垃圾和煤燃烧过程中二噁英的生成、排放和控制机理研究

摘要

本文首先从城市生活垃圾焚烧利用产生的二噁英问题、垃圾焚烧排放二噁英占环境中排放的总量、不可控燃烧过程的二噁英排放、燃烧过程中二噁英的生成机理、燃烧过程中二噁英的抑制和控制作用等方面综述分析了国内外关于垃圾和煤燃烧过程中二噁英的研究现状.并依托国家自然科学基金项目(编号59878047)、国家重点自然科学基金项目编号号59836210)、国家重点基础研究发展规划项目(973项目G1999022211)等项目的支持,开展了内容丰富的垃圾和煤燃烧过程中二噁英生成、抑制及控制机理的基础实验研究,得到了一些具有现实指导意义的研究结果和研究结论.本文的主要内容包括以下5方面:1)飞灰是城市生活垃圾焚烧产生的二噁英污染物的主要载体,本文研究了我国两种典型炉排焚烧炉和循环流化床焚烧炉飞灰中二噁英按粒径分布的特性,比较了我国目前在运行的多家焚烧厂的布袋除尘器飞灰中的二噁英含量特性及规律.2)在飞灰表面发生的异相催化反应是二噁英在燃后区形成的主要机理,本文以垃圾焚烧炉飞灰、燃煤锅炉飞灰、粉末活性炭等为原料,对影响飞灰表面异相催化反应生成二噁英的各种因素进行了较详细的实验研究,内容包括:氧、碳、催化剂、飞灰中C/Cu比例、飞灰粒径、无机氯源等,探讨和比较了燃煤锅炉飞灰、垃圾焚烧炉飞灰和粉末状活性炭发生低温异相催化反应生成二噁英的异同点及原因.3)当初以稳定燃烧为出发点的垃圾和煤混烧工艺路线,被发现对二噁英的生成具有很好的抑制作用,国内外对煤混烧抑制二噁英生成的现象解释为煤中硫的作用,本文从三个方面对硫在燃烧过程中抑制二噁英生成的机理进行了试验研究.4)燃烧过程也是我国环境中二噁英排放的重要来源.本文通过对大型燃煤锅炉、异重介质流化床煤和垃圾混烧焚烧炉的二噁英排放测试研究,进行了二噁英在燃烧系统中的输入输出平衡计算.研究结果发现,燃煤锅炉的静电除尘器对燃煤锅炉的二噁英排放具有重要影响,300MW机组每年向大气中排放的二噁英毒性当量为:0.017g I-TEQ.一台150t/d的煤和垃圾混烧焚烧炉每年向大气中排放的二噁英为:0.1~15mg I-TEQ.本文还在小型实验台上进行了垃圾和煤混烧的二噁英排放特性.5)本文还对燃烧中和燃烧后的二噁英控制技术和机理进行了较详细的基础研究实验.

