典型危险废物在两段式回转窑焚烧系统内的热处置和结渣特性研究及其应用

发布时间：2020-05-22 16:34

【摘要】：我国2009年的危险废物产生量达到1430万吨,由于危险废物形态复杂,回转窑焚烧是一种比较适宜的安全处置方式。目前对危险废物焚烧特性、灰渣特性的研究尚不深入,回转窑焚烧系统在运行过程中缺乏必要的指导,在实际应用中出现了危险废物焚烧效果不佳、回转窑内结渣、耐火材料腐蚀、污染物排放不达标等问题。依托国家高技术研究发展计划(863计划)重点项目课题“危险废物焚烧系统关键技术与示范”(2007AA061302)和浙江省重大科技专项“工业危险废物新型回转窑集成系统处置技术示范工程”(2007C13084),本文对几种典型危险废物的热解、燃烧特性开展了基础研究工作,并对危险废物焚烧处置工程应用进行试验研究,为现有的危险废物热处置研究提供有益的补充,为回转窑危险废物焚烧系统的运行优化提供支持。本文首先运用化学热力学平衡模拟和试验研究对危险废物在不同热处置条件下的气体生成特性进行了研究。研究发现,危险废物热解产物主要是H20、C2H4、C2H2、H2和CO,随着温度的升高,热解气态产物出现进一步分解。在较低的过量空气系数条件下,危险废物的气化产物主要是CO、H2O、H2、和CH4,研究发现,少量O2有利于危险废物在热分解过程中CH4、H2和CO的生成。在危险废物热处置过程中,绝大部分C1元素在300-600℃之间以HCl的形式释放析出,危险废物焚烧过程中,S02是最主要的含S污染物。利用热重-红外分析方法进行实验研究和动力学分析表明,危险废物燃烧过程的挥发份析出阶段与其热解过程的挥发份析出阶段具有相似的热分解特性,而氧气对危险废物的热分解具有明显的促进作用,使热分解温度提前,表观活化能降低。研究发现,危险废物热解气态产物的析出主要集中在200-500℃之间,大部分危险废物在700℃之前燃烬。高挥发份危险废物的热解气态产物析出较为集中,析出气体具有较高的浓度；高氮含量有机危险废物热解气中含有大量的HNCO,高硫危险废物热处置过程中的主要气态污染物是S02。有机化工污泥的固定碳燃烧阶段持续时间相对较长,且大部分失重都在固定碳燃烧阶段完成。实验研究发现,升温速率的提高对危险废物热解产物成分的影响较小针对较高重金属含量的制革污泥的研究发现,其具有较好的燃烧特性。制革污泥在挥发份燃烧初期有少量有机酸析出,800℃时基本燃烬,超过900℃以后,制革污泥燃烧灰渣开始出现粘结现象。为避免制革污泥焚烧过程中出现结渣,并有效减少重金属的挥发,可以选择800℃为制革污泥的最佳燃烧温度。本文利用计算流体软件,对危险废物在两段式回转窑焚烧系统内的燃烧过程进行了不同运行工况条件下的模拟。研究发现,在回转窑的后部区域,烟气流速存在明显的分层现象。在额定负荷和配风条件下,危险废物在回转窑内能够实现较为充分的燃烧,增加窑头部位的送风量以后,窑内烟气流速分层现象提前,窑内高温区域前移,危险废物在回转窑内的燃烧完全程度提高,二燃室的燃烧现象明显减弱。模拟研究表明,投用窑头助燃燃烧器可以在回转窑内部形成一个稳定的沿着回转窑轴向分布的高温区域,有助于促进窑内温度的稳定和危险废物在窑内的燃烧。对危险废物焚烧处置工程应用的研究发现,两段式回转窑焚烧系统完全可以满足危险废物焚烧和污染物排放控制要求,稳定运行期间二VA英排放浓度只有0.016-0.035 TEQ ng/m3,但回转窑内存在较大程度的结渣隐患。危险废物焚烧飞灰呈现明显的小颗粒团聚特征,底渣质地致密,具有明显的烧结迹象,灰渣中部分重金属含量较高。通过对不同部位灰渣采样的分析,研究了危险废物在高温焚烧条件下的灰渣特性,以及烟气流动方向飞灰的形成过程和小颗粒的团聚过程,以及小颗粒在大颗粒表面富集的过程,为危险废物焚烧应用及污染物排放控制提供借鉴。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X705

【引证文献】