屬化合物污泥燃燒tg和dtg圖所示，不同金屬元素化合物的加入對(duì)污泥燃燒性能有一定的改善，并且在燃燒的不同階段金屬化合物表現(xiàn)出不同的催化能力。金屬化合物催化機(jī)理是金屬充當(dāng)氧的載體，加快氧氣擴(kuò)散速度，促進(jìn)了氧的轉(zhuǎn)移。26圖1-5酸洗及添加金屬化合物對(duì)污泥燃燒的影響1.2.5污泥焚燒處理對(duì)排放有害氣體的影響由表2-1可以看出污泥與煤粉在含碳量和含水量上有著很大的區(qū)別，這也影響著污泥燃燒后煙氣排放的問(wèn)題。利用簡(jiǎn)單的鍋爐（其結(jié)構(gòu)如圖1-6）模擬污泥的燃燒，收集排出的煙氣進(jìn)行成分分析。

23、結(jié)果如圖1-7所示：圖1-6模擬用鍋爐結(jié)構(gòu)圖圖1-7排煙分析結(jié)果各種污泥單獨(dú)燃燒時(shí)so2、nox釋放濃度較高,so2釋放主要取決于揮發(fā)分燃燒階段,而no的釋放則取決于揮發(fā)分燃燒、半焦燃燒兩個(gè)階段;污泥燃燒時(shí)no的釋放濃度與其o/n比例有關(guān),并且其自身含有的cao、mgo等堿金屬不僅可以固硫而且no有積極的催化還原作用,使no生成減少。(2)作為一種潔凈煤技術(shù),利用污泥型煤技術(shù)處理污泥可以降低氣體污染物的排放,同時(shí)利用污泥作為粘結(jié)劑并利用其所含的熱能,有利于能源化、潔凈化處理污泥的目的。27氧的變遷轉(zhuǎn)化影響著nox 的排放特性，sox 的排放規(guī)律，co2排放。運(yùn)用 xps 研究了煤經(jīng)氧化后其含氧

24、官能團(tuán)的變化發(fā)現(xiàn)：煙煤中含氧官能團(tuán)在燃燒過(guò)程中呈現(xiàn)以下變化趨勢(shì)：無(wú)機(jī)氧(al2o3/sio2)含量上升，羥基(oh)含量下降，羰基(co)呈波動(dòng)狀變化，羧基(cooh)含量先上升后下降。污泥中無(wú)機(jī)氧(al2o3/sio2)、羥基(oh)、羰基(co)和羧基(cooh)等 4 種含氧官能團(tuán)的變化與煤類似。煤和污泥中的含氧官能團(tuán)在混燒過(guò)程中均保持了各自的獨(dú)立性，未發(fā)生明顯的相互作用。本實(shí)驗(yàn)條件下，混燒過(guò)程中煤占主導(dǎo)地位。28污泥焚燒過(guò)程中c2h6、c3h8、c6h14、c6h6、c6h5nh2等不完全燃燒產(chǎn)物的質(zhì)量濃度均高于煤的焚燒,而co的排放質(zhì)量濃度卻遠(yuǎn)低于煤燃燒的排放。但是與煤粉按1:1比例

25、混合后燃燒發(fā)現(xiàn)排放主要為co，并且會(huì)提高煤粉的co排放量。同時(shí)污泥燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生二噁英等有毒有害物質(zhì)。經(jīng)國(guó)內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)控制水含量和硫含量以及燃燒溫度等可以有效的控制有害氣體的排放。29另外固體燃料和固體廢物在燃燒和氣化過(guò)程中的汞排放問(wèn)題在全球己經(jīng)受到廣泛關(guān)注。該文首先選取3個(gè)煤種和3種干城市污泥作為樣本，通過(guò)熱重(tg)實(shí)驗(yàn)了解汞在燃燒和氣化過(guò)程中的基本析出行為。然后選取一個(gè)污泥樣在滴管爐里燃燒，研究汞在接近實(shí)際燃燒狀況下的析出行為。通過(guò)熱平衡計(jì)算預(yù)測(cè)了在和實(shí)驗(yàn)相同條件下汞析出的變化趨勢(shì)。結(jié)果表明，90%的汞在873k時(shí)己經(jīng)析出，而在固定碳含量較高的燃料表現(xiàn)出汞析出比例較慢的特點(diǎn)。另外較高的

