污泥与煤混烧过程中汞排放特性试验研究

摘要

经济的快速发展和人口的日益增加使各种污泥排放量急剧增加，无论是发达国家还是发展中国家都面临着寻找合适的污水污泥处理方法的重要课题。因焚烧法具有减容效果好、消毒彻底、处理效率高、有利于实现资源化等优点，它已成为解决污水污泥问题的有效途径之一。但是，焚烧法所造成的二次污染问题在一定程度上限制了焚烧技术的应用和发展。 将污泥加入燃煤循环流化床燃烧试验装置，进行了污泥与煤混烧试验研究，主要考察了循环流化床运行参数(污泥与煤质量掺混比、过量空气系数、二次风率、Ca/S摩尔比、燃烧温度等)和烟气成分对焚烧烟气和灰渣中重金属汞的排放及其形态转化特性的影响规律。试验结果表明：由于污泥中的汞含量远高于煤中汞含量，在污泥与煤混烧中，烟气和飞灰中汞含量均比单独煤燃烧时要高，且绝大部分汞以气态的形式释放到烟气中，只有很少的一部分赋存于飞灰和底渣中；元素汞是烟气中汞的主要赋存形态。随着钙硫摩尔比的增大，飞灰中汞含量相对增加，烟气中氧化汞浓度大幅下降，氧化汞份额减小，说明钙基吸附剂对氧化汞有较强的吸附脱除作用，且CaO对烟气中汞的吸附效果要好于CaCO<,3>。过量空气系数对烟气和灰渣中汞浓度的影响是通过炉膛温度和飞灰残炭量来间接作用的；随着二次风率的增大，烟气中汞浓度增大，飞灰中汞含量呈现下降趋势；随着烟气中SO<,2>、NO<,x>浓度的增大，烟气中二价汞所占份额呈现上升趋势。 根据试验中测得的烟气、飞灰和底渣中汞的浓度，进行了汞质量平衡计算，结果误差处于60％～140％之间。本文同时还得出了汞排放因子和飞灰汞富集因子，分析了循环流化床运行参数对它们的影响规律，并总结了循环流化床焚烧系统汞排放的控制方法。 用N<,2>等温(77K)吸附法检测分析了污泥与煤混烧飞灰的比表面积、孔比表面积及其分布、孔隙分布等表面孔隙结构参数；采用扫描电镜(SEM)和X射线能谱分析(EDX)仪分析了飞灰样品的表观形貌特征和表面元素组成；采用X射线荧光光谱分析仪(XRF)分析了飞灰的化学组分；根据吸附理论计算得到了飞灰的分形维数；综合分析了以上所测参数对飞灰吸附汞的影响作用。研究结果表明，飞灰残碳量与汞含量呈正相关关系：随着飞灰颗粒比表面积增大，飞灰的汞吸附趋于增加。孔分布越宽越有利于汞的吸附，其中微孔在汞吸附过程中发挥更为重要的作用。飞灰样品的分形维数处于2.1～2.6之间，且分形维数能较好地反映飞灰对汞的物理吸附性能。烟气成分(如O<,2>和SO<,2>)与飞灰化学组成(如Ak<,2>O<,3>、Fe<,2>O<,3>、MgO等)可能对汞存在一定的催化氧化作用。飞灰对汞的吸附效果是一个多因素影响的综合结果，不仅要考虑孔隙结构作用下的物理吸附效果，更重要的是烟气成分和飞灰化学组分共同催化氧化作用下的化学吸附效果。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：缩略语和符号表

声明

第一章 绪论

§1.1课题研究背景

§1.1.1污泥来源及产量

§1.1.2污泥的分类

§1.1.3污泥对环境的影响

§1.2污泥的处置与资源化技术综述

§1.3污泥焚烧法介绍

§1.4国内外研究进展

§1.4.1污泥与煤中重金属的含量及其赋存形态

§1.4.2污泥焚烧及重金属排放特性

§1.4.3汞排放控制研究现状

§1.5本文的研究目标和主要内容

§1.5.1研究目标

§1.5.2主要内容

§1.6本章小结

第二章 热态试验装置与分析测量仪器及方法

§2.1循环流化床热态试验装置

§2.1.1循环流化床熟态试验装置概述

§2.1.2测量系统

§2.2汞取样及分析

§2.2.1烟气汞取样及分析

§2.2.2污泥、煤、飞灰和底渣中汞

§2.3孔隙结构实验仪器

§2.3.1比表面积和孔隙度分析仪(ASAP)

§2.3.2粒度分析仪

§2.3.3 X射线荧光光谱分析仪(XRF)

§2.3.4扫描电镜和X射线能谱分析仪(SEM-EDX)

§2.4本章小结

第三章 污泥与煤混烧中汞形态分布特性

§3.1污泥与煤混烧中汞的测试

§3.1.1测试背景

§3.1.2燃料分析

§3.2污泥与煤循环流化床混烧中汞测试结果

§3.2.1循环流化床焚烧系统的汞质量平衡

§3.2.2汞在燃烧产物中分配比例

§3.2.3各种混烧工况下汞排放浓度

§3.3汞排放因子及其变化规律

§3.3.1污泥与煤质量掺混比对汞排放因子的影响

§3.3.2 Ca／S摩尔比对汞排放因子的影响

§3.3.3过量空气系数对汞排放因子的影响

§3.3.4燃烧温度对汞排放因子的影响

§3.3.5二次风率对汞排放因子的影响

§3.4烟气中汞形态分布的影响因素

§3.4.1 Ca／S摩尔比对烟气中氧化态汞份额的影响

§3.4.2过量空气系数对烟气中氧化态汞份额的影响

§3.4.3 SO2对烟气中氧化态汞份额的影响

§3.4.4 NOx对烟气中氧化态汞份额的影响

§3.5本章小结

第四章 污泥与煤混烧中飞灰对汞的吸附特性

§4.1汞吸附研究现状

§4.2飞灰取样及分析

§4.3飞灰中汞富集因子及其变化规律

§4.3.1 Ca／S摩尔比对飞灰汞富集因子的影响

§4.3.2过量空气系数对飞灰汞富集因子的影响

§4.3.3燃烧温度对飞灰汞富集因子的影响

§4.3.4二次风率对飞灰汞富集因子的影响

§4.4飞灰对汞吸附的影响

§4.4.1粒径和比表面积

§4.4.2含碳量

§4.4.3孔隙结构特性

§4.4.4表观结构

§4.4.5 X射线能谱分析

§4.4.6飞灰样品的分形特性

§4.4.7飞灰的化学组分对汞吸附的影响

§4.5本章小结

第五章 全文总结与建议

§5.1全文总结

§5.2建议

参考文献

致谢

作者在硕士期间发表的论文