典型危险废物回转窑热处置特性和技术研究

摘要

危险废物因其对环境和人类的危害性而必须进行无害化处理处置，以焚烧法为代表的热化学处理技术处理危险废弃物已经得到广泛的应用并且技术日趋成熟，应用回转窑焚烧危险废物已经成为当前危险废物处理处置的一个重要工艺。 本文依托于国家自然科学基金资助项目“危险废物回转窑内焚烧机理研究”(No．50276055)，在国内率先对除医疗垃圾外的工业危险废物展开全面系统的研究，对典型危险废物的热处置作了基础研究，得到了典型危险废物的理化特性及热重特性等基本数据。首先对典型危险废物进行了热重特性的试验研究，分析典型危险废物在升温过程中的基本失重变化规律，以及其各试验参数，如升温速率和热解气氛对热解特性的影响。试验物料的热重过程可以用气固反应动力学方程来表示，对试验数据进行分析后，计算出了各种典型危险废物的焚烧表观动力学参数，并对计算结果值与试验值进行了比较，结果拟合较好，可以基本反映物料在各个阶段的失重过程。 对电镀污泥的试验发现，虽然电镀污泥内的可燃成分较少，并不适合单独焚烧处置，但高温焚烧法处理减量化明显，原始电镀污泥减重率可达68％以上，即使经过烘干筛分预处理后的电镀污泥减重率也可以达到30％以上，同时高温焚烧可以使得灰渣中重金属的浸出浓度有不同程度的降低，可以有效地控制焚烧产物的重金属浸出。焚烧温度、时间和气氛对重金属的析出规律影响各不相同，Ni是唯一没有检测到析出率的重金属，cr的析出率随着焚烧时间的增加而略有提高，Zn、Cu和Pb的析出率变化规律比较接近，析出率随着温度的增高而增大。虽然随着温度的升高cr的浸出浓度降低明显，但其最低值也要高出国家标准值，对于电镀污泥的焚烧灰渣仍需要进行进一步的处置。 对高热值的典型危险废物染料残渣进行试验研究和热力化学平衡计算的结果显示，对于染料残渣类高热值物料，当α>0.4时，600℃～900℃反应放热量基本可以维持自发进行，但为了使C尽可能的燃尽，实现废物的减量化目的，可以将一燃室内的α定在0.6以上，并保证物料在焚烧炉内有足够长的停留时间。反应中产生大量的酸性气体，s、Cl排放大大超过《危险废物焚烧污染控制标准》的排放标准，在处理的过程中必须进行脱硫脱氯措施；采用气化工况可以减少NO<,x>的大量释放，然后在二燃室鼓入空气进行补燃，补燃温度不低于1100℃。对于热值较高，成分复杂，高分子化合物多的危险废物，在回转窑内焚烧的时候，要注意加强此类危险废物与空气的混和，实现较高的危险废物破坏去除率(DRE)。 本文用示踪粒子法对物料颗粒在回转窑内的运动特性进行了试验研究，在试验数据的基础上，结合理论分析，建立了回转窑内物料颗粒运动特性的模型。对影响回转窑内物料颗粒运动特性的因素进行了试验研究，发现在较低的回转窑填充率工况下，给料速率F对固体物料平均停留时间MRT有着较大的影响，首次在现有的回转窑内固体物料平均停留时间MRT计算经验公式中加入了影响因子给料速率F的影响关系。应用最小均方差法对试验结果进行曲线拟合回归，得到了回转窑内固体物料平均停留时间的计算经验公式MRT=c<'1>·(l/πD)·n<'c2>·sin(θ<,d>)·[tanα+c<,3>·tan(β(F))·cos(θ<,d>)]<'-1>。通过与试验结果对比可知，该模型在较低转速的情况下，可以很好的预测回转窑内物料颗粒的平均停留时间MRT。 采用创新性的反应器模型，用气体浓度c和反应速率常数k作为考察参数来反映回转窑内的传质过程，以气固反应的基础理论为依据对回转窑内的传质过程进行的理论分析，建立了回转窑内物料颗粒的传质和传热模型。用反应动力学方法，建立了非活动层模型，推导出了气体体积流量的关系式，将料床有效系数η的概念引入回转窑物料料床中，将实际传质过程的反应速率转化为理想状态下整个料床处于最大气体浓度时反应速率与料床有效系数的乘积，将传质问题转化为料床有效系数的计算，简化了计算。在研究了活动层内颗粒运动的物理过程的基础上，求出了活动层厚度δ和形状的模型，然后利用这一模型估算出气体浓度分布，并最终确定了在给定回转窑转速、颗粒尺寸及料床厚度等参数时的有效传质系数κ<,s>。对活动层和非活动层边界处的气体浓度分布进行了建模，并以此作为活动层模型和非活动层模型的结合点，形成了回转窑内传质的综合模型。 在对回转窑内危险废物的焚烧、热解／气化等进行了基础研究的基础上，探讨了危险废物在回转窑内热解／气化、焚烧处理的可行性并以试验作了验证。本文最后一部分内容着重讨论针对危险废物(含医疗垃圾)的中小规模回转窑结合流化床多段焚烧处理工艺的设计方案，并结合实际工程应用实例，验证了方案的可行性。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

第二章典型危险废物的理化及热重特性

第三章电镀污泥的热处置特性研究

第四章染料残渣回转窑热解试验研究及热力化学平衡分析

第五章回转窑颗粒物料运动试验及模型

第六章回转窑内的传质模型

第七章危险回转窑焚烧系统应用方案

第八章全文总结

参考文献

符号说明

附录

作者在攻读博士期间发表（含录用）的学术论文

致谢