26、cllhg促進(jìn)煤中汞的析出，而較高的slhg摩爾比抑制污泥汞的析出。值得注意的是在氣化條件下，即使在低溫下單質(zhì)汞也能生成并析出。301.3本課題研究目的及內(nèi)容本課題將詳細(xì)的研究國(guó)內(nèi)重點(diǎn)城市的污泥來(lái)源及構(gòu)成，污泥的危害，闡述國(guó)內(nèi)外污泥主流處理工藝構(gòu)成及原理。闡述污泥的焚燒技術(shù)工藝、原理、主要設(shè)備及運(yùn)行問(wèn)題。分析污泥燃燒發(fā)電的可行性，并設(shè)計(jì)和計(jì)算污泥燃燒發(fā)電的相關(guān)數(shù)據(jù)。第2章 污泥燃燒特性本文中選取城市污水處理廠的城市生活污泥（下文簡(jiǎn)稱為污泥）作為研究對(duì)象。本章首先對(duì)污泥進(jìn)行了工業(yè)分析、化學(xué)成分分析，在此基礎(chǔ)上，對(duì)污泥進(jìn)行熱分析，研究了污泥的燃燒特性。2.1污泥成分分析污泥的工業(yè)分析包括水分，灰分

27、，揮發(fā)份，固定碳和發(fā)熱量。樣品來(lái)自上海程橋污水處理廠。分析結(jié)果如表2-1所示。表2-1 污泥工業(yè)分析madaadvadfcadnet/kj·kg-16.1245.0543.844.989810從表2-1可以看出因?yàn)槌鞘形勰嘀泻休^多的揮發(fā)分和固定碳，致使污泥發(fā)熱量很高。由于城市污泥中含有較高的熱值，其在循環(huán)流化床鍋爐中焚燒時(shí)可以替代部分燃料，但要適當(dāng)?shù)恼{(diào)整用煤量。2.2污泥燃燒分析2.2.1實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)采用的儀器是由德國(guó)netsch公司和bruker公司聯(lián)合制造的tga-ftir熱綜合分析儀,其tga部分是netzsch的sta-409熱重分析儀。（其具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1-2）其主要特征是

28、可同時(shí)對(duì)試樣進(jìn)行tg分析和對(duì)析出成分進(jìn)行分析。儀器主要由以下幾部分組成：天平系統(tǒng)、電加熱爐、紅外分析系統(tǒng)。溫度范圍01 600，熱重靈敏度最高1.25m；樣品重量05000 mg；熱量測(cè)量范圍0500 mv；差熱靈敏度約18v/mw；差熱測(cè)量范圍05 000v。測(cè)量氣氛：動(dòng)、靜態(tài)氧化、還原氣體、惰性氣體和部分腐蝕氣體、真空。7實(shí)驗(yàn)樣污泥經(jīng)過(guò)篩分,粒徑為8045目。3個(gè)樣品稱相同重量(20mg)。氧氣流量80ml/min,升溫速率30/min,終溫污泥850,。實(shí)驗(yàn)使用純氧是希望得到更為明顯的反應(yīng)效果。2.2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析圖2-1為樣品污泥的熱重曲線,由圖可以看出在著火燃燒之前有增重現(xiàn)象,最

29、大增重約為初始重量的2%,并伴有發(fā)熱,然后開(kāi)始著火,迅速失重。對(duì)這種現(xiàn)象,我們認(rèn)為,當(dāng)污泥被加熱時(shí),氣相環(huán)境中氧擴(kuò)散到污泥的外表面和內(nèi)部孔隙,在污泥表面上發(fā)生物理和化學(xué)吸附。由于加熱速率低,所以使得氧分子有足夠的時(shí)間完全覆蓋污泥的內(nèi)外表面,因此,增重現(xiàn)象可以認(rèn)為是氧吸附到污泥顆粒的表面所引起的。樣品污泥dtg曲線有兩個(gè)峰,即可能有兩步反應(yīng),樣品污泥兩個(gè)峰比較接近,基本上都屬于揮發(fā)分燃燒的溫度范圍?？梢钥闯?污泥的揮發(fā)分較高,含碳量較低,如以水分蒸發(fā)段及空氣吸附段后開(kāi)始，迅速失重前的一個(gè)波谷值對(duì)應(yīng)的溫度為著火點(diǎn),則比煤低些,而燃盡溫度也較煤要低。圖2-1程橋污泥的熱重曲線這些情況與這種污泥的工業(yè)

30、分析相吻合:各種污泥總失重率與污泥灰分含量之和接近100%,說(shuō)明污泥熱重實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確;程橋污泥揮發(fā)分含量高、灰分少、含碳量也少,因此只在低溫區(qū)間出現(xiàn)峰值。用phadnis方法求取反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)假設(shè)在一個(gè)有限的時(shí)間區(qū)間內(nèi),有一個(gè)絕熱反應(yīng),氣體和固體之間的反應(yīng)速率可以表示為:d/dt=ae-e/(rt)f() (1)式中,為在燃燒中消耗的燃料分額,a為頻率因子,e為活化能,r為氣體常數(shù),t為反應(yīng)溫度。f()為與固體未燃反應(yīng)物和反應(yīng)速率有關(guān)的函數(shù),它的大小取決于反應(yīng)機(jī)理3。在恒定的程序升溫速率下,=dt/dt,則d/dt=(a/)e-e/(rt)f() (2)求解這個(gè)燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程的方法很多,其中主

