污泥/烟煤燃烧特性影响因素的实验研究

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污泥是污水处理过程中产生的残余物,同时又是一种可再生能源。中国的能源结构中煤炭资源占主要部分,污泥和煤的混烧能够有效节约煤炭资源的消耗,同时也是污泥处理的一种有效手段。本文基于热重分析仪和固定床燃烧炉试验系统开展污泥与烟煤混烧特性影响因素的研究。基于热重分析实验并进行理论分析,获得污泥初始含水率、升温速率(20~80K min-1)、混合比例和氧气浓度对污泥/烟煤燃烧特性的影响规律。结果表明:提高升温速率和污泥混合比例均使样品的着火、燃烬和综合燃烧指标增大。40%O2/60%CO2富氧气氛下50%污泥/50%烟煤混合物的着火和燃烬指标分别为空气气氛下的2倍和1.3倍。初始含水率为5.02%~37.85%的污泥主要燃烧阶段的平均活化能范围是146.59~168.39 kJ mol-1,随着初始含水率的提高,活化能增大。干污泥、80%污泥/20%烟煤、50%污泥/50%烟煤、20%污泥/80%烟煤、烟煤主要燃烧阶段的平均活化能分别为 165.80、139.24、118.21、82.87 和 68.07kJ mol-1。在固定床燃烧炉系统中分别进行成型样品的定温和变温燃烧特性实验,获得污泥比例、升温速率(变温燃烧)和温度(定温燃烧)对成型样品火焰特性、失重特性、动力学特性和排放特性的影响规律。结果显示:变温燃烧时,与纯样品相比,混合样品的火焰亮度和持续时间均增加。随着升温速率的增加,NO排放增加。升温速率为20 K min-1时,与烟煤相比,污泥的CO和CO2排放均值分别减少了 212%和175%,NO排放均值增加了 288%。污泥、80%污泥/20%烟煤、50%污泥/50%烟煤、20%污泥/80%烟煤和烟煤主要燃烧阶段的平均活化能分别为47.55、40.86、31.69、28.17和29.99 kJmol-1。定温燃烧时,随着污泥比例的增加,火焰持续时间变短,火焰亮度增加。随着温度升高,CO排放减少,CO2和NO排放增加。温度为800℃时,污泥比例从20%增加到80%,NO和SO2排放峰值分别增加了 0.78倍和10倍。污泥、80%污泥/20%烟煤、50%污泥/50%烟煤、20%污泥/80%烟煤和烟煤在主要燃烧阶段的活化能分别为30.51、35.03、33.23、41.33和36.56 kJ mol-1。加入CaO后,各比例样品燃烬时间缩短,烟煤的CO、CO2和NO排放峰值分别下降 47.6%、39.4%和 37.5%。烟煤和污泥的灰熔融特征温度区间分别为1356~1508 ℃和1160~1230 ℃,烟煤灰分中CaO含量最多,而污泥灰分中SiO2含量最多。
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