酸洗污泥来源于不锈钢生产过程,它含有Cr(Cr3+、Cr6+)、Ni、Fe等重金属元素并同时含有CaF2、CaO、CaSO4等物质,因此被归为危险废物(HW17表面处理废物)。煤粉炉具有消除危险废物有害性的高温热环境,并具有配套的烟气和飞灰处理设备,可以对污染物进行有效脱除,因此利用煤粉炉共处置危险废物既可以充分利用现有的燃烧设备、发电设备以及配套的环保设备,又可以节约新建危险废物处理厂的费用。本文依托中国环境科学研究院环保公益项目“工业窑炉共处置危险废物环境风险控制技术研究课题四-高温锅炉共处置危险废物环境风险控制技术研究”,针对煤粉炉共处置酸洗污泥的燃料特性、污染物排放特性、重金属排放和分配特性、40kw中试沉降炉共处置试验、300MW四角切圆煤粉锅炉共处置酸洗污泥方案设计和模拟等方面开展研究。主要内容包括以下五部分:(1)酸洗污泥与烟煤混合燃料的燃烧特性和灰渣浸出毒性研究,对应文中第二章内容。采用TG-FTIR对不同比例酸洗污泥与烟煤混合燃料进行研究,结果表明酸洗污泥添加比例<10%不会显著改变燃料的燃烧特性。浸出实验结果表明,共处置可以显著降低酸洗污泥中Cr的浸出率。酸洗污泥添加比例<10%时,灰渣浸出毒性低于国标GB 5085.3-2007的限值,不属于危险废物。(2)共处置酸洗污泥与烟煤的气态污染物排放特性、重金属排放和分配特性研究,对应文中的第三、四章。利用小型恒温沉降炉开展共处置实验,结果表明共处置少于10%酸洗污泥不会对炉膛燃烧工况产生显著影响。对不同酸洗污泥添加比例(0-10%)、不同炉膛温度(1100-140(0℃)工况下烟气中SO2、NOx、HCl、HF、PCDD/Fs和重金属的排放特性变化规律进行研究。炉膛温度从1100℃上升到1400℃过程中,SO2、NOx和HCl的排放浓度都呈现出显著的上升趋势,而HF的排放浓度基本不受温度变化的影响。随着酸洗污泥添加比例的提高,SO2和HF的排放浓度呈现上升趋势,而NOx和HCl的排放浓度出现下降趋势。PCDD/Fs排放浓度的变化不显著,总TEQ浓度在3.27-6.54 ng/m3之间呈现波动趋势。烟气中重金属排放浓度可以满足国家标准GB 18484-2001的要求。根据重金属在灰渣中的分配率对9种不同重金属进行分类:Cr、Ni、Mn和As属于不挥发性重金属;Pb、Cd、Cu和Sb属于半挥发性重金属;Sn无明显规律。(3)共处置酸洗污泥时燃料组分变化对重金属分配特性的影响研究,对应文中的第五、六章。利用高温管式炉,对10%酸洗污泥添加比例下燃料的氯、硫、灰分、水分含量变化对重金属的分配特性和灰渣特性的影响进行研究。结果表明,重金属Cr和Ni的分配特性不受燃料组分变化的影响。燃料氯含量上升时,As、Cu和Pb在灰渣中的分配率显著下降,而Mn在飞灰中的分配率小幅上升;硫含量上升时,Cu和Pb在灰渣中的分配率显著上升,这主要是因为CuFe2O4(s)和PbSO4(s)的生成;水分含量上升时,更高比例的As从灰渣中转移到飞灰中,而Pb在飞灰中的比例出现明显下降;灰分含量上升时,As的分配率呈现波动趋势,Pb和Cu在灰渣中的比例上升,Mn和Ni与高岭土中的Al2O3、SiO2反应生成Mn2SiO3(s)、Mn3Al2Si3012(s)和Ni2SiO4(s)等化合物。灰渣XRD分析结果表明,氯含量提高会导致灰渣中Ca2Al2SiO7峰强增加,硫含量提高会导致CaSO4峰强增加,水分和灰分含量变化对灰渣的矿物成分影响不显著。(4)共处置酸洗污泥与烟煤的中试试验,对应文中第七章。在40kw中试规模沉降炉内对共处置酸洗污泥与神木煤进行中试实验,结果表明酸洗污泥添加比例<20%的工况下炉膛效率基本不受影响。酸洗污泥添加比例提高导致SO2和HF排放浓度显著上升,而NOx和HCl排放浓度相对稳定。酸洗污泥添加比例<10%工况下,烟气中的重金属排放浓度可以满足国家标准GB 18484-2011中规定的排放限值。飞灰中的Cr、Ni和Pb的浸出浓度超出GB 16889-2008限值,不经额外处理不能进入生活垃圾填埋场进行填埋。(5)对某300MW四角切圆煤粉锅炉开展共处置酸洗污泥方案设计和模拟,对应文中第八章。采用两种燃料磨煤机前混合的方式进行共处置。利用BESS 5.0通用锅炉设计计算系统和Fluent软件,对该锅炉共处置酸洗污泥时的变污泥添加比例工况和变负荷工况进行热力计算和数值模拟,得到了不同工况下炉膛内部的温度场、速度场、CO、NOx和SO2浓度场的变化规律,为未来开展工业应用时选择合理工况提供数据支持。