31、要的是微分法和積分法,有不少研究者在這方面發(fā)表了有關(guān)的文章。本文采用phadnis的方法推斷反應(yīng)機(jī)理,公式如下f()g()=(rt2/e)1-2rt/ed/dt (3)由于2r2t3/e2很小,可忽略。于是(3)式可簡(jiǎn)化為:f()g()=(rt2/e)(d/dt) (4)然后通過(guò)所作出的f()g()-t2d/dt圖,使成線性,其斜率為r/e,微分法是作ln(d/dt)/f()-1/t圖,發(fā)現(xiàn)f()=(1-)1/r與1/t的線性度比較好,畫出分別對(duì)應(yīng)的ln(d/dt)/f()-1/t圖(簡(jiǎn)稱微分圖)和f()g()-t2d/dt圖(簡(jiǎn)稱phadnis圖)。根據(jù)對(duì)這些圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)的線性擬合得出,當(dāng)r=

32、4時(shí),微分圖直線方程為y=17.53549-8437.9x,擬合相關(guān)參數(shù)為r=0.99482;phadnis圖直線方程為y=0.00014x-0.00486,擬合相關(guān)參數(shù)為r=0.99777(見(jiàn)圖2-2)。實(shí)際此時(shí)兩個(gè)斜率之積為-1.181306?？梢哉J(rèn)為f()=(1-)1/4是基本正確的描述了這一階段反應(yīng)機(jī)理的方程,再由微分圖中的斜率和截距求出:e=70.1kj/mol,a=4.1×105l/min。圖2-2程橋污泥燃燒的phadns圖第一步反應(yīng)的第二階段,與前面的方法一致。結(jié)果如下:f()=(1-)-1/3-1-1,e=304.3kj/mol,a=18.1 l/min。這個(gè)反應(yīng)機(jī)

33、理稱為ginstling-brounshtein圓柱形對(duì)稱三維擴(kuò)散。第二步反應(yīng)的研究方法與第一步反應(yīng)大致相同,結(jié)論是:在dtg峰值之前,f()=(1-)1/4,e=83.6kj/mol,a=1.12×106l/min;在dtg峰值之后,f()=(1-)-1/3-1-1,e=245 kj/mol,a=27.61/min。由以上的分析可知程橋污泥的反應(yīng)機(jī)理可表述為:在典型的tga加熱的條件下,污泥表面氧氣吸附增重之后,溫度不斷上升,在開(kāi)始燃燒時(shí),氧濃度是過(guò)量的,此時(shí)的總反應(yīng)速率應(yīng)當(dāng)取決于揮發(fā)分的析出速率和析出的揮發(fā)分與氧燃燒的反應(yīng)速率,而在此時(shí),雖然污泥的灰分都較高,但在燃燒初期揮發(fā)分從

34、污泥顆粒的表面及外層部分析出,不會(huì)受到大的阻礙,所以總反應(yīng)速率是服從化學(xué)反應(yīng)速度控制的,其機(jī)理方程為f()=(1-)1/4。其后,燃燒繼續(xù)進(jìn)行,不斷放熱,溫度上升,使反應(yīng)速率加快,然而另一方面,反應(yīng)也不斷向污泥顆粒內(nèi)部推進(jìn),氧氣向內(nèi)部擴(kuò)散與產(chǎn)物氣體向外擴(kuò)散又相互阻礙,而這時(shí)溫度已經(jīng)比較高,揮發(fā)分和碳的燃燒都足夠快,因此,總反應(yīng)速率完全受擴(kuò)散因素的控制,其機(jī)理方程為f()=(1-)-1/3-1-1。由分析可以看出,擴(kuò)散因素控制的反應(yīng)活化能高于表面反應(yīng)的活化能,是符合污泥的自身特性的,質(zhì)地疏松,揮發(fā)分高易于析出,然而污泥的含碳量低,殘?zhí)既紵灰子谶M(jìn)行。經(jīng)過(guò)分析可知樣品污泥的揮發(fā)分較高,含碳量較低,

