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城市污泥干化、焚烧特性及粘融排渣技术研究

作　者: 施善彬
导　师: 章明川
学　校: 上海交通大学
专　业: 热能工程
关键词: 城市污水污泥热天平干化焚烧焚烧排放内循环流化床灰粘融排渣
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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引　用: 2次
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内容摘要

随着城市污水处理的普及、处理率的提高和处理程度的深化,污水厂的污泥产生量将有较大的增长。据估算,2004年我国的污泥(干重)产量已经超过300万吨,由此引起的二次污染问题已不容忽视。我国现有的污泥处理技术相对落后,绝大部分是弃置或填埋,能满足较高环保标准的污泥干化焚烧技术还未见工业性应用实例。我国目前能满足大型污水厂要求的污泥干化焚烧装置只能依靠进口,由于投资和运行费用太高,不具备推广条件。因此,迫切需要开发适合我国国情的具有自主知识产权的污泥干化焚烧技术。本文主要采用试验的方法研究上海及周边城市三家污水处理厂的污水污泥干化、焚烧及焚烧排放特性,提出了内循环流化床焚烧炉灰粘融排渣技术运用于焚烧污泥及生活垃圾的设想,并在试验台上进行了可行性试验研究。得出了如下结论:本文首先利用热天平对城市污水污泥的干化特性进行了系统的基础研究,得出了南通、天山、闵行三种污泥在低温干化下水分蒸发和挥发分的析出两个失重过程,并分析了升温速率及污泥含水率对污泥干化过程的影响:升温速率并不明显改变不同含水率污泥的失重变化趋势,但是对水分的蒸发有一定的影响,较高的升温速率水分析出的终止温度较高,并且含水率越高差别越明显;根据TG-DTG曲线采用Coats-Redfern法求解污泥干化反应动力学参数;并利用热显微镜和扫描电镜(SEM)分别观察污泥干化过程的表观形态和污泥干化后的残余物的表面微观结构变化。其次利用热天平研究了污泥在空气气氛下焚烧失重过程,相比污泥干化试验而言,焚烧增加了固定碳燃烧阶段。研究结果表明:水分对能量利用的影响较大,采取干化预处理,在能量消耗和处理成本方面均有明显的优越性;同一含水率污泥在不同升温速率下最终产物份额基本一致,较高的升温速率水分析出的终止温度较高。根据干燥污泥的TG-DTG曲线求得燃烧反应动力学参数。此外,热显微镜试验表明污泥的燃点远低于煤,但是污泥灰分熔点却很高,与煤的灰分熔点非常接近。在带有温控单元的小型流化床装置对污泥进行焚烧实验。研究焚烧天山污泥过程中污泥水分、氧浓度对SO2和NOX排放规律的影响,研究表明:氧浓度对于SO2的生成十分重要。在缺氧情况下不仅污泥燃烧温度滞后,而且SO2和NOX的析出浓度下降明显。并考察了焚烧底灰中As、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Hg和Ni等8种重金属含量随焚烧温度的变化规律,以初步了解三种污泥焚烧过程中重金属元素的迁移特性。以上这些基础研究为污泥干化、焚烧设备的设计和运行提供了理论依据。为了开发合适的污泥焚烧装置并考虑对污泥焚烧灰渣做进一步的减容及无害化处理,结合内循环流化床垃圾焚烧技术探索灰粘融排渣技术在污泥焚烧中的利用。热态试验效果明显且符合初期设想,但若此技术应用于污水处理工程实践,需对其装置及运行作一定的完善和优化,并直接以污泥为燃料进行可行性试验研究。

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-11
第一章绪论  11-27
  1.1 引言  11-12
  1.2 污水污泥的来源与分类  12
  1.3 污水污泥对环境的污染  12-14
  1.4 污泥处理处置方法及国内外污泥处理处置现状  14-19
    1.4.1 污泥处理处置的方法  14-17
    1.4.2 国内污水污泥的处理处置现状  17-18
    1.4.3 国外污水污泥的处理处置现状  18-19
  1.5 污泥干化、焚烧技术的研究进展  19-26
    1.5.1 污泥干化的研究进展  19-24
    1.5.2 污泥焚烧的研究进展  24-26
  1.6 本文主要的研究内容  26-27
第二章城市污泥的干化特性研究  27-48
  2.1 引言  27
  2.2 污水污泥基本物性的测定  27-29
    2.2.1 污泥含水率的测定  27-28
    2.2.2 不同含水率污泥密度的测定  28-29
    2.2.3 不同污泥的工业分析和元素分析  29
  2.3 污泥的干化特性研究  29-41
    2.3.1 试验仪器  29-30
    2.3.2 干化试验过程  30-38
    2.3.3 干化试验总结  38-39
    2.3.4 污泥干化动力学参数求解  39-41
  2.4 污泥干化形变试验  41-46
    2.4.1 实验过程及研究方法  42-43
    2.4.2 实验结果和分析  43-46
  2.5 本章小结  46-48
第三章城市污泥的焚烧特性研究  48-65
  3.1 引言  48
  3.2 污水污泥的焚烧特性研究  48-60
    3.2.1 试验仪器  48
    3.2.2 焚烧试验过程  48-56
    3.2.3 焚烧试验总结  56-58
    3.2.4 干燥污泥的燃烧特性  58-59
    3.2.5 污泥焚烧动力学参数求解  59-60
  3.3 污泥燃烧后灰渣形态  60-61
  3.4 污泥燃烧后灰渣熔融特性的研究  61-63
  3.5 本章小节  63-65
第四章城市污泥的焚烧排放基本特性研究  65-76
  4.1 引言  65
  4.2 SO_2 和NO_X的排放特性研究  65-71
    4.2.1 SO_2 生成机理  65-66
    4.2.2 NO_X 生成机理  66
    4.2.3 实验装置及方法  66-67
    4.2.4 试验结果及分析  67-71
  4.3 污泥焚烧重金属迁移特性研究  71-74
    4.3.1 试验装置及分析方法  72-73
    4.3.2 试验结果及分析  73-74
  4.4 本章小节  74-76
第五章内循环流化床焚烧粘融排渣的热态试验  76-85
  5.1 引言  76-77
  5.2 内循环流化床焚烧炉灰粘融排渣技术简介  77-78
  5.3 试验装置和试验方法  78-81
    5.3.1 燃烧试验台架  78-79
    5.3.2 倾斜布风流化床流化特性  79-80
    5.3.3 热态试验台操作  80-81
    5.3.4 风选排渣的理论基础  81
  5.4 试验结果及分析  81-83
    5.4.1 高、低风速区风量大小对排渣性能的影响  81-82
    5.4.2 温度控制  82-83
    5.4.3 灰熔融特性  83
  5.5 本章小节  83-85
第六章全文总结  85-87
  6.1 主要结论  85-86
  6.2 研究展望  86-87
参考文献  87-91
致谢  91-92
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  92-94

城市污泥干化、焚烧特性及粘融排渣技术研究

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