基于多元线性回归模型的生物质与烟煤混燃灰熔融特征温度预测

生物质中钾、钠等碱金属含量高,极易导致生物质与煤混燃灰沾污结渣严重。灰熔融特征温度是用于表征积灰结渣倾向的重要指标。该研究在充分考虑灰中酸/碱性组分对熔融特征温度影响的基础上,以生物质与烟煤混燃灰中Al_(2)O_(3)、SiO_(2)、P_(2)O_(5)、SO_(3)、K_(2)O、CaO、Fe2O_(3)7种氧化物作为变量,利用Matlab软件建立了基于多元线性回归模型的生物质与烟煤混燃灰熔融特征温度预测模型,并以中国农村典型的玉米秸秆和神木烟煤为试样,测定其在不同掺混比例、不同温度和不同停留时间下的灰分组成及熔融特征温度。试验结果表明:随着混合燃料中玉米秸秆的质量分数由25%增至75%时,灰样中MgO、K_(2)O、CaO、Na2O等碱性氧化物的含量增加,特别是对于K_(2)O而言,其质量分数由5.89%升至14.41%,而Al_(2)O_(3)、P_(2)O_(5)和SO_(3)等酸性氧化物的含量逐渐减少,其中Al_(2)O_(3)的质量分数由12.05%降至7.78%,P_(2)O_(5)的质量分数由3.66%降至1.07%,SO_(3)的含量由7.70%降至1.48%。随着灰化温度升高和停留时间延长,Cl元素的含量明显减少。将该模型的预测结果与经验公式预测结果及试验结果对比,发现该预测模型中P_(2)O_(5)、SO_(3)对灰熔融特征温度的影响系数较大,这与试验结果基本相符。灰熔融特征温度与Al_(2)O_(3)、SiO_(2)、P_(2)O_(5)、CaO等氧化物含量呈正相关,表明这些氧化物成分有助于抑制熔融结渣。利用试验测量及经验公式等方法对该预测模型的结果进行检验,利用该模型预测的熔融特征温度与试验值的误差在5%以内,验证了该模型的准确性和可靠性。该模型研究结果可为准确预测生物质与烟煤混燃灰熔融特征温度以及防治锅炉积灰结渣提供参考。

煤与污泥共气化过程中矿物转化及结渣特性分析实验设计

该文设计了一个煤与生活污泥共气化过程中矿物转化及结渣特性分析研究实验。该实验涉及煤与污泥混合样品结渣特性、灰熔融特性及共气化过程中矿物转化等方面的研究。以典型无烟煤和生活污泥为原料,利用碱酸比、硅铝比等指数对其结渣特性进行了评价,采用X射线衍射仪与傅里叶红外光谱仪对混合样共气化过程中的矿物相进行了表征。实验结果表明,生活污泥掺量超过50%会导致混合样结渣严重;污泥掺量增大使混合样灰熔融温度降低,掺量为20%时降低效果最显著。与氧化气氛相比,弱还原气氛下掺混更少的污泥即可生成较多的钙长石,从而导致熔融温度降低。通过该实验,能够使学生了解研究含碳固体废物共气化特性的基本方法,培养他们在含碳固废资源化高效利用方面的创新能力。

生活垃圾协同焚烧污泥对飞灰物性的影响

以某垃圾焚烧厂750 t/d机械炉排炉为研究对象,通过对不同污泥掺烧比例工况下的布袋除尘器处飞灰进行取样分析,研究污泥协同焚烧生活垃圾对飞灰物性的影响。结果表明:污泥掺烧改变了除尘器处飞灰的粒径分布形式。未掺烧和掺烧工况分别成呈双峰和单峰分布,主峰位置均位于10μm内;掺烧污泥使得峰值粒径飞灰的表面粘附的细颗粒物增加,黏附的细颗粒物球形度较差,可能源自燃料自身矿物质的异相成核或破碎;通过对比飞灰内的钙元素和氯元素含量发现飞灰元素组成受脱酸过程影响较大,明显增加了其钙元素的含量;掺烧污泥增加了飞灰内铁元素和硫元素的含量,但对钠钾元素影响小于铁硫元素。

