污泥水煤漿的燃燒固硫試驗研究

浙江大學(xué)學(xué)報(理學(xué)第37卷第4期Journal of Zhejiang University( Science Edition)VoL 37 No, 42010年7月http://www.journalszju.eduen/sciDOI:10.3785/j.issn.1008-9497.2010.04.022污泥水煤漿的燃燒固硫試驗研究胡勤海,朱建航,王丹,孟媛媛,武麗麗,羅彥章(漸江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院,浙江杭州310029)摘要:在管式固定床上進(jìn)行了污泥水煤漿的燃燒試驗,著(zhù)重研究了燃燒溫度、Ca/S摩爾比和固硫劑種類(lèi)等因素對污泥水煤漿燃燒固堿的影吻.結果表明:隨著(zhù)燃燒溫度的上升,污泥水媒漿的固硫車(chē)先升高后降低,在850℃時(shí)污泥水煤漿的圃硫奉明顯高于其他燃燒溫度條件下的國硫率.隨著(zhù)Ca/S摩爾比的增加,污泥水煤漿的固硫率呈明顯的上升趨勢,但是Ca/S摩爾比從1.5增加到2.0時(shí),其固硫率上升趨于平鹱,綜合考慮經(jīng)濟性因素,污泥水煤漿燃燒固硫的優(yōu)化鈣硫摩爾比應為1.5,污泥水煤漿燃燒時(shí)SO2析出規律與Ca(OH)2的分解規律相對比較一致,因此,Ca(OH)2的固硫效果優(yōu)于CaCO3,試驗為污泥水煤漿的工業(yè)化應用提供了理論基礎關(guān)鑣詞:污泥;水煤漿;固硫;燃燒中圖分類(lèi)號:X705文賦標志碼:A文章編號:10089497(2010)04467-04HU Qin-hai, ZHU Jian-hang, WANG Dan, MENG Yuan-yuan, WU Li-li, LUO Yan-zhang (School of Environ-mental and Resource, Zhejiang University, Hangzhou 310029, China)Experimental study on combustion desulfurization of sludge coal water slurry. Journal of Zhejiang University( ScienceEdition),2010,37(4):467-470Abstract: Tests of combustion of sludge coal water slurry(S-CwS)were conducted in a fixed bed oven. Effects ofcombustion temperature, Ca/S molar ratio and desulfurizer kinds on desulfurization rate were investigated. Resultsshowed that when combustion temperature was raised, desulfurization rate increased at first and then decreased, anddesulfurization rate at the temperature of 850 t obviously was higher than that at other temperatures, With theincrease of Ca/S molar ratio, desulfurization rate increased obviously. However, desulfurization rate increased relatively slowly when Ca/S molar ratio increased from 1. 5 to 2. 0. The optimum Ca/S molar ratio of sludge coal waterslurry (S-Cws)should be 1. 5 when economic factor is taken into consideration. The desulfurization effect ofCa(OH), is better than that of CaCO, because the emission characteristics of SO, is consistent with the decomposition pattern of Ca(OH)t. The test provides a solid basis for the industrial application of sludge coal water slurry.Key Words; sludge; coal water slurry(CwS); desulfurization; combustion隨著(zhù)污水處理設施的普及和處理程度的深化,他輔助燃料混燒的方式進(jìn)行污泥的焚燒處理,相城市污水處理廠(chǎng)的污泥產(chǎn)量逐年迅速增長(cháng),如何妥對較高的投資和操作費用在一定程度上限制了污泥善處置這些污泥已成為全球共同關(guān)注的課題1.