城市污泥掺煤混烧特性及污染物排放研究

采用20 k W多功能沉降炉管开展了城市污泥掺煤混烧试验,着重研究不同含水率、不同比例污泥掺混条件下,混合燃料的燃烧特性和尾气污染物的排放情况。结果表明,污泥主要失重区间在180~520℃,存在两个失重阶段,是挥发分的析出和燃烧的过程,污泥掺煤混烧可以改善燃料的着火性能和燃尽性能。污泥掺烧后尾气中NO_x排放浓度没有明显的变化规律,为350~450 mg/m~3;SO_2排放浓度随污泥掺混的比例增加呈线性增加;掺混10%污泥(含水率为30%)后,尾气二恶英的浓度约为单煤焚烧的2.4倍。各类污染物经过锅炉尾气净化系统处置均能达标排放,且本实验中污泥的最佳掺混比例为20%。     

污泥与煤在CO2/O2及N2/O2气氛条件下的混燃特性分析

采集了广州具有代表性的市政污泥,利用热重法对单一污泥、煤及其混合样品在CO_2/O_2及N_2/O_2气氛条件下进行了TG(热重)实验,同时计算了污泥和煤的4个燃烧特性指数,获得了燃烧的动力学参数.实验结果表明,污泥燃烧有4个燃烧阶段,包括水分析出、挥发分析出与燃烧、固定碳的燃烧和无机盐类挥发分解,其中,挥发分析出与燃烧是污泥燃烧的主要阶段;煤掺烧污泥可以提高煤的着火性能.在CO_2/O_2及N_2/O_2燃烧气氛下,增加O_2浓度,污泥与煤混合样的热重曲线整体向低温区移动,微商热重曲线峰值增大,峰宽变小,燃烧性能增强.在CO_2/O_2气氛下,O_2浓度从30%增加到60%时,污泥的挥发分释放特性指数D、可燃性指数C、燃尽指数Cb、综合燃烧特性指数S分别增加了45%、12%、18%、6%.相同O_2浓度条件下,污泥与煤在CO_2/O_2气氛下的着火性能较N_2/O_2气氛滞后,最大峰值变小,高浓度的CO_2抑制其混合样的燃烧.采用Coats-Redfern方程计算得到3个燃烧阶段反应的动力学参数,其中,增加O_2浓度,污泥与煤混合样品的质量平均表观反应活化能Em减小,并且O_2浓度越高越有利于燃烧反应的进行.污泥与煤混合燃烧取n=2可以对挥发分燃烧与固定碳燃尽峰峰前与峰后的反应模型进行描述.     

污泥衍生燃料在流化床垃圾焚烧炉混烧试验

在300 t/d的垃圾循环流化床焚烧炉进行了工业试验,考察污泥衍生燃料掺烧替代部分煤的可行性,测试了污泥衍生燃料掺烧过程中给煤量的调整对床温、蒸发量、烟气中CO及SO2浓度的影响。结果表明,混烧过程中焚烧炉的给煤量宜控制在1 t/h左右,否则容易造成焚烧炉循环灰量不足,破坏炉内物料平衡和碳平衡;掺烧1.5 t/h污泥衍生燃料不仅可替代给煤量0.8 t/h,处理污泥0.9 t(含水率80%),而且同时提高了垃圾处理量2.63 t/h;掺烧衍生燃料后炉床出口平均温度为863℃,比混烧前提高了11.5℃,这有利于抑制炉内二恶英的产生;混烧污泥衍生燃料后CO、SO2浓度的平均值分别降低到51.5、40.1 mg/m3,灰渣热酌减率也从3.7%降低到3.2%,表明掺烧衍生燃料有利于焚烧过程中污染物的控制和灰渣的综合利用。     

污泥与煤、木屑的混合燃烧特性及动力学研究

通过热天平分析装置对城市污水污泥、煤及木屑单独或混合燃料的燃烧行为进行研究。结果表明,燃料的燃烧过程分为脱水干燥、挥发分的析出和燃烧、残余挥发分与焦炭的燃尽三个阶段;污泥的着火温度低,燃尽温度高,灰分产量高,燃烧放热量较低,挥发分与固定碳燃烧的活化能分别为26.67 kJ/mol和32.12 kJ/mol;污泥单独燃烧性能较差,综合燃烧指数较低为0.161×10-11 K-.3min-2,加入煤或木屑后能明显改善其燃烧性能,缩短燃烧温度范围,提高燃烧速率,降低灰分产率,但同时使挥发分与固定碳燃烧的活化能增加,燃烧对温度的敏感度增加。污泥与煤或者生物质废弃物混燃是污泥燃料资源化利用的较好方式。     

调理剂Fenton/CaO对深度脱水市政污泥燃烧特性的影响

采用超高压板框压滤法进行污泥脱水,制备了3种Fenton/Ca O调理的深度脱水污泥.同时,利用热重分析仪(TG/DTG)研究了Fenton/Ca O投加量和升温速率对深度脱水市政污泥燃烧特性的影响,获得其燃烧特性指数,并建立了燃烧动力学方程.研究表明,Fenton/Ca O调理污泥燃烧过程中有3个失重阶段:水分的析出、挥发分的析出与燃烧、部分挥发分与固定碳的燃尽.与原泥(S1)对比研究可知,调理污泥S2(调理剂折算量Fe2+/H2O2/Ca2+=30/30/70 mg·g-1DS)、S3(调理剂折算量Fe2+/H2O2/Ca2+=50/30/100 mg·g-1DS)的燃尽指数Cb较小,S4(调理剂折算量Fe2+/H2O2/Ca2+=70/30/120 mg·g-1DS)的燃尽指数Cb较大,说明调理剂投加较多时(S4)有利于污泥的燃尽.而3种调理污泥的挥发分释放特性指数D分别增大为原泥的1.10、1.97、1.73倍,可燃性指数C及综合燃烧特性指数S分别降低为原泥的78%~95%、52%~75%,说明增加调理剂用量提升了污泥的初期燃尽率,却降低了污泥的整体燃烧性能.调理污泥的对比研究可知,S3的燃烧特性指数(D、C、S)最大,说明适量的调理剂投加(S3)能在调理污泥中获得最佳的燃烧性能.利用Ozawz-Flynn-Wall法和Kissinger-Akahira-Sunose法计算得到原泥S1及调理污泥(S2、S3、S4)燃烧的质量平均表观活化能,发现调理后污泥的质量平均表观活化能Em1(阶段Ⅰ)下降,但Em2(阶段Ⅱ)提高,整体活化能Em下降;S3获得最低的Em.     

