【摘 要】
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随着我国城市化进程加速和国民生活水平的不断提高,城市生活垃圾产生量逐年增加,成分日趋复杂。垃圾焚烧处理成为我国多数城市垃圾处置主要手段。垃圾焚烧产生的污染物会大量进入烟气,因而开展垃圾焚烧烟气组分和污染物的监测分析,对有效控制垃圾焚烧过程二次污染、实现垃圾焚烧处置过程的无害化、清洁化具有重要意义。目前垃圾焚烧烟气的取样设备的适用温度范围均在500℃以下,很难满足对高温条件下烟气中污染物的形成特性和
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随着我国城市化进程加速和国民生活水平的不断提高,城市生活垃圾产生量逐年增加,成分日趋复杂。垃圾焚烧处理成为我国多数城市垃圾处置主要手段。垃圾焚烧产生的污染物会大量进入烟气,因而开展垃圾焚烧烟气组分和污染物的监测分析,对有效控制垃圾焚烧过程二次污染、实现垃圾焚烧处置过程的无害化、清洁化具有重要意义。目前垃圾焚烧烟气的取样设备的适用温度范围均在500℃以下,很难满足对高温条件下烟气中污染物的形成特性和形态的研究需要。因此,本文针对垃圾焚烧过程的烟气温度高、腐蚀性组分多、粉尘含量高等特点,开展耐高温、耐腐蚀、具有粗除尘功能的垃圾焚烧烟气取样装置结构设计和优化研究,并提出设计和制造方案。研究分析了垃圾焚烧工艺过程及本课题应用场景下的高温烟气组分特性。烟气中主要污染物包括酸性气体、重金属、毒性有机物及粉尘污染物,其中酸性气体HCl和SO2浓度最高分别为1 066 mg/m~3和252 mg/m~3;重金属主要有汞、镉、铅和铬等;二噁英含量高,并以不同形态存在;粉尘含量高达17.6 g/m~3,飞灰密度约0.67 g/cm~3,粒径分布在10-160μm。因此,焚烧烟气高温、高腐蚀性和高粉尘的特性对取样装置的设计制备提出了严格要求。开展了取样装置材料选择与优化试验研究。试验选择HASTELLOY C-276和HASTELLOY C-22两种合金材料,在实验室条件下模拟垃圾焚烧高温烟气环境,进行了耐高温、耐腐蚀性能系列对比实验研究。结果表明,两种合金的腐蚀程度和HCl浓度成正相关,腐蚀速率随时间的变化趋势均具有先上升后降低的规律,表明腐蚀层能够减酸性腐蚀;HASTELLOY C-22合金耐高温腐蚀性能更好;两种合金的腐蚀机理也进一步得到分析。开展了取样装置高温烟气除尘和冷却方式及结构研究。由烟气中粉尘特性确定采用两段式除尘结构设计方案;结合理论计算和实验测试,分析和测试了烟气冷却的方式及冷凝器结构,以确保实现烟气从850℃快速冷却至200℃以下的要求。根据垃圾焚烧炉结构特点和高温烟气分布特性,确定了垃圾焚烧高温烟气取样装置的结构设计原则和基本参数,结合烟气流速、流量控制,粉尘脱除,烟气冷却速率控制等参数的优化分析,研发并设计了一套垃圾焚烧高温烟气取样装置。该装置具有良好的耐温性能与耐氯腐蚀性能和长达4.9年的理论使用寿命。
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