相焚燒的應用關(guān)學(xué)者對各種污泥處理技術(shù)展開(kāi)了廣泛的研相關(guān)學(xué)者對利用石油焦或造紙黑液摻制水煤漿究2-.污泥的焚燒處置具有減量化、無(wú)害化、資源以利用低品位能源和處理廢棄物展開(kāi)了廣泛的研化等顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)在歐美及日本等許多國家得到迅速究,并取得了較大的成果.筆者根據污泥含水率發(fā)展-η,但機械脫水污泥含水率髙,熱值較低,一高的特點(diǎn)和水煤漿的理化特性,提出了基于水煤漿般無(wú)法單獨穩定燃燒,因此通常采用污泥與煤或其技術(shù)的污泥資源化利用方法,即將污泥摻入煤粉中收稿日期:200909-15基金項目:浙江省科技廳科研項目(No.2007C23032)作者簡(jiǎn)介:胡勤海(1962一),男,副教授博士主要從事固體廢棄物資源化方面的研究浙江大學(xué)學(xué)報(理學(xué)版)第37卷研磨制成污泥水煤漿.根據筆者對污泥水煤漿成漿人空氣使其燃燒.并開(kāi)啟煙氣分析儀對煙氣中的性及燃燒動(dòng)力學(xué)特性的研究發(fā)現,當污泥質(zhì)量摻混SO2等氣體成分進(jìn)行分析.到達給定燃燒時(shí)間后,停比例不高于10%時(shí),污泥水煤漿的物理特性和熱力止加熱,并將瓷舟取出置于干燥皿中冷卻至常溫.學(xué)特性符合國家《水煤漿技術(shù)條件》(GB/T18855-2002)標準0.本文在上述研究的基礎上,進(jìn)一步研2結果與討論究污泥水煤漿的燃燒固硫特性,為污泥水煤漿技術(shù)的工業(yè)化應用提供參考依據2.1燃燒溫度對污泥水煤漿燃燒固硫的影響般而言,在煤粉燃燒過(guò)程中,隨著(zhù)燃燒溫度的試驗部分升高,其固硫率有所上升.但當燃燒溫度超過(guò)1000時(shí),CaO容易發(fā)生燒結現象,使其活性下降,固硫1.1試驗物料率降低.若燃燒溫度高于1200℃,則生成的硫酸試驗所用污泥水煤漿由山東微山煤,以及杭州鈣開(kāi)始大量分解固硫率進(jìn)一步降低.因此,煤粉四堡污水處理廠(chǎng)的中溫消化污泥和杭州七格污水處燃燒固硫存在一個(gè)最佳的燃燒溫度.水煤漿中含理廠(chǎng)的二沉池脫水污泥等按9:1質(zhì)量比根據濕法有30%左右的水分,燃燒溫度比煤粉低200℃左制漿工藝而制成所制得污泥水煤漿分別簡(jiǎn)稱(chēng)為四右,從而減少了固硫劑的燒結,有利于提高水煤漿堡污泥水煤漿( SB SCWS)和七格污泥水煤漿(QG的燃燒固硫率SCWS).四堡污泥水煤漿和七格污泥水煤漿的工污泥水煤漿燃燒固硫試驗結果如圖2~圖5所業(yè)分析及硫含量如表1所示由表可見(jiàn)四堡污泥水示,其中,圖2和3為添加固硫劑CaCO時(shí),燃燒溫煤漿的灰分略高于七格污泥水煤漿,而七格污泥水度和鈣硫摩爾比對四堡和七格污泥水煤漿燃燒固硫煤漿的固定碳含量略高于四堡污泥水煤漿率的影響圖4和5為添加固硫劑Ca(OH):時(shí),燃表1污泥水煤漿的工業(yè)分析及硫含量燒溫度和鈣硫摩爾比對四堡和七格污泥水煤漿燃燒able 1 Proximate analysis of sludge coal water slurry固硫率的影響燃燒溫度是影響污泥水煤漿燃燒固發(fā)熱量/硫的一個(gè)重要因素.由圖可見(jiàn),隨著(zhù)燃燒溫度從800工業(yè)分析/,ad(M·kg-)硫分℃上升至950℃,污泥水煤漿的燃燒固硫率呈現出水分灰分揮發(fā)份固定碳熱值Sd/明顯的先升高后降低的趨勢,而且850℃時(shí)污泥水M/%A/%V%F/%。αm%媒漿的燃燒固硫率明顯高于其他燃燒溫度條件下的微山煤6.2310.7931.6153.9320.812燃燒固硫率.如四堡污泥水煤漿添加碳酸鈣固硫劑四堡污泥5.257.3137.255.447.081.53七格污泥5.0155.4337.512.059.021.52且Ca/S比為2時(shí),在850℃時(shí)其固硫率達到了5506%,而在800、900、950℃時(shí),其固硫率均在45%1.2試驗裝置左右.究其原因,鈣基固硫劑受熱分解產(chǎn)生CaO,溫實(shí)驗在水平管式固定床上進(jìn)行,如圖1所示,整度過(guò)低不利于鈣基固硫劑的分解,溫度過(guò)高又會(huì )導熱氣瓶煙氣分析僅和控制面版等部分組成管式固定致固鏡劑因燒結而失去活性以及脫硫產(chǎn)物的分解床溫度調節范圍為室溫~1000℃,有效加熱段為800℃固硫劑CaCO300mm,實(shí)驗時(shí)每次精確稱(chēng)取0.5000g燃料于瓷舟中.