高灰分低熱值工業(yè)固體廢棄物流化床燃燒特性的實驗研究.pdf

1、能源緊缺、環(huán)境污染是整個人類社會面臨的兩個重大問題。工業(yè)固體廢棄物是指人類在工業(yè)生產(chǎn)活動中產(chǎn)生的固態(tài)、半固態(tài)廢棄物質(zhì)。隨著一次能源愈加緊張以及國家“節(jié)能減排”政策的推動，高灰分低熱值工業(yè)固體廢棄物的高效、低污染利用勢在必行。一方面不僅可以作為常規(guī)能源的補充，同時對其它工業(yè)固體廢棄物的利用提供相關(guān)經(jīng)驗，另一方面也避免了固體廢棄物自然堆砌對生態(tài)環(huán)境的巨大破壞，具有十分重要的經(jīng)濟(jì)意義、政治意義和戰(zhàn)略意義。
　　為此，本文選取了兩種最具代

2、表性的高灰分低熱值工業(yè)固體廢棄物（CFB鍋爐飛灰和新干餾工藝下產(chǎn)生的油頁巖半焦），分別代表了高灰分低熱值細(xì)顆粒工業(yè)固體廢棄物和高灰分低熱值粗顆粒工業(yè)固體廢棄物，利用發(fā)展迅速、最具應(yīng)用前景的循環(huán)流化床燃燒技術(shù)來研究其燃燒特性、污染物排放特性以及降低污染物排放的方法，并對高灰分低熱值工業(yè)固體廢棄物燃燒的總體數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了初步探討。本文的主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點是：
　?、僖詢煞N最具代表性的高灰分低熱值工業(yè)固體廢棄物（CFB鍋爐飛灰和新干餾

3、工藝下產(chǎn)生的油頁巖半焦）為例，選取重慶本地?zé)熋鹤鳛閷Ρ热剂希ㄟ^熱重分析法研究了各試樣的著火、燃盡、揮發(fā)分析出等特性，并在此基礎(chǔ)上對其進(jìn)行了動力學(xué)分析，求取了相應(yīng)的動力學(xué)參數(shù)。為后文燃燒高灰分低熱值工業(yè)固體廢棄物的流化床實驗裝置的設(shè)計、啟動、運行提供了數(shù)據(jù)支持和理論支撐。
　?、谑状螌FB鍋爐脫硫飛灰和非脫硫飛灰在不同回燃條件下對CFB鍋爐燃燒和排放特性的影響進(jìn)行了系統(tǒng)的實驗對比研究和對比分析，著重研究了不同飛灰回燃比對爐內(nèi)的溫

4、度分布、燃燒效率、污染物（CO、SO2、NOX）排放、脫硫效率以及粉塵排放的影響。實驗結(jié)果表明，飛灰回燃能顯著縮小爐膛上下部溫差，使?fàn)t內(nèi)溫度分布均一化。飛灰回燃能在一定程度上提高CFB鍋爐的燃燒效率，但粉塵排放濃度顯著增加。兩種不同類型飛灰回燃的差異主要體現(xiàn)在SO2和NOX的排放濃度上，脫硫飛灰由于含有一定量的殘余石灰石，能顯著降低 SO2的排放，提高爐內(nèi)的脫硫效率，但NOX的排放卻有一定的增加。
　　③針對CFB鍋爐飛灰回燃存在

5、脫碳效率（即單一飛灰的燃燒效率）較低的問題，作者提出了一種CFB鍋爐飛灰流化床純?nèi)佳b置的專利技術(shù)，并在自行設(shè)計搭建的小型流化床燃燒實驗臺上進(jìn)行了5種不同含碳量飛灰的純?nèi)紝嶒?，并首次得到了脫碳效率（即燃燒效率）、爐膛截面熱負(fù)荷等關(guān)鍵參數(shù)與飛灰初始含碳量的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，計算得到了飛灰在該流化床燃燒裝置上不添加外在熱源情況下連續(xù)穩(wěn)定燃燒時的臨界飛灰含碳量值和爐膛截面熱負(fù)荷的值。為飛灰流化床純?nèi)佳b置專利技術(shù)的設(shè)計以及運行提供了實驗依據(jù)和數(shù)據(jù)

6、支撐。
　　④受制于爐膛較低的運行風(fēng)速，CFB鍋爐飛灰純?nèi)紩r存在爐膛截面熱負(fù)荷偏低，難于對外進(jìn)行熱輸出的問題。針對以上問題，作者提出了一種采用富氧燃燒技術(shù)強化飛灰燃燒的新方法，并首次探索了流化床富氧燃燒條件下飛灰中焦碳顆粒的燃燒特性，獲得了飛灰流化床富氧燃燒技術(shù)推廣應(yīng)用的諸多關(guān)鍵參數(shù)，如燃燒截面熱負(fù)荷、爐內(nèi)溫度分布等。實驗結(jié)果表明，富氧燃燒能強化飛灰中殘?zhí)碱w粒的燃盡效果以及提高整個流化床燃燒裝置的燃燒效率。若初始氧氣濃度為100％

7、，那么流化床富氧燃燒裝置的爐膛截面熱負(fù)荷可以達(dá)到2.3MW/m2，這與常規(guī)的燃煤CFB鍋爐相當(dāng)（3~5MW/m2）。
　?、菔状卧诹骰踩紵b置上進(jìn)行了純?nèi)紵嶂档陀?500kJ/kg的燃料（新干餾工藝下產(chǎn)生的油頁巖半焦），研究表明半焦無法在循環(huán)床內(nèi)維持連續(xù)穩(wěn)定的燃燒工況，在分析探究了引起循環(huán)床熄火的原因以及解決方法的基礎(chǔ)上，對半焦進(jìn)行了鼓泡床燃燒實驗，實驗結(jié)果表明只要能保證流化風(fēng)速、流化風(fēng)溫度、煙氣含氧量、半焦熱值、入爐半焦溫度以

8、及半焦燃盡率在合適的范圍內(nèi)，新干餾工藝下的油頁巖半焦能在沒有其他輔助熱源的情況下，憑借自身的燃燒使鼓泡床達(dá)到某一穩(wěn)定工況，并且爐膛出口氧量能維持在一個較好的水平。在此基礎(chǔ)上，著重研究了影響半焦鼓泡床燃燒穩(wěn)定性和燃燒效率的主要因素，從而獲得了半焦在鼓泡床連續(xù)穩(wěn)定運行的參數(shù)范圍，為其它高灰分低熱值工業(yè)固體廢棄物的流化床燃燒提供了實驗依據(jù)和相關(guān)經(jīng)驗。同時，也為半焦流化床燃燒裝置專利技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用提供了理論支持。
　?、藿Y(jié)合流化床流動模型