35、整個(gè)燃燒過(guò)程可分為三個(gè)階段:水分析出的階段；揮發(fā)分析出燃燒階段；焦碳燃燒的階段。6第3章 污泥焚燒技術(shù)的應(yīng)用3.1污泥焚燒處理的優(yōu)勢(shì)3.1.1對(duì)污泥的有效利用污泥的處理方式主要有：填埋處理，堆肥處理和焚燒處理三種。填埋法是將污泥直接或與垃圾混合后填入大坑或洼地中，以利恢復(fù)地貌和維護(hù)生態(tài)平衡。但是此方法的缺點(diǎn)是土地占用量大，填埋后易造成二次污染，如污染地下水源、有害氣體四處飄散污染大氣、有害金屬在填埋場(chǎng)半徑50km范圍內(nèi)會(huì)形成富集圈帶以及被填埋的污泥發(fā)酵產(chǎn)生的甲烷氣體等容易引發(fā)爆炸等。堆肥法，也是農(nóng)業(yè)處理法，是將污泥運(yùn)到市郊農(nóng)村作肥田處理。此法能有效改良土壤，且處理成本低，處理量大，但由于未經(jīng)分

36、選，使許多有用之物白白浪費(fèi)，同時(shí)許多非肥田成分，這些成分會(huì)造成二次污染，所以此法目前僅限于較小規(guī)模?？梢?jiàn)以上兩種的污泥處理方式都不適合大規(guī)模的應(yīng)用。隨著城市大規(guī)模的發(fā)展，石油產(chǎn)量的不斷增大，以上兩種處理方式對(duì)環(huán)境的破壞和占用的土地等問(wèn)題就越發(fā)的暴露出來(lái)。相比之下，焚燒法更適合未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。焚燒法是將污泥進(jìn)行焚燒處理，使其體積減小，質(zhì)量減輕（體積可縮小90%，質(zhì)量減少75%）。該方法的優(yōu)點(diǎn)是，能有效地減少污泥的填埋量，經(jīng)焚燒后只有大約相當(dāng)于最初體積的十分之一需要填埋，且能回收能量和部分燒結(jié)渣的再次利用。一般高位發(fā)熱量大于3400kj/kg的污泥適于焚燒處理。燃燒產(chǎn)生的熱能可用于供熱或發(fā)電，燃燒

37、效率可以達(dá)到85%，熱效率可達(dá)到50%以上。現(xiàn)在新的煙氣渦輪增壓技術(shù)，和與污水處理廠聯(lián)合運(yùn)行的技術(shù)可以使熱效率進(jìn)一步得到提高。3.1.2污泥焚燒設(shè)備及各設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn)焚燒爐主要有：爐排爐、旋轉(zhuǎn)窯爐、循環(huán)流化床爐及融融焚燒爐。機(jī)械式層燃爐排焚燒爐具有較長(zhǎng)的發(fā)展歷史，常用有：滾動(dòng)爐排、往后運(yùn)行爐排、希格斯路牌、w型爐排等。層燃爐焚燒機(jī)理是污泥送入爐膛的爐排上，燃料隨爐排往后移動(dòng)，從爐膛來(lái)的強(qiáng)烈火焰輻射使得污泥干燥，并在爐排前段有效著火，經(jīng)爐排中后段污泥在助燃空氣的作用下充分燃盡。其主要特點(diǎn)為：燃料的適應(yīng)性廣，可用不同特性的燃料，運(yùn)行，操作方便，具有較高的可靠性和穩(wěn)定性。保持燃燒煙氣的高溫和爐膛內(nèi)停留的

38、時(shí)間，可減少有害氣體的排放。但燃燒效率低，易存在機(jī)械故障。旋轉(zhuǎn)窯焚燒爐分為基本形式和有廢物干燥區(qū)兩種形式。一般的旋轉(zhuǎn)爐是一個(gè)略微傾斜而內(nèi)襯耐火磚的空心圓筒，窯體通常很大。大多數(shù)廢物料是由燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的氣體及窯壁傳輸?shù)臒崃考訜岬摹９腆w廢物可從前端送入窯中進(jìn)行焚燒，以定速來(lái)達(dá)到攪拌廢物的目的。旋轉(zhuǎn)時(shí)需保持適當(dāng)?shù)膬A斜度，以利固體廢物下滑。此外，廢液廢氣可以從前端，中端，后端同時(shí)配合助燃空氣送入，甚至于整桶裝的污泥也可以送入旋轉(zhuǎn)爐燃燒。有廢物干燥區(qū)的旋轉(zhuǎn)焚燒爐可以用來(lái)處理夾帶著任何液體的和大體積的固體廢物。在干燥區(qū)，水分和揮發(fā)性有機(jī)物被蒸發(fā)掉，然后，蒸發(fā)物繞過(guò)轉(zhuǎn)窯進(jìn)入二燃室。固體物進(jìn)入轉(zhuǎn)窯之前，在通

