城市下水道污泥脉动燃烧干化工艺研究

摘要

脉动燃烧是一种先进的燃烧方式，它有着燃烧效率高、燃烧强度大、排放物污染小、传热效果好等优点，并且能够产生高温(600-1200℃)、高频(30-300Hz)、高速的脉动振荡气流。脉动燃烧器结构简单，投资成本低，利用其产生的振荡气流来雾化干燥物料相比传统的喷雾干燥有着许多优势。城市污泥是生活污水废水处理中产生的固液混合物，其含水率一般约80％。随着城市经济和人口的高速发展，城市污泥量迅速增加，污泥导致的环境问题日趋严重。热干化工艺是无害化、安定化、减量化处理污泥的有效方式之一，目前被广泛应用于污泥处理处置中。本课题研究将脉动燃烧技术应用于城市污泥雾化干化，探索发展一种新型的污泥热处理方式，即城市污泥的脉动燃烧干化技术。其主要内容如下:
　　(1)城市污泥干燥脱水特性的研究通过热风和微波加热方式对不同厚度的城市污泥饼进行薄层干化实验研究，实验结果表明热风干燥污泥过程中，由于污泥具有“塑性”，污泥表面容易“结壳”，形成“外干内稀”的现象，从而严重阻碍了水分向外迁移，干燥速率下降。微波干燥污泥时间短、干燥速率大，能耗小。
　　(2)城市污泥等温热风对流干燥过程热量消耗、的研究通过热重分析仪，研究城市污泥在等温热风对流条件下的干燥动力学和热量消耗情况，取得了不同干燥温度和不同初始湿含量污泥的干燥能耗数据，并且结合数据讨论了污泥热风对流干燥过程中各种节能方法和措施。
　　(3)城市污泥热解特性及燃烧特性的研究通过热重分析仪，在氮气和空气气氛下分别对城市污泥进行热分析，实验研究了城市污泥的热解特性和燃烧特性。实验结果表明污泥燃烧热反应可分为4个阶段并且污泥样品的着火点为277.5℃，燃尽温度为540℃，通过连续两方程模型拟合的方式，求得了主要反应阶段的活化能和指前因子。
　　(4)Helmholtz型脉动燃烧器的运行特性研究通过实验室研制的Helmholtz型脉动燃烧器，研究了不同尾管长度和燃气流量对脉动燃烧器振幅和频率的影响，求得了每小时空气阀自激吸气量和空气过量系数。
　　(5)城市污泥脉动燃烧雾化干化的实验研究利用Helmholtz型脉动燃烧器产生的高温、高频、高速振荡气流在尾管内直接雾化干化城市污泥，研究了脉动频率、不同干燥管长度和进料孔直径对污泥雾化干化的影响。结果表明脉动燃烧器产生的振荡气流能在0.5s内将含水率80％的污泥干化至54％-56％，脱水速度高，并且雾化成细小颗粒群。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 课题的研究背景意义

1．2 污泥的产生及环境问题

1．2．1 污泥的产生与特点

1．2．2 城市污泥的危害

1．3 国内外污泥处理处置方法及其研究现状

1．3．1 国内城市污泥处理处置现状

1．3．2 国外城市污泥处理处置现状

1．4 脉动燃烧技术国内外研究现状

1．4．1 脉动燃烧简介

1．4．2 脉动燃烧国内研究情况

1．4．3 脉动燃烧国外研究情况

1．5 课题研究内容和方法

2 城市污泥干燥、热解及燃烧特性分析

2．1 引言

2．2 城市污泥热风干燥特性研究

2．2．1 城市污泥热风干燥的目标

2．2．2 实验装置与方法

2．2．3 实验结果与分析

2．2．4 热风对流干燥城市污泥实验小结

2．3 城市污泥等温热风对流干燥过程能耗实验研究

2．3．1 城市污泥等温热风对流干燥过程实验的目标

2．3．2 实验装置与方法

2．3．3 市政污泥等温干燥热重实验

2．3．4 市政污泥等温干燥过程能耗分析

2．3．5 城市污泥等温热风对流干燥实验小结

2．4 城市污泥热解及燃烧动力学特性分析实验研究

2．4．1 城市污泥热解及燃烧动力学特性分析实验的目标

2．4．2 实验装置与方法

2．4．3 实验结果与分析

2．4．4 城市污泥热解与燃烧实验小结

2．5 本章小结

3 Helmholtz型脉动燃烧器运行特性研究

3．1 引言

3．2 实验装置与方法

3．2．1 脉动燃烧器的结构

3．2．2 燃料、空气的供给

3．2．3 实验测量方法

3．2．4 数据采集系统

3．2．5 实验方法

3．3 实验结果与分析

3．3．1 不同方式脉动燃烧运行特性

3．3．2 稳定运行特性

3．4 本章小结

4 Helmholtz型脉动燃烧器雾化干化城市污泥的实验研究

4．1 引言

4．2 脉动燃烧器雾化干化城市污泥方式一的实验分析

4．2．1 实验装置与方法

4．2．2 实验结果与分析

4．2．3 本节小结

4．3 脉动燃烧器雾化干化城市污泥方式二的实验研究

4．3．1 实验装置与方法

4．3．2 实验结果与分析

4．4 本章小结

5 结论和建议

5．1 论文总结

5．2 本文的创新之处

5．3 展望

参考文献

7 攻读硕士学位期间论文发表情况

致谢