混合工业污泥热解及动力学特性实验研究.pdfVIP

中国工程热物理学会 燃烧学 学术会议论文 编号：084155 混合工业污泥热解及动力学特性实验研究 冉景煜 王裕明 牛立祥 胡建红 闫云飞 张力 （重庆大学动力工程学院，重庆 400030） 电话E-mail: ranjy@cqu.edu.cn 摘要：工业污泥中一般都含有大量的病原菌、寄生虫、致病微生物，以及砷、铜、铬、汞等重金属和 二恶英、放射性核素等难以降解的有毒有害物质，工业污泥处理与处置已成为我国突出的环境问题之 一。文中针对三种典型工业污泥（制药，造纸、啤酒）的工业污泥及其不同的质量混合比，采用热重 法研究了其单一及混合物的热解及动力学机理与特性，研究了其不同热解温度阶段的动力学参数，并 得到不同条件下的燃烧特征温度和特征指数，制药，造纸、啤酒工业污泥在低温区、中温区、高温区 的热解反应级数分别为1.5、2、1。研究结果可为进一步研究工业污泥的燃烧过程，为污泥焚烧设备的 设计、运行以及燃烧工况的组织提供指导。 关键词：混合工业污泥；热解机理；动力学；实验研究 0 前言 工业污泥中一般都含有大量的病原菌、寄生虫、致病微生物，以及砷、铜、铬、汞 等重金属和二恶英、放射性核素等难以降解的有毒有害物质。由于污泥含水率高、体积 大，给堆放和运输带来困难。工业污泥如果处理不当或不规范处理，随处堆放或直接填 埋，将会对地下水、生态环境等造成二次污染，给生态造成破坏，如果开展综合利用， 则是宝贵的二次资源。因此，工业污泥处理与处置已成为我国突出的环境问题之一。目 前最常用的污泥处置方法有:土地填埋、投海、农用、热处理等，在所有的处理处置方 法中，污泥高温热解及焚烧处理技术具有污染少、减容减量程度大、并可同时以热源或 气源形式部分回收工业污泥中能量的特点，因而，被认为是对污泥处理最有效途径之一。 资料表明，到2005年，欧洲污泥焚烧化比率将达到38%[1]，但我国目前的污泥处理，特别 是利用其资源能源是微乎其微，因而应当加大对污泥处理（特别是焚烧及能源利用）的 理论和试验研究，争取尽快推广污泥的处理处置与利用方法。因而，进行工业污泥的热 解特性研究具有重要的实用意义和价值。 热重分析是用于研究固体化学反应特性的重要方法,它广泛的应用于固体反应特性 的研究[2-3]，污泥热解技术是指污泥在常压无氧或低于理论氧气量的条件下加热干燥污 泥至一定温度(高温:500℃~1000℃，低温:500℃)，由于干馏和热分解作用将污泥中的 脂类和蛋白质转变成碳氢化合物，最终产物为油、反应水、不凝性气体和炭四种，部分 产物的燃烧可作前置干燥与热解的热源，剩余能量以油的形式回收[4~5]。无氧热分解可 促使污泥中有机物发生还原作用，产生可供回收利用的低碳石化燃料，如甲烷或乙烷等 [6]。目前，目前国内外采用热重法对污泥的热解和燃烧机理及动力学特性有了一定研究 [7、8、9-12] ，如冉景煜等[13-16] ，王红等人[17]应用TGA-FTIR对比分析了城市污泥与煤的热解 特性，研究发现污泥中挥发分在某一温度时大量而迅速地析出，且需要采用不同的机理 基金项目：重庆市自然科学基金 CSTC, 2007BB7181 来描述它的热解动力学过程。蒋旭光等人[18]采用差示热天平获得造纸污泥和城市污水处 理厂污泥的TG，DTG，DTA 曲线，对污泥燃烧的物理化学过程进行了详细分析，认为污 泥的整个燃烧过程可分三个阶段。蒋旭光等人[19]采用异重流化床燃烧技术，在一内径为 Φ60mm的小型热态流化床上进行了污泥的凝聚结团特性及燃烧特性试验，得到了污泥在 异重流化床炉内的水分蒸发及挥发分析出过程。对不同污泥燃烧过程的可用能进行分 析。何晶晶等人[20]依据对城市污水厂污泥低温热化学转化(热解) 反应机理研究的结果， 提出了污泥热解反应的二级串联竞争反应模式。汪恂[16]对城市污水厂污泥低温热解进行 了试验究，结果表明它能有效去除污泥中的污染物质，同时污泥热解的产物还可作为能 源加以回收。Font[21]等人分析比较了7种污泥的热重曲线, 指出具有不同理化性质的污 泥在燃烧过程中表现出很大的差异。Otero[22]等人分析了3种不同类型污泥的燃烧过程,