Factsage模拟城市污泥与煤混燃过程中含铁、硫矿物的演变

工业废水与生活污水经过污水厂处理后转变成污泥,污泥因含有大量有机物而储有大量的能量,单独焚烧处理困难较大。为了保护环境、节约能源,设想将污泥与煤混燃,并对污泥与煤混燃过程中含铁和含硫化合物的演变进行化学热力学计算和模拟。结果表明城市污泥与煤混合后的含铁和硫矿物为水铁钒、白铁矾和黄铁矿;污泥混煤燃烧在1 500℃左右出现Fe_3O_4(Ⅰ)和FeO(Ⅰ),会导致生产中设备结渣;燃烧过程中硫酸盐矿物发生分解生成SO_2气体,会产生设备腐蚀问题。课题立足于微观层面,旨在研究污泥混煤燃烧过程中微观化合物的转变,为污泥混煤燃烧中污染物排放方面问题的解决提供一定的依据。     

尿素-SNCR法脱除污泥与煤混烧烟气中NO_x试验研究

文章在200 m3/h烟气中试试验平台上开展污泥与煤混烧烟气SNCR脱硝试验研究。在研究污泥与煤混烧NOx排放特性基础上,关注NOx的去除效率,研究还原剂种类、燃烧温度、氨氮比、添加剂等因素对尿素-SNCR法脱硝的影响。实验结果表明污泥的添加会导致烟气中NOx和SO2排放浓度显著增加;还原剂种类、燃烧温度、氨氮比对尿素-SNCR法脱硝具有重要影响,脱硝效率随着尿素浓度、氨氮比的增大而增加,随着燃烧温度的升高先增加后减小。当尿素使用浓度为12%,氨氮比为1.5∶1,温度区间为850~900℃时,尿素-SNCR法脱硝效率可达到50%,同时H2O2添加剂对SNCR脱硝具有明显的促进作用。该技术非常适合工业锅炉协同处置城市污泥烟气脱硝应用。     

含金属元素化合物和压力对工业污泥燃烧特性的影响

为了更好地利用工业污泥,有必要对它的燃烧特性进行研究,因而利用热重法研究了由3种典型的工业污泥按质量比1∶1∶1混合后的多组分试样在掺混含不同金属元素混合物、不同升温速率以及加压下的燃烧特性.实验结果表明,含金属元素化合物对污泥的燃烧能起到一定的催化作用,有助于改善工业污泥的着火性能,提高工业污泥的燃烧放热量和燃尽水平.含不同金属元素化合物对于污泥燃烧的催化机制和作用有所差异.实验中各种含金属元素化合物促进污泥燃烧过程的作用次序由大到小依次为:K2CO3、NaCl、Al2O3.随着压力的增大,污泥试样燃烧反应区间向低温区移动,各特征温度均呈下降趋势,综合燃烧特性指数有所提高;而随着升温速率的增大,污泥试样燃烧反应区间向高温区移动,各特征温度均有所增大,但综合燃烧特性愈好,对污泥燃烧越有利.     

厌氧消化污泥和未消化污泥在TG-MS上的热化学特性比较

利用热重-质谱联用仪对厌氧消化污泥和未消化污泥的燃烧和热解过程分别进行了研究.结果表明,2种污泥燃烧和热解过程中的热失重行为都可分为失水、有机物分解、无机物分解3个阶段.在300～350℃温度范围内,无论燃烧还是热解过程,未消化污泥有机物分解造成的热失重现象均比厌氧消化污泥明显.无机物分解阶段,厌氧消化污泥主要是碳酸盐的分解,未消化污泥主要是硫酸盐的分解.采用同步质谱仪对热解和燃烧的气态产物进行了分析,结果表明,污泥燃烧和热解过程除了产生大量的H2O和CO2外,热解过程还产生CH4、C2H6、C4H10、C7H8等有机气体以及H2.厌氧消化污泥热解时有机气体产生量小于未消化污泥.     

Fenton/CaO调理污泥与生物质成型燃料燃烧污染物排放

针对Fenton/CaO调理后的市政污泥与稻壳混合成型燃料燃烧后烟气中SO₂和NO_x排放进行研究,分析了掺混比、温度和Fenton/CaO剂量对于SO₂和NO_x排放的影响规律.结果表明,污泥混合燃料中稻壳添加量增多,燃烧排放的SO₂和NO_x量逐渐下降,燃料硫转化率先降后升,燃料氮转化率上升;随着炉内温度的升高,污泥混合成型燃料燃烧排放的SO₂和NO_x量也将有所增加,燃料氮硫转化率也保持上升的趋势.经过Fenton/CaO调理后的混合成型燃料燃烧SO₂产生量与未经调理污泥燃烧SO₂排放量相比,低了近3.5倍,而NO_x生成量相对下降了1.3倍左右.经分析,调理污泥SS2与50%的稻壳在800℃温度下混合燃烧污染物排放性能最佳.