中小型污水厂剩余污泥合成燃料的实验研究

论文摘要

近年来,针对污泥资源化、无害化处理成为研究的热点问题。污泥燃料化处置技术具有污染少、减容效果好并可以利用污泥中能量的特点,被认为是对污泥处理最有效途径之一。本文在对三峡库区典型城镇中小型污水厂剩余污泥的性质以及目前处理处置中存在的问题进行分析之后,提出可将剩余污泥用于合成燃料,灰渣用于建材的资源化处理思路,在此思路下,对污泥与煤混合合成燃料的燃烧特性、配比和合成工艺等方面进行了初步研究,取得了一些主要结论。①城镇污水厂剩余污泥干燥试样的挥发份46.45%,灰分49.00%,固定碳1.56%,水分2.99%,具有典型的高挥发份、高灰分和低固定碳的特点;实验煤粉试样则具有高固定碳、低灰分的特点。与煤样发热量为26440 kJ/kg相比,污泥的发热量为9373 kJ/kg,约为实验用煤粉的35%。实验所用剩余污泥干燥后相当于一种低热值的劣质燃料,其发热量完全可以达到燃烧要求。②利用热重法研究了城市剩余污泥单一及按不同质量比与煤粉混合后的燃烧特性和机理,分析了不同的污泥和煤的掺混比例对混合燃烧特性的影响,求解混合燃烧的动力学方程。结果表明,污泥和煤的混合试样燃烧基本上保持了各自的燃烧特性,挥发份的析出温度低于固定碳的析出温度,使得在煤样中加入污泥后,混合试样的着火温度和燃尽温度有所提前,但燃烧的剧烈程度和综合燃烧性能有所下降;在污泥掺加量较少(20%~30%)的时候,混合燃烧的燃烧特性在某些方面优于煤单独燃烧特性,而综合燃烧性能下降6.42%~7.17%。污泥与煤混合试样的燃烧反应服从燃烧动力学方程表征规律,不同的温度阶段可以用不同的一级反应来描述。③利用自行设计的污泥合成燃料成型模具,通过设计正交实验,制备污泥型煤燃料,确定各影响因素的显著性,寻求最佳的合成燃料配方。正交实验分析表明,影响跌落强度的各因素主次顺序为压力>水分>直径。确定的最优污泥型煤方案为:成型压力30MPa,混合物料含水率15%,污泥型煤直径25mm,污泥的掺混比例20%,粘土含量5%,Ca(OH)2含量5%。此种配方下“污泥合成型煤”的着火点为380℃,热值为19117kJ/kg,满足燃料的热值要求。④污泥型煤燃料技术与污泥填埋处理费用的对比结果表明:污泥合成型煤燃料使污泥综合处理成本下降74%,有良好的经济效益。此外,利用污泥制备燃料,减少了污泥中有毒有害物质的二次污染,也有效利用了污泥中的发热量,有较好的环境效益和社会效益。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 城镇污水厂污泥问题概述
• 1.1.1 污泥性质与危害
• 1.1.2 我国城镇污水厂污泥问题
• 1.2 国内外污泥处理处置技术
• 1.2.1 污泥的处理
• 1.2.2 污泥的处置
• 1.2.3 污泥的其他处置方法
• 1.2.4 污泥问题解决途径及趋势
• 1.3 污泥燃料化技术研究进展
• 1.3.1 国外污泥燃料化技术的发展
• 1.3.2 国内污泥燃料化应用
• 1.3.3 污泥燃料化研究存在的问题
• 1.4 课题提出背景
• 1.5 研究目的、内容和技术路线
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究内容
• 1.5.3 技术路线
• 1.6 研究成果预期的经济、社会效益
• 2 研究和分析方法
• 2.1 论文中涉及的术语介绍
• 2.2 污泥样品及仪器
• 2.2.1 实验样品
• 2.2.2 实验仪器及设备
• 2.2.3 实验取样方法
• 2.3 指标分析方法
• 2.3.1 水分测定
• 2.3.2 灰分、挥发份测定
• 2.3.3 元素分析
• 2.3.4 热值测定
• 3 污泥燃烧特性实验研究
• 3.1 研究目的和内容
• 3.1.1 研究目的
• 3.1.2 研究内容
• 3.2 材料、方法和步骤
• 3.2.1 材料
• 3.2.2 方法
• 3.2.3 步骤
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 脱水污泥成分组成分析
• 3.3.2 污泥的工业分析
• 3.3.3 污泥的元素分析
• 3.3.4 污泥热值分析
• 3.4 燃烧影响因素
• 3.5 小结
• 4 污泥与煤粉混合燃烧研究
• 4.1 研究目的和内容
• 4.1.1 目的
• 4.1.2 内容
• 4.2 材料和方法
• 4.2.1 样品的制备
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 热重分析方法简述
• 4.3 单一样品热重分析
• 4.4 混合样品热重分析
• 4.4.1 曲线分析
• 4.4.2 燃烧特性指数分析
• 4.5 混合样品燃烧反应动力学
• 4.5.1 动力学模型的建立
• 4.5.2 反应动力学分析
• 4.6 小结
• 5 污泥合成燃料技术研究
• 5.1 研究目的和内容
• 5.1.1 目的
• 5.1.2 内容
• 5.2 材料和方法
• 5.2.1 研究材料
• 5.2.2 实验仪器
• 5.2.3 污泥型煤技术指标
• 5.2.4 污泥型煤的制备工艺流程
• 5.2.5 污泥型煤配比及强度分析实验设计
• 5.2.6 污泥型煤燃烧性能研究
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 污泥型煤影响指标分析
• 5.3.2 污泥合成燃料燃烧结果
• 5.3.3 污泥合成燃料最佳工艺方案选择
• 5.4 污泥合成燃料污染评价和成本效益分析
• 5.4.1 污泥合成燃料污染评价
• 5.4.2 污泥型煤技术应用的成本效益分析
• 5.5 小结
• 6 结论及建议
• 6.1 结论
• 6.2 存在的问题及建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录