针对我国日益迫切的污泥处置压力，本文基于减量化、无害化、稳定化、资源化的原则，采用化学链技术来处置污泥。与传统的污泥热处理方式相比，化学链技术具有更高的能源利用效率，并能有效抑制NOx和二噁英的生成，实现CO2高浓度富集。该技术通过载氧体在两个反应器（空气反应器和燃料反应器）之间的交替循环来实现氧的转移，避免污泥与空气直接接触。污泥的氮含量很高，焚烧过程中会产生大量的氮氧化物。目前关于污泥化学链燃烧过程中氮氧化物的释放特性鲜有研究。因此，本文基于化学链燃烧/气化技术的基本原理，以初步探明污泥化学链燃烧/气化过程中的燃烧特性和燃料氮的迁移规律为目的，在小型流化床反应器上进行了一系列实验研究。
针对污泥气化过程碳转化率低以及气化效果差等特点，开展了基于赤铁矿载氧体的污泥气化特性研究，考察气化反应温度、水蒸气浓度、O/C摩尔比和循环次数对污泥气化特性和NO的排放特性的影响。结果表明，与石英砂为床料相比，赤铁矿能显著改善污泥的气化效果，提高气化过程中的碳转化率和气化速率。气化温度的升高，水蒸气浓度的增加以及O/C摩尔比的提升均显著提高污泥的碳转化率、气化速率以及合成气（CO和H2）的总体积。但合成气中CO和H2的累积浓度只随气化温度的升高而增加。随着气化反应温度的升高，NO生成率逐渐增加;但水蒸气浓度的增加显著降低NO生成率。
针对污泥焚烧过程中污染物排放量高等特点，在小型流化床上开展了采用化学链燃烧技术处置污泥的实验研究，考察燃料反应器温度、水蒸气和污泥的质量比率和循环次数对污泥化学链燃烧特性和NO的排放特性的影响。结果表明，燃料反应器温度的提高以及水蒸气流量的增加均提高污泥的碳转化率，气体产物中CO2的累积浓度升高，CO和CH4的累积浓度降低。在污泥化学链燃烧过程中，NO排放主要来源于挥发分氮;随着温度的升高，NO排放随时间变化的浓度峰值不断升高，达到峰值的时间减少，NO生成率逐渐增加。水蒸气流量的增加，促进了气化反应以及水气变换反应，NO生成率下降。在10次循环反应实验后，赤铁矿反应活性略微下降，碳转化率略有降低，NO生成率降低。载氧体表面出现轻微的烧结现象。
针对基于赤铁矿载氧体的污泥化学链燃烧过程中碳转化率较低的特点，提出采用高铝水泥来修饰赤铁矿提高污泥碳转化率。研究结果表明，添加水泥后载氧体反应活性显著增强，燃料反应器内气体产物中可燃气体的含量降低，污泥气化速率和碳转化率均提高，同时NO的排放量升高。温度的提高以及水蒸气流量的增加均导致了CO2的累积浓度升高，CO和CH4的累积浓度降低，碳转化率提高。水泥中的氧化钙会促进NH3和NO的生成，随着氧化钙负载量的增加，NO生成率不断提高。反应温度的升高，使得NO的浓度峰值逐渐升高，NO生成率增加。而随着水蒸气和污泥的质量比率的增加，促进了水气变换反应，还原性气氛增强，NO生成率下降。改性后载氧体未出现烧结现象，体现了良好的反应性能和抗磨损能力。
- 作 者：
- 陈倩文
- 学科专业：
- 动力工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 东南大学
- 导师姓名：
- 沈来宏高小涛
- 学位年度：
- 2016
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
