德士古气化炉协同处置危险废物的污染物降解与排放研究

发布时间：2020-11-09 08:21

　　 工业窑炉协同处置技术是目前国内外危险废物处置利用的重要发展方向之一。德士古水煤浆气化炉(以下简称德士古气化炉)在甲醇生产及合成氨等工业过程中应用广泛,具有反应温度高、碳转化率高、合成气杂质少等优点,其内部的高温环境为协同处置危险废物提供了可能。我国清洁能源发展及工业生产上对该炉型的需求量持续增长,因此德士古气化炉协同处置危险废物的潜力对提高我国危险废物处置能力具有重要的现实意义。目前国内外尚没有关于德士古气化炉协同处置危险废物污染控制的相关研究,本文通过实验室模拟试验及现场工程试验对其协同处置危险废物过程进行研究,探究不同污染物在炉内的反应规律、排放特征和在不同释放途径中的分配规律,提出危险废物协同处置的污染控制要求。研究结果表明:(1)德士古气化炉协同处置危险废物过程中,气化炉内温度始终维持在1330-1350℃,对水煤浆气化过程无显著影响。在空白工况(原煤配制水煤浆生产工况)及协同处置工况下(有机和重金属标识剂配制水煤浆工况),气化炉内压力始终处于1.0-1.3 MPa之间,产气量稳定在12000-14000 Nm~3/h之间,协同处置危险废物过程对气化炉工况稳定性无显著影响。(2)以对二氯苯作为有机标识剂在德士古气化炉内进行协同处置,对文丘里出口合成气、脱硫塔入口合成气、脱硫塔出口合成气、高温黑水闪蒸气、脱硫液再生槽排气、合成氨贮存槽排气、炭黑、残渣、回用水中对二氯苯含量进行检测并计算有机污染物的焚毁率,其结果大于98%,说明气化炉内温度可以使有机污染物得到较为彻底的降解。(3)德士古气化炉协同处置危险废物过程没有增加二噁英的排放风险。高温黑水闪蒸气、脱硫液再生槽排气、炭黑、残渣及回用水中二噁英含量均远低于国内外现有相关标准限值。协同处置危险废物过程没有改变二噁英在废水、废气及固体废物中的分配趋势。其中13%-16.37%PCDDs分配在废气中,0.91%-0.99%分配在废水中,82.65%-86.09%分配在固体废物中。对于PCDFs则有6.10%-22.95%分配在废气中,0.59%-0.80%分配在废水中,76.45%-93.10%分配在固体废物中。液相中二噁英含量很低,二噁英更易分配在气相及固相中,在固相中的分配量远高于气相中分配量。(4)德士古气化炉协同处置危险废物过程没有增加多环芳烃的排放风险。在空白工况及协同处置工况下,高温黑水闪蒸气及回用水中多环芳烃含量均高于相关标准限值,需加以处置后方可排放。协同处置危险废物过程没有改变不同分子量的多环芳烃在废水、废气及固体废物中的分配趋势。其中2-3环多环芳烃有92.96%-93.68%分配在废气中,4环多环芳烃有50.84%-71.66%分配在固体废物中,5-6环多环芳烃有85.3%-86.77%分配在固体废物中。废气中低分子量多环芳烃(2-3环)所占比例较高,而在固体废物中,中高分子量多环芳烃(4环,5-6环)所占比例较大,废水中多环芳烃含量总体较低。(5)德士古气化炉协同处置危险废物过程没有增加重金属的排放风险。重金属主要分配在残渣、炭黑以及回用水中,废气中重金属的排放风险不大。其中17.36%-40%的半挥发性重金属分布在残渣及炭黑中,13.6%-19.3%的半挥发性重金属分布在回用水中;挥发性重金属主要分布在炭黑及合成气中,分配比例分别为81.3%和28.9%;其它重金属也主要分配在残渣和炭黑中,分配比例分别为4%-97%和11%-88%。综上,德士古气化炉协同处置危险废物过程未增加各污染物排放风险,且该过程有机物降解较为彻底。德士古气化炉具有可处置含水率较高的废物的优势,未来有可能在处置污泥、煤液化残渣等废物领域得到更为广泛的应用。
【学位单位】：中国环境科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X705
【部分图文】：