39、過(guò)燃燒爐排時(shí)被點(diǎn)燃。二燃室能使揮發(fā)物種的有機(jī)物和由氣體中懸浮顆粒所夾帶的有機(jī)物完全燃燒。循環(huán)流化床鍋爐用于垃圾和污泥焚燒是最近幾十年才發(fā)展起來(lái)的，垃圾燃料進(jìn)入燃燒室與灼熱的床料充分混合焚燒，其中大塊（1015mm粒狀）不可燃物由床底部的連續(xù)排渣裝置排出，經(jīng)冷渣器后排外，未燃盡細(xì)小物質(zhì)則從燃燒室上部進(jìn)入旋風(fēng)分離器，大部分被分離器收集經(jīng)反料裝置返回燃燒室繼續(xù)燃燒，這樣反復(fù)幾次循環(huán)達(dá)到燃盡的目的。由于流化床流化特性，要求溫度均勻地保持在850900之間，使床內(nèi)能保持穩(wěn)定燃燒，污泥及其臭氣中的有害成分（二噁英等）能在爐膛內(nèi)得到裂解焚燒，而不產(chǎn)生新的有害物質(zhì)。循環(huán)流化床鍋爐有以下主要特點(diǎn)：燃燒效率高，特

40、別適合高水分低熱值的污泥焚燒?；以鼰o(wú)臭味，可直接填埋或用于建材生產(chǎn)。能夠有效控制垃圾分解過(guò)程中有害氣體的產(chǎn)生，由于燃燒溫度可均勻控制在850900之間，其nox的生成量較小。當(dāng)燃燒溫度大于1300時(shí)，nox才會(huì)大量生成。由于二噁英是在燃燒不穩(wěn)定、爐膛燃燒溫度不均勻、燃燒溫度小于850及金屬催化劑條件下生成，因而循環(huán)流化床焚燒鍋爐可以有效抑制二噁英的生成。爐內(nèi)加石灰石，可有效脫硫。在ca/s為1:2時(shí)，脫硫效率大于85%，尾部噴水和石灰粉可有效脫除污泥燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的hcl、hf、so2等有害氣體。焚燒產(chǎn)生的熱能品質(zhì)高可用于生產(chǎn)蒸汽、供熱和發(fā)電等。循環(huán)流化床焚燒爐無(wú)爐排爐等旋轉(zhuǎn)部件，設(shè)備故障少，

41、容易維修，投資費(fèi)用低。熔融焚燒爐是用高溫熔融鐵水作為焚燒爐料，溫度高達(dá)1400，垃圾投入爐中迅速熔化或氣化，熱解有害氣體或焚燒，使廢氣產(chǎn)量為傳統(tǒng)焚燒爐的幾分之一，浮渣從溢流渣口排出（液態(tài)排渣）成粒狀，是二次污染極少的一種新型焚燒爐。但目前還處于開(kāi)發(fā)階段。日本已經(jīng)處于從流化床焚燒爐向熔融爐轉(zhuǎn)型階段。163. 2污泥與煤粉混燃對(duì)燃燒的影響城市污泥即使經(jīng)過(guò)脫水處理后水分仍較多,熱值較低,若直接作為燃料不易穩(wěn)定燃燒,而且燃燒產(chǎn)的熱量較難滿足工業(yè)鍋爐供熱和發(fā)電的需要。因此考慮將城市污泥脫水后和煤混合作為鍋爐燃料,為城市污泥的最終處理尋求一條經(jīng)濟(jì)合理的途徑,以便達(dá)到節(jié)約能源、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和保護(hù)環(huán)境的目

42、的。為了對(duì)城市污泥和煤的混料的燃燒規(guī)律有一個(gè)基本的了解,我們利用熱重分析法對(duì)其進(jìn)行了初步的研究。3.2.1 污泥與煤粉混燃的燃燒特性分析我們發(fā)現(xiàn)隨著在煤中摻入污泥比重的增大，試樣的著火溫度明顯降低了，燃盡溫度也相應(yīng)地有所降低。我們看到污泥中的揮發(fā)分含量很高，而比較難燃的固定碳的比重相當(dāng)小，因此污泥極易燃燒，燃盡溫度相對(duì)也較低。煤和城市污泥相混后，由于污泥中的揮發(fā)分能夠在較低的溫度下迅速析出，使得試樣的著火性能得到了較大的改善。在燃燒動(dòng)力學(xué)參數(shù)中，活化能是一個(gè)十分重要的參數(shù)，它代表反應(yīng)物的分子由初始穩(wěn)定狀態(tài)變?yōu)榛罨肿铀栉盏哪芰俊；罨鼙戎饻囟雀軓谋举|(zhì)上描述試樣的著火性能。在煤中加入少量

