论文部分内容阅读
水热碳化技术是一种新型的燃料品质升级技术。水热碳化预处理产物具有高碳含量、高能量密度、疏水、均一和易碎等优点,水热碳化预处理可以极大地改善垃圾在焚烧炉中的燃烧情况,在垃圾焚烧发电领域具有光明的应用前景。由于我国垃圾分类尚未普及,垃圾成分复杂多变,重金属含量较高。重金属具有极高的生理毒性,能通过食物链在人体中富集,造成慢性中毒,严重威胁人类的健康。水热碳化后重金属有可能溶解在水热溶液中,亦有可能富集在固体炭中。含有高浓度重金属的水热溶液直接排放或含有高浓度重金属的固体炭燃烧利用均有可能造成严重的重金属污染。因此,研究垃圾水热碳化过程及其产物焚烧过程中的重金属迁移规律具有重要意义。本文主要研究了生活垃圾典型组分PVC的水热碳化过程、PVC和固体炭燃烧过程中的重金属迁移特性。首先,利用高压反应釜,在200°C、230°C和260°C下,对PVC进行水热碳化,研究PVC水热碳化的效率、重金属在产物中的分布特性等。结果表明,PVC在水热碳化后挥发分含量降低,固定碳含量和热值升高,O/C–H/C接近与亚烟煤,燃料品质得到大幅提高。HTC处理后,固体炭中的Cd、Pb和Zn含量不同程度地降低（10%90%）,但Cd、Cr、Ni和Pb仍远超典型垃圾中相应重金属的含量。在230°C以上进行水热碳化时,HTC溶液中Cd、Cr、Ni和Pb的浓度较高,直接排放可能造成重金属污染。然后,利用TGA-FTIR联用技术研究了PVC和固体炭的热失重特性和产物特性,并利用无模型方法FWO（Flynn-Wall-Ozawa）法计算其燃烧反应所需活化能。结果表明,PVC的燃烧的DTG曲线含有三个峰,而随着HTC温度的升高,固体炭燃烧的DTG曲线峰数逐渐减少。固体炭的燃烧特性指数略低于PVC,但仍高于典型褐煤。固体炭燃烧所需活化能远低于PVC,表明HTC预处理能大幅提高PVC的反应活性。在230°C下进行水热碳化得到的固体炭燃烧所需平均活化能最低,为98.8 kJ/mol。接着,利用电热式管式炉在O2/N2气氛下对PVC和固体炭进行燃烧实验,并测定了底灰中的重金属含量,以研究燃烧温度和HTC温度对重金属迁移规律的影响。结果表明,燃烧温度对PVC中Cr、Cd、Ni、Pb和Zn的挥发率均无显著影响,而随着燃烧温度的升高,固体炭中Cr、Ni和Zn的挥发率不同程度的升高。Ni、Zn、Cr、Cd和Pb的挥发率受HTC处理的影响强度依次减弱。HTC温度对Cr和Ni的挥发率影响较小,而随着HTC温度升高,HTC温度对Cd、Pb和Zn的挥发率影响逐渐增大。600°C时,随着HTC温度升高,Cd、Pb和Zn的挥发率逐渐降低。最后,利用电热式管式炉在O2/CO2气氛下对PVC和固体炭进行燃烧实验,以研究PVC和固体炭中重金属的迁移规律。结果表明,O2/CO2气氛下,重金属挥发率对燃烧温度的敏感度顺序为:Zn>Ni>Cr>Cd=Pb;对HTC处理的敏感度顺序为:Ni>Zn>Cr>Cd>Pb;HTC温度对Cd、Pb和Zn的挥发率影响较大,而对Cr和Ni的挥发率影响较小。与PVC相比,固体炭中重金属的挥发受燃烧气氛的影响更大,且HTC温度和燃烧温度越高,燃烧气氛的影响越大。