基于雙床交互循環(huán)的污泥低溫熱解試驗研究.pdf

1、隨著城市污水處理量的迅速增加，對污水處理的副產(chǎn)物——污泥的處理處置越來越受到人們重視。污泥低溫熱解在實現(xiàn)污泥的減量化、穩(wěn)定化的同時還可獲得油、炭和氣等形式的資源化產(chǎn)品，被認為具有良好的發(fā)展和應用前景。本文圍繞所提出的雙床交互循環(huán)式污泥低溫熱解工藝進行一系列相關的冷態(tài)和熱態(tài)試驗研究，并據(jù)此設計了工業(yè)示范裝置。
　　鑒于雙床工藝中利用熱載體提供污泥熱解所需能量，而熱載體與污泥的直接接觸將影響其熱解特性，首次對污泥(SS)和熱載體（復合

2、高鋁礬土，CA）在400-600℃條件下共熱解特性進行了管式爐試驗研究。結(jié)果表明:與純污泥熱解相比，隨著復合高鋁礬土添加比例的增多，殘?zhí)慨a(chǎn)率降低，不凝結(jié)氣產(chǎn)率增加，熱解油產(chǎn)率變化不大但其中有機相比例明顯提高;在CA/SS=1/5和500℃條件下，熱解油的可利用能量(UEL)達到最大值3871kJ/kg;從有機相的成分看，溫度和復合高鋁礬土添加比例的增加都會促進脂肪族化合物向芳香族化合物轉(zhuǎn)化。
　　針對雙床工藝中熱解氣和熱載體接觸過

3、程中會發(fā)生二次裂解的特點，首次以高鋁礬土及負載生物質(zhì)中堿金屬鹽為對象，利用污泥熱解氣二次裂解試驗裝置研究其對污泥熱解氣的影響，結(jié)果表明:高鋁礬土促進了熱解氣的二次裂解，使含氧有機物更容易脫羧、脫羰基生成脂肪烴，并進一步環(huán)化及芳構(gòu)化。對負載KCl的高鋁礬土而言，催化反應溫度和料層高度的增加可以促進污泥熱解氣的二次裂解，強化其脫氧作用，使有機相熱值增加，但同時會導致有機相產(chǎn)率和UEL值的降低。KCl負載量的增多會中和部分酸中心，抑制其催化能

4、力，使熱解油有機相的熱值降低，但UEL值更大。
　　以高鋁礬土為床料，在自建的鼓泡流化床和循環(huán)流化床試驗裝置上進行了污泥熱解試驗，獲得了流化床熱態(tài)裝置連續(xù)穩(wěn)定運行的熱工參數(shù)和熱解反應條件。研究結(jié)果還表明，與鼓泡流化床相比，循環(huán)流化床可以采用較高的流化速度，以縮短氣體停留時間，減少二次裂解反應，提高產(chǎn)物中熱解油比例;同時，細顆粒的反復循環(huán)可以有效增加污泥中有機物的析出率;因此，雙床工藝中熱解反應器宜采用循環(huán)流化床。此外，采用分級冷凝

5、裝置獲得了具有不同應用價值的液體產(chǎn)品。
　　根據(jù)雙床交互循環(huán)的特點，搭建了采用“機械閥+非機械閥”的雙返料器結(jié)構(gòu)的雙床冷態(tài)試驗裝置，進行了交互循環(huán)條件下的氣固流動特性試驗。結(jié)果表明:采用此種雙返料器結(jié)構(gòu)，能夠順利實現(xiàn)兩個流化床反應器間的顆粒交互循環(huán)，并且可以準確控制循環(huán)量大小。試驗結(jié)果還表明，對于相同的顆粒粒徑，提高表觀氣速可以使顆粒濃度沿高度分布趨于均勻，但是過高的表觀氣速將使底部密相區(qū)消失，影響流化床穩(wěn)定運行;提高固體循環(huán)通量

6、，可以在較高的表觀氣速下維持底部密相區(qū);因此，表觀氣速、固體循環(huán)通量與顆粒粒徑之間存在匹配關系。
　　利用歐拉雙流體模型對流化床上升管中的氣固流動特性進行了數(shù)值模擬，通過與試驗值的對比，驗證了所用模型能夠較為真實地反映上升管中的氣固流動情況。在此基礎上，研究了操作參數(shù)和顆粒粒徑對氣固流動特性的影響，補充試驗難以得到的部分參數(shù)，供放大設計使用。結(jié)果表明:隨固體循環(huán)通量的增加，顆粒濃度與速度的軸向分布和徑向分布的不均勻性都有所增大;隨

7、表觀氣速的增加，上升管軸向壓力梯度和顆粒濃度減小，顆粒濃度徑向分布趨于均勻;表觀氣速增大對上升管中心區(qū)域顆粒速度的影響大于壁面。粒徑變大時，上升管底部具有更大的顆粒濃度和壓力梯度，上部稀相區(qū)的變化則正好相反。
　　根據(jù)上述研究結(jié)果，進行了50t/d交互循環(huán)式污泥低溫熱解系統(tǒng)設計，制定了系統(tǒng)的工藝流程，建立了系統(tǒng)的質(zhì)量和能量平衡，明確了系統(tǒng)的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量分配路徑，對污泥干燥、污泥熱解以及生物質(zhì)燃燒三大單元的核心設備及主要配套設備進