不干胶废弃物热解与燃烧动力学特性

采用热重分析方法对不干胶废弃物(PSAs)进行了热解和燃烧失重分析,并采用Doyle法拟合计算了PSAs热解和燃烧动力学参数。结果表明:当温度低于200℃或高于600℃,PSAs的热解和燃烧失重过程具有性;300~600℃时,PSAs热解过程具有3个失重峰,而其燃烧过程具有2个失重峰。动力学分析结果表明:PSAs的热解是由多阶段复杂的热裂解反应组成,其热解过程可用4个一级反应来描述,随着升温速率的提高热解阶段第1峰区表观活化能降低;而第2、3峰区以及半焦深度裂解阶段的第4峰区活化能逐渐升高;PSAs燃烧过程可用3个一级反应来描述,随着升温速率的提高,PSAs燃烧过程的表观活化能均逐渐降低,并且燃烧表观活化能均低于热解表观活化能。     

不干胶废弃物热解焦燃烧特性

采用非等温热重分析和固定床热解实验研究了不干胶废弃物热解焦生成特性及热解焦燃烧特性,并计算了不同升温速率下热解焦的燃烧动力学参数。结果表明,不干胶废弃物热解焦产率随温度升高而逐渐降低,当热解终温在400~700℃时,热解焦产率在34.64%~22.03%之间;空气气氛下热解焦燃烧过程包括3个阶段:挥发分燃烧阶段(390~600℃)、混合燃烧阶段(390~600℃)和残炭燃烧与矿物分解阶段(650℃);升温速率对热解焦燃烧效果作用明显,升温速率越大,燃烧特性指数越高,燃烧稳定性越好;热解焦燃烧过程可以通过3个一级反应描述,当升温速率为40℃/min时热解焦燃烧各阶段表观活化能明显降低,表明升温速率提高有助于热解焦的燃烧反应活性,更有利于燃烧反应的进行。     

电子束辐照结合低温热水解协同提高污泥破解率

以城市污水处理厂脱水污泥为供试材料,通过比较电子束辐照、热水解及组合工艺对污泥破解率的影响发现:随着热水解温度从90℃提高到120、140和160℃,污泥破解率分别从14.82%升高至19.97%、23.16%和33.28%。当热水解温度低于140℃时,氨氮/溶解性总氮的比值(NH_3-N/TSN)在0.14~0.17之间波动,而温度达160℃时,NH_3-N/TSN升高至0.22。另一方面,当污泥吸收剂量由5 k Gy增加至10、15、20 kGy时,污泥破解率分别由3.77%缓慢上升到4.87%、5.01%、5.42%。但是,NH_3-N/TSN维持在0.32~0.33之间,比热水解处理约提高1倍。在组合工艺中,15 kGy+90℃热水解30 min污泥破解率最高,达25.1%,NH_3-N/TSN≈0.22。实验证明:热水解对污泥破解效果显著,但电子束辐照可进一步将大分子有机物质降解为小分子物质。     

半焦与城市污泥混合物的燃烧性能研究

采用热重分析法研究了半焦与城市污泥混合物的燃烧性能,揭示了半焦添加量对城市污泥燃烧性能的影响规律,为基于半焦的污泥调质与机械脱水污泥的高效能源化利用提供理论支持与依据。结果表明:城市污泥的着火温度低,容易燃烧,但其灰分高,燃烧速率慢,燃烧性能差;云南褐煤热解半焦的着火温度比城市污泥高,着火相对困难,但其燃烧速率快,燃烧性能好;随半焦配比的增大,半焦与城市污泥混合物的燃烧性能变好,说明半焦能改善城市污泥的燃烧性能,当半焦配比大于40%(质量分数)时,半焦与城市污泥混合物的微商热重曲线呈单峰,有较好的燃烧性能。     

铁盐对污泥飞灰共热解产物浸出浓度的影响研究

采用热解法,研究了不同铁盐种类及添加量时污泥与飞灰共热解产物的重金属浸出浓度,同时对污泥飞灰的混合比例进行进一步讨论以确定经济有效的新型处置工艺。结果表明:整体上,不同铁盐对Cd、Pb、Cu和Zn浸出的影响差异显著;单独添加Fe_2(SO_4)_3时,热解炭中Cd、Pb、Cu和Zn浸出浓度比单独FeSO_4时低约67.8%、31.0%、62.8%、45.8%。添加Fe_2(SO_4)_3使Fe添加量为干污泥质量的0.5%时,可以有效降低大多数重金属的浸出浓度。污泥飞灰的混合比例对As、Cd、Pb和Zn浸出的影响差异显著。热解温度为500℃,干污泥∶飞灰质量比为2∶1时,加入Fe_2(SO_4)_3(Fe添加量为干污泥质量的0.5%)后,热解炭可在生活垃圾填埋场中填埋。     

