污泥在水泥窑中焚烧处理的基础问题研究

摘要

利用水泥回转窑处理废弃物正日益得到全球水泥行业的关注。本文以城市污泥和电镀污泥为研究对象,结合水泥窑工艺特点,分析了污泥的特性、对熟料结构和组成的影响和污泥中的重金属元素在水泥熟料形成过程的作用等与污泥在水泥窑中焚烧处理相关的问题,得出以下主要结论： 1、与水泥窑处置污泥相关的污泥的理化性质：城市污泥和电镀污泥含水率均较高,防止污泥入窑后强烈脱水吸热破坏窑系统的热平衡,污泥入窑前必须干化,干化工艺可选择废气烘干工艺或者流态化焚烧炉工艺；高热值的城市污泥可以替代部分燃料,其焚烧残渣可以代替粘土质原料,电镀污泥4＃可以代替铁质原料进行配料煅烧水泥熟料；污泥的热解过程大体上分为三个阶段,第一个阶段为水分析出阶段；第二阶段为有机物为主的挥发分析出阶段；第三阶段为无机物和残留有机物分解阶段。 2、污泥的焚烧特性：低温时污泥失重比较大,高温时失重趋于平缓；Ni和Cr属于难挥发的重金属,在水泥窑中通过固相反应或液相烧结进入到熟料晶格中,但过量Cr会导致C3S的分解；不易挥发的重金属Zn和Pb容易形成硫酸盐和氯化物,在窑和预热器系统内形成内循环；Cd、As和Hg容易挥发,在水泥窑中主要存在于烟气中,容易造成排放污染；污泥焚烧过程中矿物组成和化学组成的变化主要是因为在低温稳定的盐高温发生了分解；随着焚烧温度的升高,污泥灰渣的结构呈疏松状,并在狄渣表面形成气孔。 3、污泥替代水泥原料：选定三组配料率值(KH=0.91,SM=2.6,IM=1.6、KH=0.94,SM=2.7,IM=1.6和KH=0.97,SM=2.6,IM=1.6)煅烧熟料。城市污泥和电镀污泥4＃的最佳掺量分别为15％～20％和1.91％,随着饱和系数的提高,生料易烧性有所下降。由于污泥的掺加引入了大量的微量元素,与空白样相比,生料的易烧性均得到一定的改善,污泥熟料的形貌也稍好。重金属元素在实验室模拟煅烧条件下的固化率分别为(％):Cr 86.12;Cd 80.4;Ni 84.0;Co 80.45;Cu81.8；Zn 70.1；Pb 80.4。

目录

文摘

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第1章绪论

1.1选题背景

1.2污泥及利用现状

1.2.1污泥的来源及分类

1.2.2污泥对环境的危害

1.2.3国内外污泥处置现状

1.3利用水泥窑处理污泥的研究进展

1.4课题的研究意义

1.5研究内容

第2章原材料和实验方法

2.1实验原材料

2.1.1实验原材料及化学成分分析

2.1.2原料的制备

2.2实验所用仪器

第3章污泥的理化性质

3.1引言

3.2污泥的成分分析

3.2.1污泥的工业、元素分析

3.2.2污泥的化学成分

3.2.3污泥的矿物组成分析

3.3污泥的热分析

3.3.1测试方法

3.3.2实验结果

3.3.3结果分析

3.4本章小结

第4章污泥的焚烧特性研究

4.1引言

4.2实验方法

4.3污泥的失重特性

4.3.1实验物料的选取

4.3.2实验结果

4.3.3结果分析

4.4污泥焚烧过程中重金属迁移行为的研究

4.4.1测试结果

4.4.2结果分析

4.5焚烧过程中残留物的组成与结构

4.5.1污泥焚烧灰渣的矿物组成

4.5.2污泥焚烧灰渣的化学组成

4.5.3污泥焚烧灰渣的微观结构分析

4.6本章小结

第5章污泥替代水泥原料的研究

5.1引言

5.2熟料制备

5.2.1熟料率值的确定

5.2.2生料的配料

5.2.3熟料煅烧方法

5.3城市污泥替代硅质原料

5.3.1污泥熟料中游离氧化钙(f-CaO)测试

5.3.2污泥熟料的矿物相分析

5.3.3重金属在污泥熟料中的固化率

5.3.4污泥熟料岩相分析

5.4电镀污泥4#替代铁质原料

5.4.1污泥熟料中游离氧化钙(f-CaO)测试

5.4.2污泥熟料矿物相分析

5.4.3污泥熟料岩相分析

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致 谢