深度干化城市污泥焚烧技术及其排放特性研究

摘要

城市污泥焚烧处理具有较好的减量化、稳定化和资源化效果。但是在燃烧过程中会产生大量NOx、SOx等污染物，直接排放将导致严重的二次污染。与煤等传统燃料相比，污泥具有特殊的燃烧特性和污染物排放特性，因此，对污泥燃烧特性和污染物排放特性的研究具有重要的理论价值与应用价值。此外，我国污泥焚烧处置技术尚不够成熟，污泥焚烧处理技术工艺的选择是工程上所面临的一大难点。因此，工艺的技术经济性分析对实际工程具有重要的指导意义。
　　本文利用不同实验装置对污泥燃烧特性及污染物排放特性进行了研究;基于城市污泥深度脱水-热干化-焚烧实际工程的投资和运行成本数据，结合理论分析与计算，对污泥处理量为250吨/天的城市污泥深度脱水-热干化-焚烧系统进行了技术经济性分析。具体研究内容如下:
　　对污泥进行了元素分析及燃料特性分析。污泥样品的工业分析结果及元素分析结果显示，污泥中挥发分与灰分含量较高而固定碳含量与热值较低，污泥中含有较多的N、S元素。利用热重分析仪对污泥燃烧过程进行了研究，并重点考察了升温速率对污泥燃烧特性的影响。研究结果显示污泥焚烧存在四个失重区间，挥发分析出和燃烧阶段及挥发分和固定碳燃尽阶段为主要失重区间。
　　设计并搭建了6kWth鼓泡流化床实验台，在实验台上进行了城市污泥燃烧实验，研究了燃烧温度、过量氧气系数、二次风比率对气态污染物排放特性的影响。研究结果表明:燃烧温度升高，NO排放浓度明显升高，SO2排放浓度亦呈上升趋势;过量氧气系数提高，NO排放浓度呈显著上升趋势，SO2排放浓度则呈下降趋势;增大二次风比率，NO排放浓度呈现先降低后升高的趋势，但总体减排效果并不明显，而SO2排放浓度出现少量增长;
　　利用6kWth鼓泡流化床实验台探讨了烟气再循环气氛下污泥焚烧的NO排放特性。结果表明:烟气再循环工况下，NO排放浓度随燃烧温度和过量氧气系数变化的趋势与空气气氛燃烧时一致;烟气再循环率从0增加至1，NO排放浓度明显下降;再循环率达到较高值后，NO排放浓度降低的趋势减弱;烟气再循环率逐渐升高过程的前期，烟气中CO浓度出现显著升高;再循环率超过0.3后，CO浓度在一定范围内波动，不再升高。
　　在6kWth鼓泡流化床实验台上进行了污泥焚烧三因素五水平正交实验，将温度、过氧系数、烟气再循环率作为影响因素，研究它们对NO排放浓度的影响效果，极差分析与方差分析结果显示:影响NO排放浓度的主次顺序是过氧系数α＞燃烧温度T＞烟气再循环率β，而三个因素之间交互作用以及实验误差所带来的影响很小。
　　对所设计的250吨/天污泥（以80％含水率计）深度脱水-热干化-焚烧系统进行了技术经济性分析，将污泥干基低位热值Qgdw(kcal/kg)、深度脱水污泥含水率（即入干化系统污泥含水率）u1(％)、热干化污泥含水率（即入焚烧炉污泥含水率）u2(％)作为输入变量，获得不同设计方案下系统投资成本、运行成本及效益等的变化规律，并寻求最优方案。结果表明:污泥干基热值对系统投资成本影响最大;焚烧系统产汽量不能满足污泥热干化所需时，系统效益迅速降低。根据经济性分析结果，针对不同热值的污泥提出了相应的参数优化方案。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 城市污泥处理处置原则与现状

1．2 污泥干化焚烧技术发展概述

1．2．1 国外污泥干化焚烧技术发展

1．2．2 国内污泥干化焚烧技术发展

1．2．3 烟气再循环流化床焚烧技术

1．3 污泥焚烧污染物排放特性研究

1．3．1 污泥焚烧氮氧化物排放特性

1．3．2 污泥焚烧二氧化硫排放特性

1．4 本文研究目的和主要内容

第二章 实验装置与燃料特性

2．1 引言

2．2 流化床实验装置概述

2．2．1 流化床实验系统的组成

2．2．2 流化床实验系统的调试

2．3 污泥成分分析

2．4 污泥燃烧特性

2．4．1 污泥燃烧特性表征方法

2．4．2 污泥燃烧过程

2．4．3 升温速率对TG和DTG曲线的影响

2．5 本章小结

第三章 鼓泡床污泥燃烧气态污染物排放特性

3．1 引言

3．2 实验方法

3．3 污泥燃烧过程中气态污染物的排放特性

3．3．2 过量氧气系数对NO和SO2排放的影响

3．3．3 二次风比率对NO和SO2排放的影响

3．4 烟气再循环对NOx排放的影响

3．5 烟气中CO浓度及飞灰含碳率分析

3．5．1 烟气中CO浓度

3．5．2 飞灰含碳率

3．6 污泥燃烧正交实验结果与分析

3．6．1 正交实验结果

3．6．2 正交实验极差分析

3．6．3 正交实验方差分析

3．7 本章小结

第四章 污泥深度脱水-热干化-焚烧系统经济性分析

4．1 引言

4．2 系统概况

4．2．1 深度脱水系统工艺流程

4．2．2 热干化系统工艺流程

4．2．3 焚烧系统工艺流程

4．2．4 汽轮机机组工艺流程

4．3 焚烧系统计算及评估

4．4 深度脱水与热干化系统计算及评估

4．4．1 深度脱水成本评估

4．4．2 热干化工艺成本评估

4．5 系统整体经济性分析

4．5．1 系统投资成本

4．5．2 系统运行成本

4．5．3 系统效益

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 展望

参考文献

作者简介

致谢