第一章 绪 论适当粒度分布的水煤浆，合格的水煤浆由低压煤浆泵送人煤浆槽中。（2）合成气系统：水煤浆经高压煤浆泵加压后与高压氧气经德士古烧嘴混合后呈雾状喷入气化炉燃烧室，在燃烧室中进行复杂的气化反应，生成的合成气和熔渣经激冷环及下降管进人气化炉激冷室冷却，冷却后的合成气经洗涤变换后进入后续合成工序，熔渣落入激冷室底部冷却、固化，定期排出。（3）烧嘴冷却系统：烧嘴能将利用高速氧气流的动能将水煤浆充分混合雾化，在炉内形成一股稳定火焰，利于气化反应。由于德士古烧嘴插入气化炉燃烧室中，承受 1400℃左右的高温，为了防止烧嘴损坏，在烧嘴外侧多设置盘管式或夹套式冷却系统。（4）锁斗系统：落入激冷室底部的固态熔渣，经锁斗系统完成清洗、排渣、收渣等过程，由锁斗程序自动控制。循环时间一般为 30 min，也可根据具体情况设定定期收集并排出炉渣。（5）闪蒸及水处理系统：气化炉和洗涤塔排出的含固量较高黑水，首先送入高压、真空闪蒸系统进行减压闪蒸，以降低黑水温度，释放溶性气体及浓缩黑水，经闪蒸后的黑水含固量进一步提高，送往沉降槽澄清，滤清后的水循环使用或经处理后达标排放[76-77]。

第一章 绪 论适当粒度分布的水煤浆，合格的水煤浆由低压煤浆泵送人煤浆槽中。（2）合成气系统：水煤浆经高压煤浆泵加压后与高压氧气经德士古烧嘴混合后呈雾状喷入气化炉燃烧室，在燃烧室中进行复杂的气化反应，生成的合成气和熔渣经激冷环及下降管进人气化炉激冷室冷却，冷却后的合成气经洗涤变换后进入后续合成工序，熔渣落入激冷室底部冷却、固化，定期排出。（3）烧嘴冷却系统：烧嘴能将利用高速氧气流的动能将水煤浆充分混合雾化，在炉内形成一股稳定火焰，利于气化反应。由于德士古烧嘴插入气化炉燃烧室中，承受 1400℃左右的高温，为了防止烧嘴损坏，在烧嘴外侧多设置盘管式或夹套式冷却系统。（4）锁斗系统：落入激冷室底部的固态熔渣，经锁斗系统完成清洗、排渣、收渣等过程，由锁斗程序自动控制。循环时间一般为 30 min，也可根据具体情况设定定期收集并排出炉渣。（5）闪蒸及水处理系统：气化炉和洗涤塔排出的含固量较高黑水，首先送入高压、真空闪蒸系统进行减压闪蒸，以降低黑水温度，释放溶性气体及浓缩黑水，经闪蒸后的黑水含固量进一步提高，送往沉降槽澄清，滤清后的水循环使用或经处理后达标排放[76-77]。

1.3 德士古水煤浆气化炉热工特性及气化原理研究1.3.1 德士古水煤浆气化炉热工特性研究采用 Fluent 软件对德士古水煤浆气化炉内部流场进行模拟，通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和传热等相关物理现象的系统所做了分析。结果表明：（1）氧气进入喷口后经过喷口加速，以很高的速度喷射而出，此区域即气化炉挥发份燃烧区温度相对较高在 1600℃，气化区域温度保持在 1300-1400℃左右（图 1.3）。（2）氢气主要在挥发份将氧气消耗完毕后，发生水煤气化区域生成，出口比例在 32%左右（图 1.4）。（3）二氧化碳在挥发分燃烧阶段产生，生成量在 10%左右，在焦炭还原阶段被消耗，出口分数在 10%左右（图 1.5）。（4）一氧化碳是煤气化的主要产物，在焦炭还原阶段大量生成，出口分数为 48%左右（图 1.6）。（5）中心喷口和环氧喷口喷入 99%的纯氧，在挥发份燃烧阶段被消耗殆尽，整个焦炭还原过程在缺氧混环境下进行（图 1.7）。因此，气化过程中氧化性气氛反应过程仅有很短的时间，大部分反应在一氧化碳和氢气存在下的还原性气氛下进行。气化区域温度始终维持在1300-1400℃左右，有效气体（CO+H2）成分含量达到 80%以上。
【参考文献】

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本文编号：2876152