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油漆渣—焦油渣工业危险废物焚烧特性的研究

作　者: 陶玲
导　师: 赵广播
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 热能工程
关键词: 油漆渣-焦油渣工业危险废物 TG-FTIR 热解特性固定床燃烧特性数值计算
分类号: X78
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随我国社会生产力的发展和工业化程度的提高,工业危险废物的产生量迅速增长。危险废物的毒性、易爆性、腐蚀性、易燃性、化学反应性和传染性等危害特性对人类的健康和环境具有极大威胁。如对它们处置不妥,其中的有毒有害物质如重金属、化学物质、病原微生物等可以通过土壤、大气、水体进入环境,造成严重污染。目前我国对工业危险废物的处理处置还处于初级阶段,技术比较落后,规范和标准尚未完全建立。因此,研究工业危险废物处理处置技术,对控制危险废物造成的污染、保证人类健康有重要意义,已受到政府、科技界、产业界和环境保护界的重视。在现有的工业危险废物处理处置方法中,焚烧法以其减量化、无害化、资源化和二次污染小等优势被大力发展。本文以油漆渣-焦油渣成型工业危险废物为对象,对粉状、单颗粒、颗粒群等工业危险废物的热解特性、燃烧特性进行全面研究,并根据研究结果,设计了处理量为1500kg/h的工业危险废物焚烧系统和焚烧装置。利用热重-红外连用装置,对粉状油漆渣-焦油渣工业危险废物进行热解试验,得到热解特征温度、热解产率、主要热解气体析出量随升温速率、热解终温和样品粒径的变化规律;以及一氧化碳、二氧化碳、氨气和甲烷的析出温度段、析出量、析出最大速率温度。在试验基础上,提出热解动力学模型,并分段计算出热解过程中的指前因子和活化能。利用自行搭建的单颗粒热重试验台,对单个油漆渣-焦油渣工业危险废物颗粒的热解特性进行了试验研究,得到了热解产率,以及升温速率、热解终温对单个废物颗粒热解特性的影响;建立了热解动力学模型,计算了热解动力学参数;研究了单个废物颗粒的燃烧特性,得到了燃烧失重率随过量空气系数和炉膛温度的变化规律。利用固定床燃烧试验台,对油漆渣-焦油渣工业危险废物颗粒群进行了燃烧试验。得到了危险废物的失重过程、燃烧速率、火焰前锋传播速度、床层内最高温度、气态燃烧产物及氧气浓度随一次风量、物料水分、床层高度和粒径的变化规律。通过Phoenics计算平台,对层燃炉排上的油漆渣-焦油渣工业危险废物的燃烧特性进行了研究。建立了一维非稳态模型,确定了基本控制方程、水分蒸发模型、挥发分析出及燃烧模型、焦炭燃烧模型和NO生成模型。得到了床层质量变化、床层内温度分布、燃烧产物的计算结果,以及一次风量对燃烧速率、床层内最高温度及床层内气体影响的计算结果,计算结果与试验结果趋势一致。确定了处理量为1500t/h工业危险废物焚烧处理的系统工艺流程,设计了焚烧炉,得到了焚烧炉结构、热力、阻力等参数,研究了炉膛温度对CO浓度、NOx浓度和烟尘浓度的影响。监测表明,该焚烧炉的有害气体、烟尘、重金属等均达标排放,烟气黑度、焚烧炉残渣热灼减率、残渣二噁英、飞灰二噁英等也满足国家相关标准。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-17
第1章绪论  17-37
  1.1 工业危险废物产生的现状及危害  17-21
    1.1.1 危险废物的定义  17-18
    1.1.2 工业危险废物的产生现状  18-19
    1.1.3 危险废物的危害  19-21
  1.2 工业危险废物的现有处理技术  21-27
    1.2.1 化学处理  21-22
    1.2.2 物理处理  22-23
    1.2.3 生物处理  23
    1.2.4 固化/稳定化处理技术  23-24
    1.2.5 热处理  24-25
    1.2.6 工业危险废物焚烧技术的优势  25-26
    1.2.7 课题的提出  26-27
  1.3 工业危险废物焚烧技术的研究现状  27-36
    1.3.1 工业危险废物成型技术的研究现状  27-31
    1.3.2 工业危险废物热解特性的研究现状  31-32
    1.3.3 工业危险废物燃烧特性的研究现状  32-33
    1.3.4 工业危险废物焚烧装置的研究现状  33-36
  1.4 本文的研究内容  36-37
第2章粉状油漆渣-焦油渣工业危险废物热解特性的试验研究  37-62
  2.1 试验仪器及方法  37-40
    2.1.1 试验仪器  37-38
    2.1.2 试验方法  38-40
  2.2 试验样品及试验工况  40-41
    2.2.1 试验样品  40
    2.2.2 试验工况  40-41
  2.3 热重试验结果及分析  41-44
    2.3.1 工况2560-50-1200 的热重试验结果分析  41-42
    2.3.2 粒径对热解过程的影响  42-44
    2.3.3 终温对热解过程的影响  44
    2.3.4 升温速率对热解过程的影响  44
  2.4 热解动力学模型的建立  44-49
    2.4.1 动力学模型  44-46
    2.4.2 机理函数的选择  46-48
    2.4.3 热解动力学参数的计算  48-49
  2.5 红外试验结果及分析  49-60
    2.5.1 热解气体析出物的计算方法  49-51
    2.5.2 工况2560-50-1200 的热解气体析出物  51-53
    2.5.3 气体的定量过程  53-56
    2.5.4 粒径对热解气体析出物的影响  56
    2.5.5 终温对热解气体析出物的影响  56-57
    2.5.6 升温速率对热解气体析出物的影响  57-59
    2.5.7 气体析出最大速率温度  59-60
  2.6 本章小结  60-62