43、的污泥就可使其活化性能得到較大的提高。隨著試樣中污泥比重的增大，著火溫度提前，活化性能提高，兩者的變化趨勢(shì)是一致的。我們還發(fā)現(xiàn)，隨著試樣中污泥比重的增大，試樣的綜合燃燒特性指數(shù)有所減小，表明其綜合燃燒性能逐漸下降。分析表2-1中的數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)盡管污泥中揮發(fā)分的含量很大，但是所占份額最多的是氧元素，占整個(gè)揮發(fā)分含量的52.5%。氧雖然能助燃,但是它在試樣中的含量比之大氣中氧含量是微不足道的。城市污泥中的氮元素含量(4.76%)也要比煤中的含量(0.94%)大很多，但是氮既不可燃燒又無(wú)助燃作用，而且在燃燒反應(yīng)中會(huì)生成有害氣體nox。氫和硫是可燃元素，其中硫的發(fā)熱量較低,而氫的發(fā)熱量最高。但是不管

44、是在煤中還是在城市污泥中兩者的含量都很小且相差不大。碳元素在煤和城市污泥中的比重都是最大的，且碳的發(fā)熱量很高，在燃燒中起主導(dǎo)作用。通過(guò)比較表2-1中的數(shù)據(jù)我們發(fā)現(xiàn)，煤中碳元素的含量為58.84%，而城市污泥中碳元素含量為23.70%，前者將近為后者的2.5倍。煤的最大燃燒速度和平均燃燒速度分別為9.974 %/min和3.982 %/min，分別大于城市污泥的5.328 %/min和2.235 %/min，可見(jiàn)煤燃燒起來(lái)要比城市污泥劇烈得多。當(dāng)煤和城市污泥混合后盡管著火溫度和燃盡溫度有所提前但是燃燒的劇烈程度明顯下降，其綜合燃燒性能下降。由圖2-1我們發(fā)現(xiàn)混合試樣dtg曲線上的最大燃燒峰對(duì)應(yīng)溫

45、度在500左右,和煤的dtg曲線燃燒峰所對(duì)應(yīng)的溫度基本一致；從dtg曲線上還可以看到在此之前有一個(gè)次峰，所對(duì)應(yīng)的溫度在320左右，和污泥dtg曲線燃燒峰所對(duì)應(yīng)的溫度基本一致，這表明混合試樣燃燒時(shí)，試樣中的煤和污泥基本上保持了各自的揮發(fā)分析出特性。當(dāng)混合試樣中污泥含量較小或者和煤的含量相當(dāng)時(shí)，次峰并不明顯，只有當(dāng)污泥的含量較大時(shí)次峰表現(xiàn)得才較為突出；在發(fā)生燃燒反應(yīng)的溫度區(qū)間內(nèi),混合試樣dtg曲線的變化趨勢(shì)和煤的dtg曲線變化趨勢(shì)更為接近,這些表明在混合試樣的燃燒過(guò)程中煤的燃燒表現(xiàn)得更為明顯。針對(duì)我們所選的某城市污泥和某煤種，對(duì)其單獨(dú)及按不同比例混合后進(jìn)行的熱重試驗(yàn)表明：在煤中摻入城市污泥后，混合

46、試樣和煤相比其活化性能得到提高，著火溫度提前，但是綜合燃燒性能卻是下降的。在混合試樣的燃燒過(guò)程中，煤和污泥基本上保持了各自的揮發(fā)分析出特性，煤的燃燒表現(xiàn)得更為明顯。173.2.2燃燒溫度沿爐膛高度的分布特性圖3-1為不同煤泥比在流化床內(nèi)穩(wěn)定燃燒時(shí)沿床高的溫度分布。由圖可見(jiàn),煤和污泥在這三種比例下均能穩(wěn)定燃燒,溫度差別不是很大。圖3-1不同煤泥比在流化床內(nèi)混燃時(shí)沿床高的溫度分布但煤和污泥在各比例下沿床層高度的溫度差都很大(約350),這與tom ogada和joachim werther的研究結(jié)果是相反的。原因可能有以下兩點(diǎn):一是與燃料的特性有關(guān),即由于煤粒較粗,致使較多的煤粒沉在爐底,增加了密

47、相區(qū)的燃燒份額,故密相區(qū)溫度較高;二是與污泥加入方式有關(guān),即由于污泥的給料裝置位于爐頂,污泥在落下的過(guò)程中不斷吸熱干燥,使?fàn)t膛上部溫度降低。試驗(yàn)也對(duì)煤泥比為3.56.5的污泥在流化床內(nèi)的混合燃燒特性進(jìn)行了研究,試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這種比例的污泥在不加額外輔助燃料的情況下不能在爐內(nèi)穩(wěn)定燃燒。試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),在煤泥比為55的混燃試驗(yàn)中,當(dāng)爐內(nèi)溫度在900以下時(shí)投入此種污泥,將會(huì)導(dǎo)致床溫越來(lái)越低。3.2.3爐內(nèi)床壓的變化特性在煤泥比55的污泥混燃試驗(yàn)中,試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)風(fēng)室壓力在逐漸降低,如圖3-2所示。由此可以判斷爐內(nèi)床料量在逐漸減少。由于污泥粒徑很細(xì),燃燒后幾乎都形成飛灰,無(wú)法形成床料,因此當(dāng)煤泥比較低時(shí),燃燒過(guò)程中需