目录

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资助

符号表

第一章绪论：城市生活垃圾的热利用及其环境问题

1.1前言

1.2城市生活垃圾的焚烧利用及热值特性

1.2.1生活垃圾的焚烧利用

1.2.2中国部分典型城市生活垃圾的物理组成及成分分析

1.2.3中国部分典型城市生活垃圾的热值估计及其与成分之间的关联

1.3城市生活垃圾焚烧利用带来的环境问题

1.3.1城市生活垃圾焚烧产生的二次污染

1.3.2二噁英与垃圾焚烧

1.4本课题的选题背景和意义

1.5本文的研究内容及结构

第二章燃烧过程中二噁英生成、排放和控制机理的研究进展

2.1前言

2.2环境中燃烧过程的二噁英排放

2.3不可控燃烧过程的二噁英排放

2.4原生垃圾中的二噁英含量

2.5二噁英的生成机理

2.5.1气相反应生成二噁英

2.5.2固体表面的异相催化合成反应生成二噁英

2.6燃烧过程中二噁英的抑制和控制研究

2.6.1硫对二噁英生成的抑制作用

2.6.2氮化合物对二噁英生成的抑制作用

2.6.3碱性吸附剂对烟气中二噁英排放的控制

2.6.4活性炭吸附剂对烟气中二噁英排放的控制

第三章本文试验原料、试验台和分析方法

3.1本文的试验原料和试验台

3.2本文试验样品的采集方法

3.2.1焚烧炉实地样品的采集

3.2.2实验室样品的采集

3.3二噁英样品的预处理和分析方法

3.4本文试验结果的质量控制和保证

3.5正在建设中的浙江大学二噁英超痕量分析实验室

第四章我国典型垃圾焚烧炉飞灰中二噁英的分布特性

4.1前言

4.2我国典型垃圾焚烧炉飞灰中二噁英随粒径的分布特性

4.2.1炉排炉和循环流化床炉布袋除尘器飞灰中二噁英随粒径的分布特性

4.2.2循环流化床炉百叶窗惯性分离器飞灰中二噁英随粒径的分布特性

4.3我国不同炉型垃圾焚烧炉飞灰中二噁英的含量特性

4.3.1试验样品来源

4.3.2飞灰中二噁英含量及同系物分布

4.3.3飞灰中二噁英毒性当量

4.4影响飞灰中二噁英分布特性的因素分析

4.4.1焚烧炉炉型和燃烧工况的组织

4.4.2燃料的组成

4.4.3飞灰中的残碳含量

4.4.4飞灰中重金属及氯含量

4.5本章小节

第五章飞灰表面异相催化反应生成二噁英的影响因素及机理研究

5.1前言

5.2温度、氧、碳、催化剂对二噁英低温异相催化合成反应的影响

5.2.1试验原料及工况设置

5.2.2温度的影响

5.2.3气氛含氧量的影响

5.2.3灰中含碳量的影响

5.2.4催化剂的影响

5.3无机氯源、飞灰粒径对飞灰低温异相催化反应生成二噁英的影响

5.3.1试验原料和工况设置

5.3.2不同无机氯源对飞灰低温异相催化反应生成二噁英的影响

5.3.3飞灰粒径对无机氯源存在时低温异相催化反应生成二噁英的影响

5.4二噁英生成过程中的氯化作用

5.4.1气相中的氯化过程

5.4.2固相中的氯化过程

5.5本章小结

第六章硫及其氧化物在废弃物燃烧生成二噁英过程中的影响的实验研究

6.1前言

6.2元素硫对PCP高、低温生成二噁英过程的影响研究

6.2.1试验工况设置

6.2.2温度的影响

6.2.3 S/CL比例的影响

6.3煤中硫对PCP和煤混烧时二噁英排放的影响

6.3.1试验原料和工况设置

6.3.2不同含硫量标准煤与PCP混烧时的二噁英排放抑制

6.3.3同一含硫量标准煤与PCP混烧时的二噁英排放抑制

6.3.4同一含硫量标准煤、元素硫与PCP混烧时的二噁英排放抑制

6.4二氧化硫在二噁英生成的气、固相反应中的抑制作用机理性研究

6.4.1试验及工况设置

6.4.2 CL2和S02的反应机理

6.4.3 S02在二噁英生成的气、固相反应中的抑制作用

6.5本章小结

第七章煤和垃圾燃烧过程中二噁英排放特性的实验研究

7.1前言

7.2大型燃煤锅炉的二噁英排放测试

7.3商用垃圾焚烧炉(煤和垃圾混烧，循环流化床)二噁英排放的质量平衡及环境评价

7.3.1焚烧炉试验工况及二噁英排放的质量平衡计算

7.3.2焚烧炉的二噁英排放测试结果

7.3.3商用垃圾焚烧炉的二噁英排放质量平衡

7.3.4其它商用垃圾焚烧炉的二噁英排放因子估计

7.4小型流化床炉塑料和煤混烧时的二噁英排放研究

7.4.1试验原料及试验工况

7.4.2结果和讨论

7.5小型管式炉中垃圾和煤混烧时的二噁英排放研究

7.5.1原料和工况设置

7.5.2燃烧反应的常规气体排放

7.5.3燃烧反应的二噁英排放

7.6本章小节

第八章燃烧和燃后烟气中二噁英控制及抑制技术的实验和理论研究

8.1前言

8.2高温条件下钙基吸附剂和PCP混烧对二噁英生成的控制研究

8.2.1某大型垃圾焚烧炉添加钙基时的二噁英排放

8.2.2小型试验台的试验原料和工况设置

8.2.3添加CAO时不同CA/CL比对二噁英排放的影响

8.2.4添加不同钙基对二噁英排放的影响

8.3采用颗粒活性炭和废轮胎热解半焦对烟气中二噁英的吸附控制

8.3.1试验原料和工况设置

8.3.2吸附床运行温度对颗粒活性炭吸附二噁英效率的影响

8.3.3空速对颗粒活性炭吸附二噁英效率的影响

8.3.4废轮胎热解焦碳对烟气中二噁英的吸附控制

8.4改良活性炭粉末生成二噁英的能力及其对烟气中二噁英的控制初探

8.4.1试验原料和工况设置

8.4.2碱液浸渍后活性炭的二噁英生成能力

8.5烟气中喷吸附剂时对二噁英的控制效率的模型预测

8.5.1烟气中喷吸附剂进行二噁英吸附的原理

8.5.2吸附剂进行烟气中二噁英吸附的效率模型的建立

8.5.3相关参数对二噁英吸附效率的影响

8.6本章小节

第九章全文总结和展望

全文参考文献

作者攻读博士学位期间科研及论文发表

致谢