第3章粒状油漆渣-焦油渣工业危险废物焚烧特性的试验研究  62-73
  3.1 试验系统和试验方法  62-63
    3.1.1 试验系统  62-63
    3.1.2 试验方法  63
  3.2 粒状油漆渣-焦油渣工业危险废物热解特性的试验研究  63-68
    3.2.1 热解过程分析  63-64
    3.2.2 升温速率对热解过程的影响  64-65
    3.2.3 终温对热解过程的影响  65-67
    3.2.4 热解动力学模型的建立  67-68
  3.3 粒状油漆渣-焦油渣工业危险废物燃烧特性的试验研究  68-71
    3.3.1 过量空气系数对燃烧特性的影响  68-69
    3.3.2 炉膛温度对燃烧特性的影响  69-71
    3.3.3 不同过量空气系数与不同炉膛温度下的失重率结果分析  71
  3.4 本章小结  71-73
第4章粒状油漆渣-焦油渣工业危险废物在固定床中燃烧特性的试验研究  73-98
  4.1 试验系统  73-77
    4.1.1 试验台设计原理  73
    4.1.2 试验系统  73-77
  4.2 试验方法  77-79
    4.2.1 试验工况与试验方法  77-78
    4.2.2 一氧化氮浓度的计算方法  78-79
  4.3 试验结果分析  79-80
  4.4 一次风量对燃烧特性及床层内气体的影响  80-84
    4.4.1 一次风量对燃烧速率的影响  80-81
    4.4.2 一次风量对失重过程的影响  81-82
    4.4.3 一次风量对床层内火焰前锋传播速度的影响  82
    4.4.4 一次风量对床层内最高温度的影响  82-83
    4.4.5 一次风量对气态燃烧产物和氧气浓度的影响  83-84
    4.4.6 一次风量对NO 析出的影响  84
  4.5 水分对燃烧特性及床层内气体的影响  84-88
    4.5.1 水分对燃烧速率的影响  84-85
    4.5.2 水分对失重过程的影响  85-86
    4.5.3 水分对床层内火焰前锋传播速度的影响  86
    4.5.4 水分对床层内最高温度的影响  86-87
    4.5.5 水分对气态燃烧产物和氧气浓度的影响  87-88
    4.5.6 水分对NO 析出的影响  88
  4.6 床层高度对燃烧特性及床层内气体的影响  88-92
    4.6.1 床层高度对燃烧速率的影响  88-89
    4.6.2 床层高度对失重过程的影响  89
    4.6.3 床层高度对床层内火焰前锋传播速度的影响  89-90
    4.6.4 床层高度对床层内最高温度的影响  90
    4.6.5 床层高度对气态燃烧产物和氧气浓度的影响  90-91
    4.6.6 床层高度对NO 析出的影响  91-92
  4.7 粒径对燃烧特性及床层内气体的影响  92-96
    4.7.1 粒径对燃烧速率的影响  92
    4.7.2 粒径对失重速率的影响  92
    4.7.3 粒径对床层内火焰前锋传播速度的影响  92-93
    4.7.4 粒径对床层内最高温度的影响  93-94
    4.7.5 粒径对气态燃烧产物和氧气浓度的影响  94-96
    4.7.6 粒径对NO 析出的影响  96
  4.8 本章小结  96-98
第5章粒状油漆渣-焦油渣工业危险废物在固定床中燃烧过程的数值模拟  98-114
  5.1 物理模型和数学模型  98-107
    5.1.1 基本假设  98-99
    5.1.2 基本控制方程  99-101
    5.1.3 物性参数的计算方法  101-102
    5.1.4 水分蒸发模型  102-103
    5.1.5 热解模型  103
    5.1.6 焦炭燃烧模型  103-105
    5.1.7 NO 生成模型  105-107
  5.2 网格设定与边界条件  107-109
  5.3 计算结果与试验结果的比较验证  109-111
    5.3.1 床层质量变化的计算结果与试验结果对比  109
    5.3.2 床层内温度变化的计算结果与试验结果对比  109-110
    5.3.3 床层表面气体浓度的计算结果与试验结果对比  110-111
  5.4 一次风量对燃烧特性及床层内气体的影响  111-113
    5.4.1 一次风量对燃烧速率的影响  111
    5.4.2 一次风量对床层内最高温度的影响  111-112
    5.4.3 一次风量对氧气浓度和燃烧产物的影响  112-113
  5.5 本章小结  113-114
第6章 1500kg/h 危险废物焚烧炉的设计与工业试验  114-126
  6.1 工业危险废物的处理流程  114-115
  6.2 往复炉排危险废物焚烧炉的设计  115-122
    6.2.1 焚烧炉参数  115
    6.2.2 焚烧炉结构的确定  115-117
    6.2.3 焚烧炉的设计计算方法  117-120
    6.2.4 焚烧炉的设计计算结果  120-122
  6.3 焚烧炉运行特性  122-123
    6.3.1 测试仪器和烟气取样点位置  122
    6.3.2 烟气中污染物浓度  122-123
  6.4 运行参数对污染物排放的影响  123-124
    6.4.1 炉膛温度对一氧化碳浓度的影响  123
    6.4.2 炉膛温度对氮氧化物浓度的影响  123-124
    6.4.3 炉膛温度对烟尘浓度的影响  124
  6.5 本章小结  124-126
结论  126-129
参考文献  129-137
攻读博士学位期间发表的学术论文  137-139
致谢  139-140
个人简历  140

油漆渣—焦油渣工业危险废物焚烧特性的研究

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