生活垃圾燃烧过程中烟气污染物排放及控制实验研究

摘要

城市生活垃圾(MSW)处理问题受到全社会共同关注，不处理或者处理不当的城市生活垃圾都会带来严重的环境污染甚至人体伤害，对其合理有效处理、避免污染是环保要求。当前实现城市生活垃圾无害化处理方式主要有卫生填埋、焚烧、堆肥三种技术。焚烧被认为是最契合城市生活垃圾处理“减量化”、“无害化”和“资源化”要求的处理方法，逐渐成为我国处理垃圾的主流方式。降低垃圾焚烧过程中产生的二次污染是焚烧技术推广应用的关键。本文对垃圾焚烧过程中气体污染物SO2、NOx及CO的排放和控制技术进行了实验研究。
　　本文通过化学热力学分析讨论了碳酸钙固硫的相关特性，包括碳酸钙高温煅烧分解反应、间接固硫反应和直接固硫反应。通过计算化学反应吉布斯自由能变化(△G)，确定了碳酸钙发生分解反应的温度为846.85℃，为后面的实验设计提供基础。
　　本文在实验室管式炉上进行了生活垃圾燃烧实验和垃圾燃烧过程中常规碳酸钙与纳米碳酸钙固硫特性对比实验研究，研究分析了燃烧反应温度、Ca/S摩尔比对两种固硫剂的固硫效果的影响。在焚烧过程中硫的转化率低于35％，高温能促进活垃圾中硫以二氧化硫的形式析出。同温下，纳米碳酸钙的固硫效率要远大于常规碳酸钙的固硫效率，950℃时，常规碳酸钙的固硫率达到最大值为71.97％;纳米碳酸钙固硫率在燃烧反应温度高于850℃，固硫效率能达到80％以上。增大Ca/S摩尔比可以有效提高两者固硫效率，添加常规碳酸钙固硫剂用量时，应将Ca/S摩尔比控制在3.6∶1左右;而纳米碳酸钙固硫剂用量则以Ca/S摩尔比在1.8∶1左右为宜。
　　本文在实验室恒温燃烧试验平台上进行了城市生活垃圾燃烧实验，研究了燃烧反应温度和空气流量对实验垃圾样品燃烧过程中CO和NOx的排放特征的影响。CO排放趋势呈先增后减的单峰曲线形态;燃烧温度升高，平均浓度和峰值浓度先减小后增大，峰值前移，燃尽时间减小;空气流量增大，平均浓度和峰值浓度减小，峰值后移，燃尽时间增大;NOx排放趋势呈增大-减小-增大-减小的双峰曲线形态;燃烧温度升高，平均浓度和峰值浓度增加;空气流量增大，NOx峰值浓度和平均浓度增加。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 城市生活垃圾污染问题及处理方法

1．2．1 城市生活垃圾污染问题

1．2．2 城市生活垃圾处理方法

1．2．3 我国城市生活垃圾无害化处理现状

1．2．4 国外城市生活垃圾处理现状

1．3 城市生活垃圾焚烧处理技术分析

1．3．1 焚烧技术的发展历程

1．3．2 焚烧炉技术比较

1．4 城市生活垃圾焚烧过程中二次污染物排放

1．4．1 二氧化硫产生机理和危害

1．4．2 氯化氢产生机理和危害

1．4．3 氮氧化物产生机理和危害

1．5 课题来源及研究内容

1．5．1 课题来源

1．5．2 本文的主要工作及研究内容

第二章 碳酸钙固硫反应热力学分析

2．1 固硫剂研究现状

2．2 碳酸钙分解的热力学分析

2．3 碳酸钙固硫反应热力学分析

2．3．1 间接固硫的化学热力学分析

2．3．2 直接固硫反应的热力学分析

2．4 本章小结

第三章 城市生活垃圾焚烧过程中固硫特性实验研究

3．1 实验样品的制备

3．1．1 实验垃圾样品的制备

3．1．2 实验垃圾样品的工业分析和元素分析

3．2 实验装置及方法

3．2．1 实验设备

3．2．2 实验方法

3．3 生活垃圾燃烧二氧化硫析出特性研究

3．3．1 燃烧温度对二氧化硫析出率的影响

3．3．2 燃烧时间与二氧化硫析出浓度的关系

3．4 碳酸钙固硫特性研究

3．4．1 燃烧温度对两种碳酸钙固硫率的影响分析

3．4．2 Ca／S摩尔比对碳酸钙固硫率的影响分析

3．4．3 Ca／S摩尔比对SO2排放特性的影响

3．5 本章小结

第四章 城市生活垃圾燃烧过程中NOx和CO排放控制研究

4．1 氮氧化物控制技术

4．2 实验因素选取

4．3 实验设备与方法

4．3．1 实验设备及样品制备

4．3．2 数据采集和研究方法

4．4 一氧化碳排放特性分析

4．4．1 燃烧反应温度对CO排放特性的影响

4．4．2 空气流量对CO排放特性的影响

4．5 氮氧化物排放特性分析

4．5．1 燃烧反应温度对NOx排放特性的影响

4．5．2 空气流量对NOx排放特性的影响

4．6 本章小结

第五章 全文总结与研究展望

5．1 全文总结

5．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况