油页岩干馏废水流化床焚烧特性研究

摘要

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。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 油页岩干馏废水产生的背景

1．1．2 油页岩干馏废水的来源及性质

1．2 干馏废水的处理技术

1．3 废水焚烧技术简介

1．3．1 废水焚烧的工艺流程

1．3．2 焚烧设备

1．4 国内外废水焚烧工艺研究现状

1．4．1 国外应用情况

1．4．2 国内应用情况

1．5 油页岩干馏半焦燃烧特性及废水焚烧特性的研究现状

1．6 本文的研究目的和研究内容

1．7 本章小结

参考文献

第二章 试验装置及测试方法

2．1 鼓泡流化床试验装置

2．1．1 鼓泡流化床焚烧装置本体结构

2．1．2 双流体喷枪的工作原理及过程

2．1．3 小型鼓泡流化床试验装置

2．2 检测及取样设备

2．2．1 热重分析仪

2．2．2 多组分在线分析仪

2．2．3 烟气黑度望远镜

2．2．4 PAHs浓度测定

2．2．5 重金属浓度测定

2．2．6 汞浓度测定

2．3 本章小结

参考文献

第三章 干馏废水和半焦的特性分析

3．1 干馏废水特性分析

3．2 辅助燃料的工业分析及元素分析

3．3 干馏半焦的粒度分布

3．4 干馏半焦的灰熔融特性和灰成分分析

3．4．1 辅助燃料灰的熔融特性

3．4．2 掺入不同比例干馏废水的干馏半焦灰熔点和灰成分分析

3．5 辅助燃料的燃烧特性

3．5．1 着火温度及燃尽温度

3．5．2 燃烧反应动力学参数

3．5．3 燃烧综合特性参数

3．6 本章小结

参考文献

第四章 宽筛分物料韵热态临界流化特性

4．1 引言

4．1．1 Umf的定义及测量方法

4．1．2 Umf的经验公式

4．2 试验材料与步骤

4．2．1 试验材料

4．2．2 试验步骤

4．3 试验结果分析

4．3．1 Umf的确定

4．3．2 高斯分布物料的热态Umf

4．3．3 二元分布物料的热态Umf

4．3．4 均匀分布物料的热态Umf

4．3．5 床温对边渡区范围的影响

4．3．6 Umf预测公式拟合

4．4 本章小结

参考文献

第五章 流化床焚烧炉辅助燃料燃烧特性试验

5．1 半焦在流化床中的燃烧

5．2 焚烧试验方案

5．3 燃烧试验结果

5．3．1 固体不完全燃烧热损失

5．3．2 气体不完全燃烧热损失

5．4 本章小结

参考文献

第六章 NOx和SO2的排放特性

6．1 引言

6．1．1 SO2的生成机理

6．1．2 NOx的生成机理

6．1．3 SO2的抑制方法

6．1．4 NOx的抑制方法

6．2 NOx和SO2的排放特性

6．2．1 床温对NOx和SO2排放的影响

6．2．2 过剩空气系数对NOx和SO2排放的影响

6．2．3 一二次风比对NOx和SO2排放的影响

6．2．4 Ca／S比对NOx和SO2排放的影响

6．3 本章小结

参考文献

第七章 重金属的迁移排放特性

7．1 引言

7．1．1 重金属的特性

7．1．2 重金属的生成迁移特性

7．2 本试验中重金属的分布特性

7．3 重金属在飞灰上的富集规律

7．3．1 温度对重金属富集规律的影响

7．3．2 过剩空气系数对重金属富集规律的影响

7．3．3 一二次风比对重金属富集规律的影响

7．3．4 Ca／S比对重金属富集规律的影响

7．4 重金属在烟气中的富集规律

7．5 重金属的脱除方法

7．6 本章小结

参考文献

第八章 多环芳烃的排放特性

8．1 引言

8．1．1 多环芳烃的理化性质

8．1．2 多环芳烃的生成机理

8．2 废水焚烧时PAHs的排放特性

8．2．1 床温对PAHs的影响

8．2．2 过剩空气系数对PAHs的影响

8．2．3 一二次风比对PAHs的影响

8．2．4 Ca／S比对PAHs的影响

8．2．5 重金属对PAHs的影响

8．3 本章小结

参考文献

第九章 全文总结与建议

9．1 全文总结

9．2 进一步工作的建议

致谢

作者简介，攻读硕士学位期间发表的论文