不同市政污泥与煤混烧的燃烧特性与PM10排放特性研究

• 作 者: 刘好文
• 机 构: 华中科技大学
• 出 处: 华中科技大学
• 发表日期: 2021年01期
• 关键词: 污泥 煤 混烧 燃烧特性 颗粒物

随着我国经济的发展,固体废弃物的处理已逐步成为社会关注的重要问题,其中城市污泥的处理是一个重要的任务。尽管近年来,污泥处理取得了一定的成效,但是根据相关数据,预计2025年我国的污泥年产量将超过9000万吨。面对着逐年增加的污泥产量,应当找寻更加合理科学的污泥处理方式。目前对于像污泥这样的传统固体废弃物我国的处理方式仍以卫生填埋为主。虽然能够大量有效的处理,但是填埋毕竟占用了相当的土地资源,填埋不当还会造成环境的二次污染。而我国目前还没有成规模的单独的污泥焚烧站,并且如果建设,建设周期长,建设成本高也是制约因素。而借助现有的热电厂进行污泥掺烧热耦合发电,既能利用电厂现有的锅炉设备,节约建造成本,又可以协助处理污泥,实现污泥的回收利用。但是污泥与煤进行混烧也存在着一系列值得研究和关注的问题,如掺烧后燃料特性与燃烧特性的改变,掺烧后污染物的排放问题,如NO和SO2的排放,尤其是颗粒物的生成的影响。因此,本文研究了不同的市政污泥与煤混烧的燃烧特性及烟气排放和混烧过程中颗粒物的生成特性的相关问题。首先,选取了一种电厂常用的神华掺烧煤与燕郊西、东的污水处理厂的两种污泥进行了掺混,分别在热重台架和管式炉台架上进行了静态燃烧实验。污泥与煤按照各自质量分数进行掺烧,其中污泥的掺烧比例为5%,10%,20%,每种污泥有两种不同的含水率:高含水率和脱水。热重升温速率为20℃/min,空气气氛,热重实验结果表明,掺烧污泥可以改善煤样的着火性能,随着掺烧比例增加,着火温度、燃尽温度、活化能逐渐降低;污泥的含水率对燃烧过程有一定影响,脱水污泥的综合燃烧指数SN要高于高水污泥,在混烧样品中,污泥的含水率会影响最大反应速率及其对应的温度,对指前因子和活化能均有影响。污泥和煤的混烧表现出正向协同作用。适当的掺混比和含水率可以保证煤和污泥混烧稳定进行。烟气排放实验管式炉温度为900℃,空气氛围,实验结果表明:两种污泥与煤掺烧所体现的NO和SO2排放特性有所区别,西污泥的NO和SO2排放总量均要高于东污泥。污泥的含水率会影响排放特性,西污泥含水率越高,NO排放相应增加,SO2的排放减小;而东污泥含水率越高,NO的排放会相应的减小,SO2也会减小。随着污泥掺烧比的增加,污泥NO的排放会对应的增加,而对于东污泥的SO2排放,10%的掺混比能使得SO2排放达到最大。随后,对两种污泥和煤掺烧在沉降炉上进行了颗粒物排放实验,污泥均选取脱水样品,污泥与煤以一定的质量分数进行掺混,污泥的掺混比为:5%,10%,20%和50%。沉降炉温度为1400℃,空气气氛,通过DLPI颗粒物采样系统收集每一级颗粒物,再通过精密天平称取每一级的质量,得到颗粒物(PM10)的质量粒径分布。最后,对于收集到的颗粒物样品,通过X-探针荧光能谱仪和扫描电子显微镜等测试手段对颗粒物的元素成分和形貌进行分析,得到相应的实验结论。实验结果表明:掺烧了污泥的样品能够从不同程度上抑制PM1的生成,燃煤单独燃烧时PM1生成量为0.765mg/g,而掺烧了20%西、东污泥的样品PM1的生成量为0.657mg/g和0.645mg/g,东污泥对PM1的释放有约20%的抑制减排作用,主要是因为煤中的Si、Al吸收污泥中易气化元素P、S、Cl等形成了更大的颗粒。污泥和煤燃烧过程存在着交互反应,煤中的Si和Al以及污泥中的Ca和Fe,形成了更大颗粒的Ca-Fe-Al-Si或者Ca-Fe-P-Al-Si粒子,使得样品中的颗粒从亚微米颗粒转变为超微米颗粒,而这种相互作用会使得PM1含量减少,使得粒径分布增大。