论文部分内容阅读
针对固体废物热处理目前存在的问题，本文系统研究了污泥—生活垃圾—煤混烧体系的燃烧特性和焚烧动力学，考察了三元混烧体系在流化床中的热平衡特性；分析了制革污泥焚烧底灰中铬的分布情况，并利用“促进”和“抑制”两种理念，控制改变污泥焚烧过程中重金属的迁移路径，在此基础上，把促进重金属挥发的思想应用到含钼废弃物热处理过程中钼的蒸发回收方面；最后，针对固体废物热处理过程中存在的SO2问题开展了实验室研究。
混烧体系的燃烧特性及配合比例方面的研究非常关键，因此通过热重实验对不同配比的污泥—有机垃圾—煤体系的燃烧特性及动力学进行考察。结果表明，混合体系的燃烧过程均可用F(α)=—lh(1—α)一级反应来描述；三元体系中，活化能E与其他物料差异度最大的试样煤对总体的活化性能影响最大；并可根据频率因子A差异度最大的污泥和煤两种试样之间的配比平衡，使煤添加量经济的情况下，尽可能提高污泥加入量；总体燃烧性能与体系中性质居中的有机模化垃圾试样燃烧特性相接近。
通过建立流化床焚烧炉热平衡模型，为污泥—生活垃圾—煤三元体系热平衡特性的分析提供了方法。混烧时，密相区煤增多可提高稀相区温度但增幅逐渐减小；空气过量系数αft＞1.3时，煤用量增加迅速而稀相区温度降低，因此应控制焚烧炉出口氧含量在合理范围内。根据热平衡计算还可得到不同工况下各燃料的经济含水率，以降低燃料干燥成本，并可建立三元体系与稀相区温度的三角关系图，从而确定混合燃料合理配比。
污泥焚烧过程中重金属的挥发不可避免，因此可利用该特点促进其向气相迁移以回收重金属。实验中主要采用氯添加剂，在所用无机氯中，FeCl3效果最佳，可使Pb和Cu的挥发率显著提高8％和10％，其次是CaCl2和NaCl；对于易潮解的氯化物，当氯添加量大于0.54mol/kg时，水分的增多会促进Pb和Zn的氧化，从而会抑制其挥发；有机氯PVC对重金属的促进作用优于无机氯，且PVC在中低温(700℃下)下效果更为明显，而无机氯则在高温时效果显著。
制革污泥中含有大量难挥发重金属Cr，即使添加氯剂仍约有85％存留在底灰中，因此针对制革污泥自身特点，可使重金属存留在底灰中以减轻烟气的处理压力。实验通过污泥的磷酸化预处理，可使PO3—4与重金属离子之间发生化学反应，形成具有热稳定性的Ca18Cu3(PO4)14，Ca9Cr(PO4)7，Ca19Zn2(PO4)14，PbMgP2O7，Ca8Pb2(PO4)6(OH)2，Cu5(PO4)2(OH)4等磷灰石类的重金属化合物来固定重金属。600℃焚烧条件下，Zn，Pb和Cu的挥发率可分别降低17％，9％和6％；800℃焚烧条件下，Zn、Pb和Cu的挥发率随磷酸加入量的增大呈显著下降趋势，分别降低了32％，38％和23％，表明H3PO4对重金属在高温下的抑制作用非常显著，并且10％H3PO4/干基污泥的添加量较为合适，继续增大对重金属的抑制效果影响较小。
制革污泥焚烧底灰中的Cr的分布特点对底灰中Cr的提取回收非常重要，因此本文对不同焚烧温度及不同粒径底灰中的Cr的含量进行分析，并采用Tessier提取法对Cr的形态分布进行研究。450℃～900℃焚烧温度下底灰中Cr浓度为原始污泥中的3.34～6.40倍，具有明显富集效应；污泥原样中的稳定态Cr以为主，含量为84.55％，而焚烧后底灰中交换态Cr，碳酸盐态Cr和铁锰氧化态Cr的总量均超过60％，说明经焚烧处理后，铬由稳定态向不稳定态转化，焚烧后铬更易提取回收；本实验中，低温(450℃)下大部分粒径底灰中可交换态铬就达到最大；800℃底灰中酸溶态和不稳定态铬含量分别最高，800℃为酸浸方式提取铬的最佳焚烧温度。
在粉煤灰、煤矸石等各种固体废物中，均有钼元素存在，尽管含量较低，但钼作为重要战略资源且废物产量巨大，因此附加值较高，含钼废物中的钼的提取尤为重要。本实验即选取较具代表性的含钼固体废物钼尾矿作为研究对象，并选取钼伴生矿作为参照试样，由促进重金属挥发的思想入手，可知含钼废物中钼的存在形式决定了其挥发的难易程度。钼伴生矿中主要是MoS2，在600℃和900℃时蒸发率就可达到34.2％和54.43％；而钼尾矿中Mo主要和Si结合，高温抗氧化能力强，必须采用化学添加剂来屏蔽Si的影响或改变Mo的存在形态来促进其挥发。钼尾矿热处理时，Na2CO3—CaO—钼尾矿体系在900℃Mo的蒸发率可达到29.42％；而HF—HCl混合酸加热预处理后的钼尾矿，在600℃下最高蒸发率为49.09％，900℃时最高则可达到98.61％。
针对固体废物热处理过程中SO2释放问题，本文建立了长距离水道式脱硫模拟装置，并利用模拟气体，对该装置的L/S，气体停留时间T，进气中SO2浓度Cs和气体流速V四个关键运行参数的选取进行了研究。本实验条件下，L/S值从0.036mm—1增大到0.069mm—1时，SO2脱除率可提高20.74％并达到93.74％；当L/S值为0.0544mm—1时，T从30s延长至1min，脱硫率增大22.5％并达到87.6％；提高Cs和V，脱硫率减少，但脱硫速率分别可增大3.8％和7.4％。因此，长距离烟气处理装置的设计应根据进气量和处理率的要求，合理的选择设计参数。
长距离水道式脱硫体系主要是利用烟气中具有活性的粉尘颗粒，建立液—固反应进行脱硫。飞灰颗粒在液体介质中的消溶遵循双指数溶解模式yANC=a1*exp(—t/c1)+a2*exp(—t/c2)+b，且飞灰中大部分碱性物质的溶出是瞬间释放反应，当液相pH值在5.0左右时，飞灰活性提高明显，而液相中较高Cl—浓度则会阻碍飞灰颗粒中碱性物质的释放。