48、要補(bǔ)充床料,才能維持床壓。圖3-2風(fēng)室壓降隨時(shí)間的變化曲線及其趨勢(shì)線3.3污泥與煤粉混燃對(duì)煙氣排放的影響3.3.1煙氣中不完全燃燒產(chǎn)物的排放在污泥的空氣干燥基中揮發(fā)分占很高，固定炭含量很少；相反，在煤的空氣干燥基中揮發(fā)分一般不高（除褐煤），固定炭含量則很高?？梢?jiàn)煤和污泥性狀性狀差異巨大。圖1-7為在焚燒工況為850爐溫、流化風(fēng)體積流量為3.1 m3/h的條件下,含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為41.5%的半干污泥和煤焚燒過(guò)程不完全燃燒產(chǎn)物的排放，圖中co(10-1)表示co質(zhì)量濃度為實(shí)際質(zhì)量濃度的1/10.由圖可知,污泥焚燒過(guò)程中c2h6、c3h8、c6h14、c6h6、c6h5nh2等不完全燃燒產(chǎn)物的質(zhì)量濃度

49、均高于煤的焚燒，而co的排放質(zhì)量濃度卻遠(yuǎn)低于煤燃燒的排放。這是由于污泥在流化床內(nèi)的燃燒過(guò)程中揮發(fā)分的釋放和燃燒占主導(dǎo)地位，,僅有少量固定炭殘留在床層內(nèi)燃燒, ogada等人對(duì)濕污泥在流化床內(nèi)揮發(fā)分的析出和燃燒有詳盡的研究報(bào)道，并提出了揮發(fā)分燃燒模型,即揮發(fā)分的受熱析出和燃燒不僅僅發(fā)生在床層內(nèi)，而是在整個(gè)床層和懸浮區(qū)內(nèi)進(jìn)行；而在煤燃燒過(guò)程中占主導(dǎo)地位的則是固定炭的燃燒，揮發(fā)分則相對(duì)小的多，因此煙氣中不完全燃燒產(chǎn)物的排放主要為co。當(dāng)污泥和煤以相同比例混合后焚燒時(shí)，污泥和煤混燒的不完全燃燒產(chǎn)物的排放特性非常相近，污泥焚燒排放的co質(zhì)量濃度稍高于煤的排放質(zhì)量濃度，這是由于污泥中的水分降低了床層溫度，

50、可見(jiàn)污泥對(duì)煤燃燒過(guò)程不完全燃燒產(chǎn)物排放的影響是很小的。在焚燒工況為850爐溫、流化風(fēng)體積流量為3.1 m3/h的條件下，不同水分下不完全燃燒產(chǎn)物的排放如圖3-3所示。隨著污泥含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高, co的排放質(zhì)量濃度有所下降，但c3h8、c6h14和c6h5nh2等有機(jī)污染物的排放質(zhì)量濃度明顯上升，這是由于隨著水分升高，密相區(qū)的焚燒溫度下降，大量有機(jī)揮發(fā)分進(jìn)入懸浮區(qū)造成的；相反，co排放質(zhì)量濃度的降低則是由于高水分下污泥中揮發(fā)分燃燒相對(duì)不夠充分，cxhyco的轉(zhuǎn)化率降低的緣故。計(jì)算得3種水分下不完全燃燒產(chǎn)物中炭的排放質(zhì)量濃度，當(dāng)污泥的含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)由7.3%升至41.5%,煙氣中不完全燃燒炭的排放質(zhì)

51、量濃度由24mg/m3升至24.8 mg/m3?？梢?jiàn)水分對(duì)煙氣中不完全燃燒炭的排放質(zhì)量濃度的影響并不明顯。圖3-3不同污泥含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)下不完全燃燒產(chǎn)物排放在觀察密相區(qū)溫度變化對(duì)co排放影響的實(shí)驗(yàn)工況中，將懸浮段的溫度維持在850、流化風(fēng)體積流量為3.1 m3/h,通過(guò)改變床層溫度t1同時(shí)觀察co質(zhì)量濃度的變化。由圖4可以發(fā)現(xiàn)，含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為7.3%和28.4%的干污泥， co質(zhì)量濃度隨溫度的變化趨勢(shì)有所不同，以含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.3%的污泥為例， 850下的co質(zhì)量濃度低于750和950下的質(zhì)量濃度；而含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28.4%的污泥則不然.原因分析如下：隨著密相區(qū)溫度升高，揮發(fā)分的析出速率和

