污泥与水葫芦掺烧/热解特性及调理剂FeCl3/CaO对污泥焚烧典型烟气排放的影响

来源 :广东工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lihaolong2005
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污泥焚烧/热解是一种具有减量化、无害化、资源化及可回收能源等优点的污泥处理处置方法。由于污泥(SS)自身的高水分、低挥发分、低热值的限制,污泥需添加辅助性燃料来保证污泥焚烧和热解工况的稳定性。水葫芦(WH)储量丰富、分布广泛,热值高,被认为是一种理想的生物燃料。然而,目前缺乏有关污泥和水葫芦掺烧/热解的研究。同时,深度脱水污泥中残留有大量调理剂,残留的调理剂势必会影响污泥焚烧/热解过程中气态污染物的生成及排放,但此方向的研究鲜见报道。本文重点研究污泥与水葫芦的掺烧/热解特性,并且深入考察了调理剂对典型气态污染物的生成及排放特性的影响。研究内容主要如下:(1)利用热重分析仪(TG-DTG)对污泥、水葫芦及其混合物在不同升温速率、不同掺烧混合比及不同气氛条件下的混燃特性进行研究。结果表明:增加升温速率,虽然不利于污泥及水葫芦的燃尽,但有利于其挥发分的析出和燃烧;污泥的挥发分释放特性指数D和综合燃烧特性指数CCI均低于水葫芦;当污泥添加10%40%水葫芦后,污泥着火点上升8°C左右,挥发特性指数D和综合燃烧特性指数CCI分别提高12.1、11.9倍,有利于改善污泥的燃烧特性;CO2/O2=8/2气氛对混合试样燃烧有抑制作用;混和样的质量平均活化能Em低于单样的Em值。(2)利用热重分析仪研究了污泥(SS)、水葫芦(WH)及其混合物在富氧气氛下的燃烧特性。结果表明:在CO2/O2=7/3富氧条件下,添加1040%的WH后,SS的综合燃烧特性指数CCI提高了11.97倍,污泥的燃烧性能得到改善。O2浓度从20%提升到70%,混合物SW的着火点从243.1°C下降到240.3°C,最大重量损失率Rp和CCI从5.70%×min-1增加到7.26%×min-1和从4.913×10-8%2×K-3×min-2到6.327×10-8%2×K-3×min-2,这与ΔS和ΔG的变化相对应。在CO2/O2=7/3富氧气氛条件下,混合物SW的燃烧需要的活化能(Ea)最低。(3)利用热重分析仪研究了添加碳酸盐催化剂对SW的混燃特性的影响。结果表明:碳酸盐催化剂对SW催化的主要控制步骤是有机挥发物的挥发和燃烧阶段;SW,SW+K2CO3,SW+Na2CO3,SW+Mg CO3的Em分别为181.18 k J·mol-1,199.76 k J·mol-1,138.76 k J·mol-1和177.88 k J·mol-1,SW+Na2CO3样品的活化能最低。就吉布斯自由能(ΔG)而言,整体上,碳酸盐催化剂对SW混燃的影响不大;Na2CO3和Mg CO3催化剂的加入增加了污染物的排放量,而K2CO3催化剂在燃烧的过程中可以有效地减少烟气(CO2,NO2,SO2,HCN和NH3)的排放。(4)利用热重分析仪及热解-气相质谱联用仪(Py-GC/MS)对污泥、水葫芦及其混合物在N2、CO2和N2/CO2不同热解气氛下的热解特性和热解产物进行研究。结果表明:污泥添加10%40%水葫芦后,其共热解性能得到改善,其中挥发特性指数D及综合燃烧特性指数CCI分别增加了11.83、11.62倍。相对于N2气氛,在不同比例的CO2热解条件下,混合试样在低温段热解受到抑制,但高温段CO2能促进焦炭发生汽化反应,有利于燃尽;SS、WH和SW的热解产物主要苯及其衍生物、烯烃类和杂环类为主,其中,苯及其衍生物含量最多。增加CO2浓度,Ead逐渐减少,其中N2热解气氛下的活化能(377.5 k J·mol-1)最高,CO2热解气氛下的活化能(184.7 k J·mol-1)最低。(5)利用管式炉、热重分析仪(TG-DTG)及热解-气相质谱联用仪(Py-GC/MS)对印染污泥的焚烧特性、焚烧/热解典型气态污染物生成及排放特性进行了系统研究。TG-DTG实验表明,3%FeCl3和8%FeCl3调理剂加入后,污泥的综合燃烧特性指数CCI分别增加了1.62倍、2.15倍,对污泥焚烧性能有明显促进作用,而5%FeCl3/10%CaO和8%FeCl3/15%CaO复合调理剂加入后,污泥综合燃烧特性指数CCI变为原污泥的-0.04倍及-0.63倍;TG-MS实验表明,逸出的气体离子强度曲线的峰值温度与DTG曲线的峰值温度对应;FeCl3的加入使深度脱水污泥焚烧过程中的HCl气体排放量稍微增加;管式炉焚烧实验表明,随着焚烧温度(600950°C)升高NOx、SO2和H2S的排放浓度先迅速减少后呈上升趋势,焚烧温度变化对FeCl3/CaO污泥中SO2的排放浓度影响不大;FeCl3调理剂的加入明显的促进了SO2及NOx的排放,而FeCl3/CaO作用则相反,其中FeCl3/CaO复合调理剂中,FeCl3对NOx催化作用占主导地位,而CaO则更有利于SO2的吸附固定。FeCl3及FeCl3/CaO调理剂对污泥热解产物影响不大,原始污泥及添加3%FeCl3、8%FeCl3、5%FeCl3/10%CaO和8%FeCl3/15%CaO污泥样品的热解产物可分为:烷烃类、烯烃类、腈类、杂环类和苯及其衍生物五种类型,主要以苯及其衍生物为主。
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