污泥与煤泥混燃过程中可吸入颗粒物的释放特性及其汞成核机理研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhuzhongbao2005
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燃烧是实现污泥和煤泥的减量化、稳定化、无害化、资源化处理的重要技术手段。污泥与煤泥作为高灰分燃料,在燃烧过程中势必产生大量的可吸入颗粒物;污泥与煤泥矿物组分复杂,赋存Hg在燃烧产物表面呈现不同的沉积机制。因此,有必要研究污泥与煤泥混合燃烧过程中可吸入颗粒物的释放特性及其汞成核机理。本论文以污泥和煤泥为研究对象,采用自行建立的试验系统以及自行设计的颗粒物收集装置,在分析污泥、煤泥及其混合燃料燃烧特性的基础上,研究污泥、煤泥及其混合燃料燃烧过程中可吸入颗粒物的排放特性,探讨污泥、煤泥及其混合燃料燃烧过程中Hg的成核机理。污泥与煤泥属于典型的高灰分与低热值燃料,污泥中挥发分含量高达47.4%,以脂质、蛋白质和糖类等有机物为主,表面呈现疏松多孔的形态,碱金属K、Mg等以及易气化元素P、S、Cl等含量较高;煤泥中固定碳含量和灰分含量分别为35.6%和51.0%,不易气化元素Si、Ca、Al较高(56.3%)。污泥在燃烧过程中的失重行为包含四个阶段,即脱水过程、轻质有机物的析出和燃烧过程、重质有机物和焦炭的析出和燃烧过程以及矿物质的分解过程,对应的温度范围分别为50℃~150℃、150℃~350℃、350℃~600℃和600℃~950℃。煤泥的失重行为包含脱水阶段、挥发分和固定碳的燃烧阶段与矿物质的分解阶段三个阶段,对应的温度范围分别为50℃~350℃、350℃~670℃和670℃~950℃。污泥综合燃烧特性指数高于煤泥,前者为1.86×10-8,后者为0.36×10-8。燃料燃烧形成的颗粒物粒径分布呈双峰分布,峰值位于1μm左右与10μm左右,分别对应细模态颗粒物与粗模态颗粒物,PM1与PM1~10体积分数分别与粒径分布峰值变化规律相对应。800℃时,污泥和煤泥中PM1体积分数排放量均达到最低,分别为3.0%和4.7%;1000℃时,污泥和煤泥中PM1~10体积分数排放量达到最大,分别为19.9%和33.6%。污泥与煤泥酸洗后PM1体积分数分别减小52.5%和36.8%,污泥脱挥发分后PM1~10体积分数减小39.2%。掺混比7:3时,PM1排放量下降约5%,PM1~10排放量增长约25%。两种燃料混烧时发生了交互作用,即燃料中的焦炭与部分无机矿物质对K、Cl、P、S等易气化元素的物理吸附与化学吸附作用。污泥燃烧后粒径为0.01μm~0.3μm的颗粒物,Hg质量分数为dp~0与dp-1的关系,分别遵循均相成核机制与扩散机制;粒径为0.3μm~10μm的颗粒物,Hg质量分数为dp-1的关系,遵循表面反应控制机制。脱矿污泥中粒径为0.3μm~10μm的颗粒物,Hg质量分数为dp-2的关系,遵循扩散机制控制。污泥与煤泥掺混比为1:1时,粒径为0.01μm~0.3μm的颗粒物,Hg质量分数为dp~0与dp-1的关系,分别遵循均相成核机制与扩散机制;粒径为1μm~10μm的颗粒物,Hg质量分数为dp-1的关系,遵循化学反应控制机制。脱矿污泥与煤泥掺混比为1:1时,粒径为1μm~10μm的颗粒物,Hg质量分数由dp-2转变为dp-1的关系。
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