生活污泥与煤混烧及热解特性

采用热重分析法,对生活污泥与煤以1∶1质量比混合的试样进行燃烧及热解实验研究,重点分析了升温速率对其热解及燃烧特性的影响,为煤泥混烧及热解技术的工业化应用提供理论支持。结果表明:煤泥混合样燃烧失重分为4个阶段,混燃过程中污泥与煤共同影响着混合试样的燃烧特性,随着升温速率从15℃·min~(-1)增加到50℃·min~(-1),其可燃性指数C增幅达60%和综合燃烧特性指数S提高了4倍多,燃烧性能得到明显提高;煤泥混合样的热解失重分为2个阶段,各阶段热解的挥发份最大析出速率(dw/dt)_(max)及挥发分析出特性指数D均随升温速率的升高而大幅增大,且试样总的挥发综合释放指数D从0.081 7×10~(-8)K~(-3)·min~(-2)增大到5.868×10~(-8)K~(-3)·min~(-2),可见升温速率越高,煤泥混合物的热解性能越好。     

催化剂掺混对污泥快速热解产气的影响

将干污泥(DS)与3种催化体系(CaO、焦炭、CaO-焦炭)掺混,经机械化学预处理后制得热解混合样品,考察催化剂掺混对DS快速热解产气的影响。研究表明,CaO可以提高DS热解综合产气效果,促进热解气相产物中的CH4和CO2向H2和CO转化,当CaO和DS质量比为1.00∶1.00时,热解气相产物中H2、CO体积分数之和、气体产率、产气低位热值及H2产量均达到最大值,分别为77.04%、0.412 m3/kg、62.75kJ/kg和6.88 mol/kg;焦炭可以改善DS热解气相产物品质,当焦炭和DS质量比为1.00∶1.00时,热解气相产物中H2体积分数和氢占比(H2与CO的体积比)最优,分别为38.90%和1.23;CaO-焦炭体系可以明显提高DS热解液相产物质量分数,当CaO、焦炭和DS质量比为0.50∶0.50∶1.00时,热解液相产物的质量分数达到最大值50.17%。研究结果为剩余污泥的资源化利用提供数据支持。     

城市生活垃圾与园林废弃物的共热解特性

为实现城市生活垃圾减量化、无害化和资源化,采用热重分析天平和实验室固定床热解反应器进行城市生活垃圾(MSW)与园林废弃物共热解实验,研究了不同热解终温、松树枝和柳树枝添加比例对热解产物产率影响,并利用气质联用色谱分析仪(GC-MS)对热解油进行表征分析。实验结果表明:MSW、松树枝和柳树枝的热解过程均可以分为3个阶段,主要包括脱水、热解、炭化;MSW、松树枝和柳树枝单独热解时最大失重速率分别出现在321.48、358.23和377.83℃;MSW与松树枝共热解DTG曲线在热解反应第2阶段有2个析出峰,分别在342.32℃和471.48℃,比MSW单独热解时,失重率增加了7.29%。当城市生活垃圾与松树枝、柳树枝的添加量分别为3∶1时,热解液体产物产率明显升高,热解油中醇类、羧酸类、醛类等含氧有机物的含量降低,热值增加,热解油中氧含量降低,且松树枝对共热解焦油的脱氧效果更为显著,热解油品质得到提升。     

垃圾衍生燃料(RDF)的燃烧过程

垃圾衍生燃料技术是目前解决生活垃圾问题有效途径,然而RDF应用仍存在一定问题,如因对RDF燃烧产物未知,使RDF在应用中可能对热设备造成不良影响,因此需对RDF的燃烧过程及产物进行研究。采用热重分析仪对RDF的燃烧特性、燃烧动力学进行了研究,并同时采用热红联用技术与热质联用技术对RDF的燃烧气体成分进行了研究。研究结果表明:与煤比较,RDF灰分、挥发分含量高,而固定碳含量少,因此RDF着火点、最大燃烧速度对应温度及燃尽温度低,但最大燃烧速度小。RDF的燃烧分为3个阶段:挥发分析出与燃烧,伴随着羧酸、CO_2、H_20、NH_3、NO_2、HCl、SO_2及Cl_2气体的释放,活化能约为24 kJ·mol~(-1);挥发分的析出与燃烧,但伴随有部分固定碳燃烧,有C0_2、H_20、NH_3、N0_2、HCl及Cl_2气体释放,活化能约为27 kJ·mol~(-1);RDF碳化后的固定碳燃烧,放出较大量C0_2,活化能约为92 kJ·mol~(-1)。     

