异密度循环流化床焚烧含油污泥炉内整体模型

发布时间：2020-10-09 21:46

　　含油污泥是石油开采和加工过程中产生一种有害污泥,它不仅占用大量的土地资源,对周围的土壤、空气、地下水都会造成污染。针对含油污泥自身的燃烧特性,上海交通大学提出一种采用异密度循环流化床焚烧处理含油污泥的方法。异密度循环流化床是一种采用石英砂颗粒作为流化床媒体物料、组合式高温漩涡分离器、炉膛为变截面结构形式的循环流化床。为了更好地应用这种异密度循环流化床焚烧处理含油污泥的技术,本文结合含油污泥的燃烧特性,建立了异密度循环流化床炉内焚烧含油污泥的整体数学模型,通过编制程序计算出相关炉内参数,并与现场试验数据进行对比与分析。首先,对含油污泥的燃烧特性进行了实验研究,给出了含油污泥样品的理化特性数据,进行了含油污泥的热解与燃烧热重分析与差热分析实验,通过对比分析了含油污泥的燃烧与热解的热重曲线,发现含油污泥的可燃物质来自于其热解产物。为此,在不同温度下,进行了含油污泥的恒温热解研究,测定了含油污泥在不同温度下主要热解产物的产率,并给出了这些热解产物的产率以及挥发分析出的实验关联方程式。另外,还在一个小型流化床实验台进行了含油污泥的燃烧实验,实验表明含油污泥不仅在密相区发生燃烧,而且在稀相区已有一部分挥发分燃烧。其次,建立了异密度循环流化床相关的子模型,主要包括炉内传热模型与流动模型。并重点研究了石英砂床料磨损与破碎模型、密相区表面固体颗粒夹带率的数学模型、组合式高温漩涡分离器的分级分离效率模型等。在完成这些子模型之后,结合这些子模型构建了非等高小室模型。即依据所建各子模型,构建各小室的质量平衡方程与能量平衡方程来求解炉内的温度分布、炉内传热系数分布以及气相成分分布等炉内燃烧特性参数。最后,进行了20t/h异密度循环流化床炉内焚烧含油污泥现场实验。描述了20t/h异密度循环流化床焚烧处理含油污泥现场启动、调试与运行测试方法。对比分析了掺烧水煤浆的三种工况实验数据与整体数学模型结果,发现模拟计算值与实验值都基本吻合,这说明本论文所建立的异密度循环流化床焚烧处理含油污泥炉内整体数学模型是合适的、可靠的。之后,以所建立整体数学模型为基础,通过改变整体数学模型中的相关参数,包括含油污泥的焚烧处理量、含油污泥挥发分含量、灰分含量与水分含量、过量空气系数、炉膛高度及受热面面积等参数,来模拟分析这些参数的变化对炉内燃烧特性的影响。模拟发现炉内温度一般随含油污泥的焚烧处理量的增加、含油污泥挥发分含量的增加、灰分含量与水分含量减少、炉膛高度与炉内受热面面积的减少而增加。但是,过量空气系数的变化对炉内温度的影响在炉膛下部和上部呈现出不同的特点。在炉膛下部,当过量空气系数增加时,由于送入的冷风量增加,床温会随着过量空气系数增加而降低,而在炉膛上部,过量空气系数过高或过低都可能导致炉温下降。除此之外,还同时模拟分析了其他炉内燃烧特性参数如炉内换热系数、烟气成分随这些参数变化的影响结果。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2009
【中图分类】：X703
【部分图文】：

含油污泥,热重分析,热解试验

Element Weight fraction Element Weight fractionCa 8.758 Cu 0.11Fe 5.16 Mn 0.0882AL 3.754 Se 0.0601Ba 2.583 Ni 0.05K 1.369 Pb 0.0186Na 1.237 Co 0.0164Mg 0.4889 Cr 0.0159Sr 0.4779 As 0.0083Ti 0.1313 Mo 0.006Zn 0.1285 Cd 0.0004Total 24.4615污泥热重分析究含油污泥的挥发分析出与燃烧特性，本文首先对含油污泥进热重分析实验中，热分析仪采用 TGA 2050 Thermogravimetric量为 10mg，燃烧实验用气氛为空气，热解试验用气氛为 99. 10℃·min-1、20℃·min-1、40℃·min-1和 80℃·min-1。并采用 TA美国)对干燥的含油污泥实验进行了差热分析。

示意图,含油污泥,燃尽,着火温度

图 2-2 含油污泥的着火温度和燃尽温度示意图Figure2-2 Figure of Ignition and Burnout Temperature of Oily Sludge速率为 10℃·min-1、20℃·min-1、40℃·min-1和 80℃·min-1的燃烧着火温度与燃尽时刻见表 2-5。表 2-5 含油污泥在不同升温速率条件下燃烧温度和时刻Stage of volatile combustiong rate/℃·minBeginning End-1Time/min Temperature/℃ Time/min Temper10 35.76 367.3 40.33 4120 19.35 376.3 21.98 4240 10.88 393.4 12.61 4680 6.21 404.9 7.04 47温速率对含油污泥燃烧的影响表 2-5 可以看出，升温速率对含油污泥的着火和燃尽有着很大的影响率的提高，含油污泥燃烧的着火温度和燃尽温度都有所升高，着火与提前。在整个燃烧过程中，虽然着火到燃尽的温度差变化不大，但完

含油污泥,升温速率,燃烧特征,燃烧特性

和结束时的主要特征量，可以综合反映了燃料的燃烧特性，其值越大，表明燃料的燃烧特性越好。含油污泥在不同升温速率下的燃烧特性指数见表2-5和图2-3，可以发现随着升温速率的升高，含油污泥的燃烧特性指数明显增大，说明随着升温速率的提高，含油污泥的燃烧品质也相应升高。根据前面的分析，随着升温速率的增大，含油污泥的着火温度和燃尽温度会升高，通常这是不利于燃料燃烧的。但是，此时的燃烧速率也随升温速率增大而显著提高，显然这对含油污泥燃烧是有利的一面。另外，从图2-4可以看出，燃烧特性指数随升温速率升高而增大，这说明燃烧速率的提高对含油污泥燃烧的正面影响不仅弥补了由着火温度和燃尽温度带来的负面影响，而且超过了着火温度和燃尽温度带来的负面影响。因此

【参考文献】