典型危险废物回转窑热处置特性和技术研究

论文摘要

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dα／dt=K(1—α)~n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NRT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

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• §1.引言
• §2.危险废物对人类生存环境的威胁
• 2.1 什么是危险废物
• 2.2 危险废物的鉴别和分类
• 2.3 危险废物对人类生存环境的威胁
• §3.危险废物的无害化处理
• §4.目前国内外危险废物处置现状
• 4.1 发达国家危险废物处置现状
• 4.2 我国危险废物处置现状
• §5.回转窑焚烧炉在危险废物处置中的应用
• 5.1 国内外对危险废物焚烧处理技术的研究综述
• 5.2 回转窑作为热解和气化炉的应用评述
• §6.本课题的选题背景和意义
• 本文研究内容和方法
• 第二章 典型危险废物的理化及热处置特性
• §1.引言
• §2.典型危险废物的理化特性及成分分析
• 2.1 典型危险废物理化特性
• 2.2 危险废物工业、元素分析
• 2.3 危险废物重金属含量及氯含量
• §3.典型危险废物的热重特性研究
• 3.1 典型危险废物的热重特性分析
• 3.2 试验装置和试验方法
• 3.3 试验结果与讨论
• 3.4 典型危险废物表观热动力学参数
• §4.本章小结
• 第三章 典型危险废物电镀污泥的热处置特性
• §1.引言
• §2.电镀污泥热处置特性研究
• 2.1 试验物料的选取
• 2.2 试验装置与试验方法
• 2.3 试验结果与讨论
• §3.焚烧对重金属分布的影响
• 3.1 焚烧对重金属迁移规律的影响
• 3.2 焚烧对重金属浸出规律的影响
• §4.电镀污泥焚烧灰渣的电镜、XRD、能谱分析
• 4.1 场发射扫描电镜FSEM结果与分析
• 4.2 能谱与XRD晶相分析结果与讨论
• §5.本章小结
• 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
• §1.引言
• §2.连续给料回转窑热解、焚烧试验装置
• §3.染料残渣回转窑内热解试验研究
• §4.染料残渣热处置热力化学平衡分析
• 4.1 热力化学平衡分析原理
• 4.2 热力化学平衡分析方法
• 4.3 热力化学平衡计算过程
• 4.4 热力化学平衡计算结果与分析
• §5.本章小结
• 第五章 低填充率回转窑物料运动试验及模型
• §1.引言
• §2.低填充率回转窑物料运动特性试验
• 2.1 试验目的
• 2.2 试验物料的选取
• 2.3 试验装置及试验方法
• 2.4 回转窑操作条件对停留时间和填充率的影响
• §3.回转窑内物料运动模型
• 3.1 连续体假设物理模型
• 3.2 轴向扩散模型
• 3.3 颗粒轨迹模型
• 3.4 MRT的计算经验公式
• 3.5 MRT、RTD模型预测结果与讨论
• §4.本章小结
• 第六章 回转窑内的传质模型
• §1.引言
• §2.回转窑内传质的非活动层模型
• 2.1 非活动层模型的推导
• 2.2 快速反应非活动层内的扩散效应
• §3.回转窑内传质的活动层模型
• 3.1 活动层形状的推导
• 3.2 活动层内的分散效应
• 3.3 活动层内的传质
• §4.回转窑内传质的综合模型
• §5.本章小结
• 第七章 危险废物回转窑焚烧系统应用方案
• §1.引言
• §2.危险废物回转窑焚烧处理系统方案
• §3.工程实际案例-医疗废物回转窑焚烧系统
• §4.工程实际案例-工业危险废物焚烧处置中心
• §5.本章小结
• 第八章 全文总结
• 本文的主要工作和结论
• 创新之处
• 工作展望
• 参考文献
• 符号说明
• 附录
• 致谢