生活垃圾灰渣对生物质的热解特性及动力学的影响

生活垃圾热解焚烧产生的热灰渣可以作为热解过程的热载体。为研究灰渣对生活垃圾中生物质热解的影响,在热重分析仪中将生活垃圾的典型组分木屑和纸屑分别与2种垃圾灰渣混合热解,并进行热解动力学研究。结果表明,城市生活垃圾的热解焚烧炉灰渣(A灰)可以提高木屑和纸屑的热解转化率,比理论值高出4%～5%。农村生活垃圾热解焚烧炉的灰渣(B灰)对纸屑热解具有促进作用,但对木屑的热解没有显著影响。动力学研究表明,混入A灰后,木屑热解的第1、第2阶段的表观活化能都大幅降低,与其提高木屑的热解转化率的结果相一致。B灰也使得木屑的热解第1阶段活化能降低。此外,A灰和B灰均可以显著降低纸屑第1段热解的活化能。     

油菜秸秆直接液化为液体油工艺探讨

为了实现油菜秸秆的综合利用,将其在高温高压下催化液化制备液体油。结果表明:(1)油菜秸秆中的纤维素、半纤维素、木质素质量分数分别为25.45%、11.57%、28.73%,木质素最高,其次是纤维素。(2)油菜秸秆和残渣元素分析可知,液化反应前后油菜秸秆各元素含量无明显变化,热值(HHV)分别为10.58、10.47MJ/kg。(3)硫酸盐催化作用优于氯化物催化剂,硫酸铁和硫酸亚铁在中性反应溶剂条件下催化效果较佳,特别是在酮类反应溶剂中。在实验条件为固液比1.0∶19.3(油菜秸秆与混合溶剂的质量比)、反应时间4h、催化剂用量1%(质量分数)、丙酮作反应溶剂、硫酸铁作催化剂时,转化率可达47.106%。(4)预先将油菜秸秆浸泡在1%(质量分数)KOH溶液中12h,对生物质中纤维素、半纤维素和木质素有溶胀作用,能提高转化率。(5)通过热重(TG)/差热(DTG)曲线分析,残渣的燃烧反应性更好,活化能略低于油菜秸秆。     

含油污泥与玉米秸秆共热解协同特性

利用热重-傅里叶变换红外分析仪(TG-FTIR)对含油污泥与玉米秸秆共热解特性进行了研究,分析了各温度段的协同效应。TG分析表明,共热解主要呈现3个阶段:挥发分的析出(210～520℃)、碳酸盐的分解(600～780℃)、长链难分解重质油的热裂解和半焦的气化(900～1100℃),且在不同热解阶段呈现出不同的协同效应。热解动力学分析表明,含油污泥与玉米秸秆共热解后,第1阶段的活化能有所增高,而第2、3阶段的活化能大幅降低。FTIR分析表明,第1、2阶段,共热解与单一物料热解的产物种类基本一致,而在第3阶段,共热解使含油污泥热解产物甲基化合物发生分解和转化。含油污泥与玉米秸秆共热解可促进CO_2、CO、CH_4和C=O化合物的析出,其中添加玉米秸秆质量分数为10%时,对CO_2、CO和CH_4析出的促进作用最强,添加30%时则对C=O化合物的析出更为有利。     

医药类废盐渣的燃烧/热解特性及动力学研究

分析了维生素B6医药类废盐渣成分,采用热重(TG)/差示扫描量热(DSC)对比了废盐渣的燃烧和热解特性,并通过Coats-Redfern积分法确定了不同升温速率下废盐渣的燃烧及热解动力学参数。结果表明:该类废盐渣主要含有氯盐及磷酸盐类物质。燃烧反应比热解反应对废盐渣的热处理效果更好。升温速率对废盐渣燃烧及热解反应的反应温度、活化能和指前因子均具有不同影响。废盐渣的热解过程可用两个一级反应来描述,燃烧过程可用两个一级反应和1个二级反应来描述。     

城市有机垃圾热解过程中NH_3、H_2S和HCl的析出特性

为了对城市有机垃圾热解过程中NH_3、H_2S和HCl的析出特性进行研究,采用箱式气氛炉在500~800℃热解终温下进行热解实验。热解过程中产生的NH3、H2S和HCl分别用硼酸溶液、乙酸锌-乙酸钠溶液以及Na OH溶液吸收,并分别采用分光光度法和滴定法进行量化。实验结果表明:NH3-N、H2S-S和HCl-Cl的析出率随着温度的升高而增加,热解终温为500、600、700和800℃时,NH3-N的析出率分别为39%、40%、30%和44%,H_2S-S的析出率分别为18%、22%、25%和26%,HCl-Cl的析出率分别为68%、71%、76%和85%;热解终温控制在700℃有利于减少NH3-N的析出,低温热解(500℃)有利于减少H2S和HCl的析出;热解炭中S和Cl的残留率随着热解终温的升高而降低,终温800℃时的残留率分别为41%和5%。     

