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油页岩干馏提油过程中产生的废水给环境带来了巨大的威胁。流化床废水焚烧技术燃料适应性强,焚烧效率高,污染物排放量小且不受水温水质等因素的影响,因此被认为是一种拥有广阔应用前景的废水处理技术。因此,研究以油页岩干馏半焦作为辅助燃料的干馏废水流化床焚烧炉的运行特性、污染物的排放机理、影响因素及抑制方案对流化床废水焚烧炉的研发、设计运行参数的选择以及干馏废弃物的再利用具有重要的理论意义和工业价值。
本文在鼓泡流化床焚烧装置上,以油页岩干馏半焦为辅助燃料研究干馏废水的焚烧特性,为焚烧炉运行参数的选择进行了探索。具体研究内容及成果如下:
1、对油页岩干馏废水的组成成分及含量,大庆半焦、龙口半焦和淮南烟煤的工业分析元素分析、灰熔融特性、燃烧特性进行检测,结果显示:大庆油页岩干馏废水以氨氮为主要污染物;试验用辅助燃料的熔点较高,不会发生结焦现象;对辅助燃料进行热重分析得到了其燃烧特性参数。
2、在小型鼓泡流化床试验台上研究了宽筛分物料的临界流化风速在室温及200-600℃范围内的变化规律,并得到结论:宽筛分物料的Umf随着床温的升高而减小,且与比表面积平均当量直径相同的窄筛分物料Umf相比差距较大;宽筛分物料的过渡区范围随床温的升高而延长,但延长趋势在高温段渐趋平缓;基于试验数据,提出了新的计算宽筛分物料Umf的关联式。同其他计算方法相比,该公式预测误差小,有很好的工程应用价值。
3、研究了床温、过剩空气系数等操作参数对焚烧装置的气体不完全燃烧热损失q3、固体不完全燃烧热损失q4和辅助燃料燃烧效率的影响,得出结论:随着床温的升高,流化床焚烧装置的q3和q4降低,燃烧效率升高;随着过剩空气系数的增加,q3和q4先下降后上升,燃烧效率先上升后下降;随着二次风比例的增加,q3增大,q4减小,燃烧效率呈上升趋势。
4、讨论了焚烧烟气中NOx和SO2的排放浓度随床温、一二次风比等操作参数的变化规律和机理,结果表明:试验中SO2和NOx的排放浓度均低于国家标准;随着床温的升高,烟气中NOx的排放浓度呈先下降后升高的趋势,与过剩空气系数升高时的变化规律相同;在过剩空气系数不变的条件下,随着二次风率的增加,NOx的排放浓度逐渐下降;随着Ca/S比的增加,NOx排放浓度先上升后下降;烟气中SO2的排放浓度随着床温或二次风率的升高呈单调上升的趋势,随着过剩空气系数或Ca/S比的升高呈下降趋势。
5、研究了操作参数对重金属富集规律的影响,并得出结论:在大多数工况下,重金属在飞灰上富集的份额大于其在底渣中的份额;飞灰中的重金属浓度随床温的升高呈上升趋势,并在高温段趋于稳定;随着过剩空气系数的升高,飞灰中的Mn浓度下降;As等11种重金属浓度总体呈上升趋势。随着二次风率的升高,飞灰中As的浓度呈上升趋势;Co、V、Mn和Hg的浓度呈下降趋势;其他重金属浓度先下降后上升;飞灰中As等10种重金属的浓度随Ca/S比的升高而升高;Hg的浓度先上升后下降;Pb的浓度则呈单调下降的趋势;随着床温的升高,烟气中12种重金属的浓度都呈上升趋势;烟气中Hg的排放浓度低于国家标准;Pb、Ni和Cr+Cu+Mn的排放浓度高于国家标准。
6、针对操作参数对PAHs排放特性的影响进行了研究,结果表明:飞灰和底渣中PAHs的浓度随床温的升高先上升后下降,烟气中PAHs的浓度持续上升;随着过剩空气系数的上升,飞灰和底渣中的PAHs浓度皆呈上升的趋势,烟气中的PAHs浓度先下降后升高;随着二次风率的增加,飞灰中的PAHs浓度呈下降趋势,底渣中的浓度先下降后上升;随着Ca/S比的增加,底渣和飞灰中的PAHs浓度呈下降趋势;随着过剩空气系数的增加,重金属对5环PAHs的排放特性有一定影响;烟气中BaP的排放量基本低于国家标准。
7、从辅助燃料的燃烧效率以及二次污染物排放规律等角度出发,给出了流化床焚烧油页岩干馏废水时的最佳操作参数。