在固定床達到設定溫度后把瓷舟推入中央,通數據采集流量計4圖2燃燒溫度和鈣硫摩爾比對四堡污泥水煤漿固定床反應器煙氣分析儀燃燒固硫的影響圖1固定床燃燒試驗裝置Fig 2 Effect of combustion temperature and Ca/sFig. 1 The combustion test device of fixed bedmolar ratio on desulfurization rate of SB S-cws第4期胡勤海等:污泥水煤漿的燃燒固硫試驗研究固硫劑CaCO鈣基固硫劑的基本原理就是通過(guò)CaO固體與SO2氣體反應生成鈣鹽而實(shí)現固硫的單純從化學(xué)反應本身來(lái)看,增加鈣硫摩爾比有利于反應向著(zhù)固硫反應方向進(jìn)行,鈣硫比越大,CaO與SO2接觸機會(huì )越多,固硫效果越好.但是當鈣硫摩爾比較髙時(shí),隨著(zhù)反應的進(jìn)行,不僅生成的CaSO4覆蓋在CaO表面,阻斷SO2氣體向CaO擴散的通道,而且由于Ca/=0 Ca/S=1 Ca/s=1.5 Ca/S-2生成的CaSO4體積膨脹,填滿(mǎn)CaO內的空隙,阻礙圖3燃燒溫度和鈣硫摩爾比對七格污泥水煤漿SO2向CaO內部擴散.因此,當鈣硫摩爾比較高時(shí),燃燒固硫影響進(jìn)一步增加鈣硫摩爾比,污泥水煤漿的燃燒固硫率Fig 3 Effect of combustion temperature and Ca/s上升趨于平緩.此外,CaCO3分解是一個(gè)吸熱反應,molar ratio on desulfurization rate of QG S-CwS過(guò)量的CaCO3會(huì )增加熱量損失和惡化污泥水煤漿2.2Ca/S摩爾比對污泥水煤漿燃燒固硫的影響燃燒,甚至可能會(huì )影響漿體的霧化燃燒,因此,在本Ca/S摩爾比是影響污泥水煤漿燃燒固硫的另文試驗條件下,污泥水煤漿燃燒固硫的最佳鈣硫摩個(gè)重要因素由圖2-5所示,隨著(zhù)Ca/S摩爾比爾比應該為1.5.從0增加到2,污泥水煤漿的燃燒固硫率呈現出先2.3固硫劑種類(lèi)對污泥水煤漿燃燒固硫的影響顯著(zhù)上升,后趨于平緩的趨勢.如七格污泥水煤漿添鈣基固硫劑種類(lèi)對四堡和七格污泥水煤漿燃燒加固硫劑Ca(OH)2且燃燒溫度為850℃時(shí),隨著(zhù)固硫率的影響如圖6和7所示由圖可見(jiàn),各工況條Ca/S摩爾比從0增加到1.5,固硫率從34.9%上升件下,Ca(OH)2的固硫效果略好于CaCO3,如四堡到512%,而進(jìn)一步增加Ca/S摩爾比至2時(shí),固污泥水煤漿燃燒溫度為850℃且Ca/s摩爾比為2硫率只上升到58.09%時(shí),Ca(OH)2的固硫率為59.06%,而CaCO3的固固硫劑Ca(OH2硫率為55.06%60cccO,燃燒溫度:850℃BCa(OH)圖4燃燒溫度和鈣硫摩爾比對四堡污泥水煤漿燃燒固硫的影響Ca/S=0 Ca/S=1 Cas=1.5 Ca/S=Fig 4 Effect of combustion temperature and Ca/s圖6固硫劑種類(lèi)對四堡污泥水煤漿固硫的影響molar ratio on desulfurization rate of SB sCwsFig 6 Effect of desulfurizer kinds on desulfurization rateof SB scws固硫劑Ca(OH950℃口CaCO,燃燒溫度:850℃Ca/S=0 Ca/S=1 Ca/S=1.5 Ca/ 2圖5燃燒溫度和鈣硫摩爾比對七格污泥水煤漿Ca/s=D Ca/S=l Ca/S-l.5 Ca/S燃燒固硫的影響圖7固硫劑種類(lèi)對七格污泥水煤漿固硫的影響Fig 5 Effect of combustion temperature and Ca/sFig. 7 Effect of desulfurizer kinds on desulfurization ratemolar ratio on desulfurization rate of QG S-CwSof QG scws470浙江大學(xué)學(xué)報(理學(xué)版)第37卷般而言,若污泥水煤漿燃燒時(shí)SO2析出規律cessing Technology, 2002, 75: 55-82.與鈣基固硫劑分解規律基本一致即可獲得最佳的固3] GUPTA R, GARGVK. Stabilization of primary sew硫效果.污泥水煤漿燃燒時(shí)硫分一般在400℃左右age sludge during vermicomposting]. J of Hazardous開(kāi)始析出,在470~520℃之間SO2的釋放量相對Materials,2008,153(3):1023-10較多,到540℃左右幾乎沒(méi)有硫分析出,碳酸鈣在[43cuH, NINOMIYA Y, MASUI M, et al. Funda-650℃時(shí)開(kāi)始分解800℃左右分解最劇烈,到840℃mental behaviors in combustion of raw sewage sludge[]. Energy Fuels,200620(1):77-83時(shí)基本上全部轉化為CaO.