蜂窝煤燃烧氟污染的控制

以碳酸钙为固氟添加剂,以炉渣及粉煤灰等低氟材料取代全部或部分粘土作为粘结剂来制作蜂窝煤,进行了燃煤降氟的试验研究.结果表明,添加碳酸钙能有效降低蜂窝煤燃烧时候的氟排放,当煤:粘土:CaCO3的质量比为70:17:13时,碳酸钙的固氟效果最佳,氟的排放率可降低64.1%.以炉渣为粘结剂制作蜂窝煤能够显著降低燃烧时向外界排放的氟化物量,当煤:炉渣:CaCO3为80:8:12时,蜂窝煤燃烧排氟量较小且趋于稳定.已拌有一定剂量粉煤灰粘结剂的煤中添加15%的粘土后碳酸钙的固氟效果明显改善,当煤:粘土:粉煤灰:CaCO3为70:15:9:6时固氟效果最佳,此时蜂窝煤氟逸出率仅为18.2%,氟的减排率达到77.9%,显著优于未添加粘土时碳酸钙的固氟效果,蜂窝煤添加碳酸钙固氟剂进行高效固氟时,需同时适当增加粉煤灰加入量,以稳定固氟剂的高温固氟效果.     

石灰预处理和干发酵对稻草热解特性影响

深入研究生物质热解有助于热解机理的理解,利用热重分析来探讨石灰预处理和干发酵对稻草热解特性的影响。结果表明:预处理使木质素和半纤维素含量增加,而干发酵使VS、半纤维素和纤维素含量降低;预处理和干发酵改变稻草热解特性,但未改变稻草的热反应机理;热解一级动力学方程很好模拟稻草热解的主失重阶段,稻草热解活化能数值为42.3～47.8 kJ/mol,属于正常范围;预处理降低反应活化能,而干发酵增加反应活化能。这为秸秆及其干发酵残渣的气化提供了重要的设计依据。     

污泥-秸秆活性炭制备过程热化学分析

以市政污泥和玉米秸秆为原料,氯化锌为活化剂制备活性炭,采用BET、TG/DTG和DTA等方法对其性能进行分析。结果表明,秸秆添加量(质量比)为30%时活性炭吸附效果最好,热解分为水分析出、挥发分析出和终态稳定3个阶段,热解过程为放热反应,热解1 kg干基原料(秸秆质量比为30%)得到热解气、热解液和残炭的能量分别为1 880.49kJ、8 354.22 kJ、2 301.84 kJ,剩余能量为11 502.53 kJ。     

热解柚子皮吸油材料的制备及性能

热解处理柚子皮,制备吸油材料,当热解温度为400℃、热解时间为3 h时吸油倍率最高,达16.9 g/g,3 min内达到吸附饱和。对热解前后柚子皮的FTIR和热重分析,热解损失的主要是纤维素和半纤维素。对热解前后柚子皮的比表面和电镜分析,热解之后的柚子皮呈三维网状结构,孔径增大明显,吸油倍率的提高主要是因为孔径的增大。     

流化床中煤与稻秆混烧污染物排放特性

在自主设计的流化床上开展煤与稻秆混烧的实验。通过对燃烧过程中烟气成分及飞灰含碳量的分析,研究了质量掺混比、燃烧温度、流化风速及二次风率对混烧的影响。实验结果表明,掺混稻秆有效改善了煤的燃烧特性,随着质量掺混比的增加,NO_x、SO_2及CO的排放浓度降低,飞灰含碳量降低。当掺混比由0%增加至30%、温度为850℃时,NO_x排放浓度由506.25 mg·m-3降低至404.33 mg·m~(-3),SO_2排放浓度由762.86 mg·m~(-3)降低至522.86 mg·m~(-3)。随着燃烧温度的增加,NO_x与SO_2排放浓度增加,而CO排放浓度和飞灰含碳量降低。随着流化速度的增加,NO_x与SO_2排放浓度增加,CO排放浓度和飞灰含碳量先降低后增加,并分别在流化速度0.234 m·s~(-1)和0.26 m·s~(-1)时达到最低。随着二次风率的增加,SO_2排放浓度与飞灰含碳量降低,NO_x排放浓度与CO排放浓度先减小后增加,均在20%二次风率时达到最低。     

城市污泥热解中试系统集成一体化研究及运行效果评估

为了促进城市污泥热解工艺的工程化应用,组建了污泥热解系统、热解产物分离回收利用系统、废气净化排放系统于一体较完整的热解中试装置,在实现污泥有效处置的同时也实现了高值能源回收利用。中试工况优化,较好工况为：热解时间30-40 min,热解终温450-500℃,在此条件下,干化污泥（含水率5%）减量率为50%;热值为33.8 MJ/kg的热解油产率为17.1%左右。通过对中试运行效果的评估,得出热解油和热解气两者能量或污泥炭自身能量可供干化污泥热解本身所需能量,从而为推动污水污泥热解工艺的工程化利用提供了支持。