污泥与煤泥混燃过程中硫氮迁移特性试验研究

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随着我国经济社会的高速发展,污泥和煤泥的产量快速增长。如何实现污泥、煤泥的清洁高效利用,已经成为急切需要解决的问题。污泥挥发分含量高,煤泥固定碳含量高,污泥和煤泥混合燃烧对于实现污泥和煤泥的减量化、稳定化、无害化、资源化处理具有重大现实意义。本论文以污泥和煤泥为研究对象,采用热重质谱联用分析仪和自行建立的固定床燃烧系统对燃料的燃烧特性和动力学特性进行研究。在此基础上,研究了污泥、煤泥及其混合燃料燃烧过程中的含硫气体和含氮气体的析出特性,探讨了燃烧过程中硫、氮元素的迁移特性,提出了污泥、煤泥及其混合燃料燃烧过程中硫和氮的迁移路径。在混燃过程中,污泥与煤泥相互促进,提高了整体的燃烧特性。污泥比例的增加,不会对燃料整体的燃烧特性造成影响。当煤泥质量分数20%时,燃烧特性最优,综合燃烧特性指数达1.59×10-8。混燃时,燃烧过程中的反应机理发生变化,混合燃料的燃烧过程基本由扩散过程控制。燃料固体产物的比表面积和累积孔体积在500℃或700℃时达到峰值,以介孔为主,大孔次之以及极少量的微孔。燃烧过程中的孔隙主要体现在直径10~50nm的介孔间。在混燃过程中,污泥与煤泥的矿物组分存在交互作用。当燃烧温度升高至500℃时,硫开始以硬石膏的形式出现在固体产物中。污泥和煤泥中的硫均以硫醇(S1)、硫化物(S2)、芳香硫(S3)、亚砜(S4)、砜(S5)和硫酸盐(S6)六种形式存在,且以有机硫为主。污泥燃烧过程中硫的析出主要发生在200~500℃区间,900℃时仅有13.37%的硫存在于固相产物中。煤泥主要在500~700℃间析出,900℃时仅有3.25%残留在灰分中。混合燃烧时,提高了含硫物种的分解温度,将更多的硫保留在灰中。在燃烧过程中硫元素以H2S的形式析出,被氧化成SO2,SO2被还原成COS,COS经加氢反应生成CH3SH。污泥中的氮主要以Amino-N、N-5和N-Q的形式存在,煤泥中的氮赋存形式主要为N-6、N-5和N-X。污泥燃烧过程中氮主要在200~500℃析出,以Amino-N分解NH3为主。600℃开始,固相产物中的氮以N-Q和N-5的形式存在。煤泥燃烧过程中氮的析出主要来源于杂环氮在400~600℃间的分解,NH3和HCN的生成量相当。随着燃烧的进行,固相产物中氮的存在形式与污泥的一致。混燃时,交互作用主要抑制了Amino-N的分解,控制了含氮烟气的排放。其中,煤泥质量分数为80%时对含氮气体析出的抑制效果最好,偏差为3.51%。
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