而氫氧化鈣在390℃開(kāi)始分解,可以使水煤漿燃燒時(shí)低溫析出的SO2及時(shí)[] SHAO J, LEED H,YANR,etl. Agglomerationharacteristics of sludge combustion in參與固硫反應.500℃左右時(shí)分解最劇烈,到540℃fluidized bed combustor [J]. Energy Fuels, 2007已基本分解完畢.因為Ca(OH)2是邊分解邊反應,(5):2608-261不斷有新的氣孔產(chǎn)生,有利于SO2向Ca(OH)2內[6]吳成軍,段鈺鋒趙長(cháng)遂等,循環(huán)流化床內污泥與煤混部擴散,另一方面,Ca(OH)2可直接與SO2反應生燒時(shí)汞的濃度和形態(tài)分布[J動(dòng)力工程,200828(2):成CaSO.因此,相同條件下Ca(OH)2的固硫率略308-313.高于CaCO3.wu Cheng-jun, DUAN Yu-feng, ZHAO Chang-suiet al. Distribution of mercury concentration and specia3結論tion during cocombustion of sludge and coal in circu-lating fluidized beds[J]. J of Power Engineering, 20083.1隨著(zhù)燃燒溫度的上升,污泥水煤漿的燃燒固硫28(2):308-313.率先升高后降低在850℃時(shí)污泥水煤漿的固硫率7] MILLER BB, KANDIYOTI R, DUGWELL D R,etal Trace element behavior during co-combustion of明顯高于其他燃燒溫度條件下的固硫率3.2隨著(zhù)Ca/S摩爾比的增加,污泥水煤漿的固硫sewage sludge with Polish coal [J]. Energy Fuels率呈明顯的上升趨勢,但是Ca/S摩爾比從1.5增[8]xURF,HEQH,CA1J,tl. Effects of chemicals加到2.0時(shí),其固硫率上升趨于平緩.綜合考慮其他and blending petroleum coke on the properties of low-因素,污泥水煤漿燃燒固硫的最佳鈣硫摩爾比應該rank Indonesian coal water mixtures[J]. Fuel Proces為1.5.Ing Technology, 2008, 89: 249-253.3.3污泥水煤漿燃燒時(shí)SO2析出規律與Ca(OH)2[9]蘭澤全,曹欣玉,周俊虎,等.黑液水煤漿燃燒固硫特性的分解規律相對比較一致,因此,Ca(OH)2的固硫及機理[].化工學(xué)報,2008,59(2):484-489效果略好于CaCO3.試驗為污泥水煤漿的工業(yè)化應LAN Ze-quan, CAO Xin-yu, ZHoU Jun-hu, et aL.用提供了理論基礎Desulfuration characteristics and mechanism of blackliquor coal slurry[J]. J of Chemical Industry and Engi參考文獻( References):neering,2008,59(2):484-489[10]胡勤海熊云龍,朱妙軍,等.城市污泥摻制水煤漿燃[I] OLESZKIEWICZ J A, MAVINIC D S. Wastewater燒動(dòng)力學(xué)特性[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2008,28(6):1149biosolids: an overview of processing, treatment andmanagement[J]. Canadian J of Civil EngineeringIONG Yunlong, ZHU Miaojun,et2001,28:102-114aL. Study on combustion kinetics of coal water slurry[2] DOGRU M, MIDILI A, HOWARTH Cprepared with sewage sludge [J]. Acta Scientiae Cir-Gasification of sewage sludge using a throated downconstantiae,2008,28(6):1149-1154.aintynalysis [J]. Fuel Pro(責任編輯涂紅)