基于雙床交互循環(huán)的污泥低溫?zé)峤庠囼?yàn)研究.pdf

1、隨著城市污水處理量的迅速增加，對(duì)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?zé)峤庠趯?shí)現(xiàn)污泥的減量化、穩(wěn)定化的同時(shí)還可獲得油、炭和氣等形式的資源化產(chǎn)品，被認(rèn)為具有良好的發(fā)展和應(yīng)用前景。本文圍繞所提出的雙床交互循環(huán)式污泥低溫?zé)峤夤に囘M(jìn)行一系列相關(guān)的冷態(tài)和熱態(tài)試驗(yàn)研究，并據(jù)此設(shè)計(jì)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(duì)污泥(SS)和熱載體（復(fù)合

2、高鋁礬土，CA）在400-600℃條件下共熱解特性進(jìn)行了管式爐試驗(yàn)研究。結(jié)果表明:與純污泥熱解相比，隨著復(fù)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(jī)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(dá)到最大值3871kJ/kg;從有機(jī)相的成分看，溫度和復(fù)合高鋁礬土添加比例的增加都會(huì)促進(jìn)脂肪族化合物向芳香族化合物轉(zhuǎn)化。
　　針對(duì)雙床工藝中熱解氣和熱載體接觸過

3、程中會(huì)發(fā)生二次裂解的特點(diǎn)，首次以高鋁礬土及負(fù)載生物質(zhì)中堿金屬鹽為對(duì)象，利用污泥熱解氣二次裂解試驗(yàn)裝置研究其對(duì)污泥熱解氣的影響，結(jié)果表明:高鋁礬土促進(jìn)了熱解氣的二次裂解，使含氧有機(jī)物更容易脫羧、脫羰基生成脂肪烴，并進(jìn)一步環(huán)化及芳構(gòu)化。對(duì)負(fù)載KCl的高鋁礬土而言，催化反應(yīng)溫度和料層高度的增加可以促進(jìn)污泥熱解氣的二次裂解，強(qiáng)化其脫氧作用，使有機(jī)相熱值增加，但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致有機(jī)相產(chǎn)率和UEL值的降低。KCl負(fù)載量的增多會(huì)中和部分酸中心，抑制其催化能

4、力，使熱解油有機(jī)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(yàn)裝置上進(jìn)行了污泥熱解試驗(yàn)，獲得了流化床熱態(tài)裝置連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的熱工參數(shù)和熱解反應(yīng)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(shí)間，減少二次裂解反應(yīng)，提高產(chǎn)物中熱解油比例;同時(shí)，細(xì)顆粒的反復(fù)循環(huán)可以有效增加污泥中有機(jī)物的析出率;因此，雙床工藝中熱解反應(yīng)器宜采用循環(huán)流化床。此外，采用分級(jí)冷凝

5、裝置獲得了具有不同應(yīng)用價(jià)值的液體產(chǎn)品。
　　根據(jù)雙床交互循環(huán)的特點(diǎn)，搭建了采用“機(jī)械閥+非機(jī)械閥”的雙返料器結(jié)構(gòu)的雙床冷態(tài)試驗(yàn)裝置，進(jìn)行了交互循環(huán)條件下的氣固流動(dòng)特性試驗(yàn)。結(jié)果表明:采用此種雙返料器結(jié)構(gòu)，能夠順利實(shí)現(xiàn)兩個(gè)流化床反應(yīng)器間的顆粒交互循環(huán)，并且可以準(zhǔn)確控制循環(huán)量大小。試驗(yàn)結(jié)果還表明，對(duì)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(yùn)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(guān)系。
　　利用歐拉雙流體模型對(duì)流化床上升管中的氣固流動(dòng)特性進(jìn)行了數(shù)值模擬，通過與試驗(yàn)值的對(duì)比，驗(yàn)證了所用模型能夠較為真實(shí)地反映上升管中的氣固流動(dòng)情況。在此基礎(chǔ)上，研究了操作參數(shù)和顆粒粒徑對(duì)氣固流動(dòng)特性的影響，補(bǔ)充試驗(yàn)難以得到的部分參數(shù)，供放大設(shè)計(jì)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(duì)上升管中心區(qū)域顆粒速度的影響大于壁面。粒徑變大時(shí)，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(jìn)行了50t/d交互循環(huán)式污泥低溫?zé)峤庀到y(tǒng)設(shè)計(jì)，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(duì)污泥干燥、污泥熱解以及生物質(zhì)燃燒三大單元的核心設(shè)備及主要配套設(shè)備進(jìn)