52、燃燒速率也不斷提高，假設(shè)在某一特定的溫度工況內(nèi)，揮發(fā)分的析出和燃燒保持平衡，co的排放質(zhì)量濃度為定值，當(dāng)溫度升高后，假如此時(shí)的燃燒過(guò)程不僅能消耗掉由于溫度升高而多析出的揮發(fā)分，而且能消耗掉部分平衡時(shí)期的揮發(fā)分，則進(jìn)入懸浮區(qū)的揮發(fā)分質(zhì)量濃度降低，co質(zhì)量濃度也相應(yīng)降低，如圖3-4中的和過(guò)程；假如溫度升高后的燃燒過(guò)程甚至不能消耗掉由于溫度升高而多析出的揮發(fā)分，則進(jìn)入懸浮區(qū)的揮發(fā)分質(zhì)量濃度升高，co質(zhì)量濃度也相應(yīng)升高，如圖3-4中的過(guò)程和過(guò)程。圖3-4床層溫度對(duì)co排放的影響圖3-5懸浮區(qū)溫度對(duì)xn的影響3.3.2溫度對(duì)n2o和nox排放的影響溫度對(duì)n2o和nox的影響趨勢(shì)相反，溫度升高對(duì)n2o的排

53、放有抑制作用，而對(duì)nox的排放則有促進(jìn)作用。這是由于n2o的生成路徑主要為nco+non2o+co，在高溫環(huán)境下，nco發(fā)生下述分解反應(yīng):nco+hnh+co, (1)nco+ono+co. (2)而且隨著溫度的升高, hco的分解反應(yīng)也越劇烈，nco質(zhì)量濃度的降低導(dǎo)致了n2o排放的減少；對(duì)于nox而言，燃燒過(guò)程中能夠獲得充足的氧氣，隨著溫度的升高，,污泥中燃料氮的轉(zhuǎn)化率升高，污泥高含氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)是其一大特性，大部分以有機(jī)物的形態(tài)存在，本文中污泥的含氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.44%，燃料氮轉(zhuǎn)化為nox的轉(zhuǎn)化率xn=moutrnox/m (3)式中：mout為單位質(zhì)量污泥焚燒排放的干煙氣的摩爾質(zhì)量，rnox

54、為干煙氣中nox的摩爾比，m為單位質(zhì)量的污泥中燃料氮的摩爾質(zhì)量。由圖3-5可以看出，在相同的溫度下，xn隨著含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高而升高，同時(shí)也隨著懸浮區(qū)溫度的升高而增大。3.3.3水分對(duì)n2o和nox排放的影響污泥的水分對(duì)n2o和nox排放的影響趨勢(shì)也相反，水分升高能夠促進(jìn)n2o生成，抑制nox的生成。水分對(duì)n2o生成的促進(jìn)可能是由于隨著含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高，爐內(nèi)溫度下降而導(dǎo)致的，同時(shí)水分的升高在一定程度上影響了污泥揮發(fā)分析出的種類和濃度，使其朝著有利于n2o生成的方向轉(zhuǎn)變,比如徐明艷等人發(fā)現(xiàn)煤熱解過(guò)程中引入水蒸汽能夠提高nh3的排放質(zhì)量濃度，但其機(jī)理還有待進(jìn)一步研究；水分對(duì)燃料nox的生成影響有兩種

55、：1)較低水分時(shí)形成的弱還原氣氛能促進(jìn)揮發(fā)分析出：2)水煤氣反應(yīng)在更高水分時(shí)變得更加突出，可將形成的nox還原為n2。鐘北京等人在研究含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)乳化重油燃燒過(guò)程中nox排放的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高能抑制nox的生成。3.3.4煤對(duì)n2o和nox排放的影響實(shí)驗(yàn)對(duì)比了含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為41.5%的污泥和煤?jiǎn)为?dú)焚燒,以及污泥和煤以質(zhì)量比11混燒后的nox及n2o排放。如圖3-6所示,污泥和煤混燒的nox排放質(zhì)量濃度低于污泥焚燒的排放質(zhì)量濃度,而n2o的排放質(zhì)量濃度則高于污泥焚燒的排放值,可見(jiàn)煤摻燒后促進(jìn)了no向n2o的轉(zhuǎn)化。29圖3-6煤對(duì)nox和n2o排放的影響第4章 污泥焚燒發(fā)電研究4.1污泥燃燒設(shè)計(jì)4.1.1選用污泥及煤粉的工業(yè)分析煤粉選用為平頂山煙煤，其成分特性如表4-1。(采用收到基)表4-1設(shè)計(jì)所用煤種的成分特性水分（%）灰分（%）碳含量（%）氫含量（%）氧含量（%）氮含量（%）硫含量（%）揮發(fā)分（%）低位發(fā)熱量（kj/kg）7.025.658.23.74.10.90.524.622625試驗(yàn)用污泥來(lái)自重慶某污水處理廠處理污水后的副產(chǎn)品(排放物)，它是一種接近漿狀