掺烧污泥型粉煤灰的物理化学性质及其重金属吸附性能

以掺烧污泥型粉煤灰(电力燃煤和市政污泥混合共燃产生)和纯煤粉型粉煤灰为对象,研究了其物理化学性质,分析了其重金属含量和浸出毒性,并进一步考察了其重金属吸附性能。结果表明:与纯煤粉型粉煤灰相比,掺烧污泥型粉煤灰的微观形貌更接近于规则球形颗粒;二者矿物组成差异明显,掺烧污泥型粉煤灰由多种矿物质均衡组成;两种粉煤灰浸出液中各重金属浓度远低于GB 8978—1996的排放浓度限值,可再利用为水中重金属吸附剂;掺烧污泥型粉煤灰对铜、铅、镉、镍、铬的饱和吸附量分别为107.53,119.99,73.39,53.14,42.19mg/g,均远高于纯煤粉型粉煤灰,这归因于其矿物相反应活性高、化学吸附能力强。

超级芦竹在CFB燃烧过程的积灰特性实验研究

超级芦竹是一种新型能源植物,具有固碳能力强、发热量高的特点。为研究超级芦竹燃用过程的灰沉积问题,在小型(0.2 t/d)循环流化床(circulating fluidized bed,CFB)上进行了超级芦竹的纯燃以及其与煤共燃的实验,利用空冷取样探针,结合扫描电子显微镜耦合能谱仪(SEM‒EDS)、X射线衍射仪(XRD)及FactSage 8.2热力学计算软件,研究了燃烧过程的积灰特性。研究结果显示,超级芦竹在CFB纯燃时,取样探针上形成致密烧结灰层。灰层富含碱金属钾(K)且主要以KCl、K_(2)SO_(4)等低熔点矿物存在。同时,氯元素(Cl)的存在也导致取样探针发生严重腐蚀。当超级芦竹与煤耦合燃烧时,沉积灰中的K、Cl、硫(S)含量及对应的低熔点硫酸盐/硅酸盐含量逐渐降低,受热面积灰倾向明显减弱。同时飞灰中高熔点钾/钙/钠硅铝酸盐含量相应地增加,飞灰灰熔融特征温度得以提升,研究结果为CFB清洁高效利用超级芦竹提供了可行性借鉴。

典型高碱煤灰对氨煤混燃中氨氧化反应特性的影响

氨能作为一种零碳燃料,取代部分煤炭混燃可有效降低电厂原有污染物排放,促进燃煤电厂向煤氨混燃电厂的转型。但由于氨能中含氮量过高,导致NO_(x)排放问题备受关注。在复杂的氨煤混燃过程中,有必要探索NO_(x)排放与煤灰之间存在的关联性。燃煤电厂中高碱煤作为一类开发应用前景广阔的煤种,其中高含量的金属氧化物对氨氧化反应的排放特性却鲜有研究。为探讨氨煤混燃过程中不同种类高碱煤灰对氨氧化反应排放特性的影响,通过搭建立式管式炉氨氧化反应试验平台进行变工况分析,对比不同温度下各类煤灰表面NH_(3)转化率及NO生成率两大指标,从试验结果和反应机理2个层面阐述了煤灰中各类金属氧化物对氨氧化反应排放特性的影响。结果表明:煤灰中主要金属氧化物CaO、MgO及Al_(2)O_(3)可促进氨煤混燃过程中煤灰表面气固氨氧化反应的进行,提高NH_(3)转化率。400~600℃,煤灰对NH_(3)转化率的促进作用依次为:HM-2>HM-1>CJ>AKS>EERDS,与煤灰中CaO含量由高到低的排列顺序对应,与MgO排序基本吻合。且这3类金属氧化物均可促进NH_(3)向NO定向转化,以CaO催化效果最显著,其中,Ca含量最高的HM-2对NO生成的选择性相较于空白组而言可提高67.86%。CaO和MgO可促进NH_(3)和NO在催化剂表面氧化,有利于N_(2)O快速产生,使N_(2)O生成温度提前,而Na_(2)O和Fe_(2)O_(3)的存在则抑制NH_(3)氧化,促进NH_(3)还原NO。

高掺量污泥和粉煤灰低温烧砖技术

介绍了用高掺量污泥和粉煤灰低温焙烧烧结砖的工艺。采用此工艺烧制烧结砖,可获得以下优点:提高污泥和粉煤灰掺量;与原烧结砖相比,焙烧温度约降低10%,节省能耗;烧制的砖不仅物理性能优异,而且具有自洁性,耐污性好;不溶出重金属,可使污泥得到有效利用。

多级孔LTA分子筛的合成及氮磷协同吸附应用

以粉煤灰为原料,十六烷基三甲基溴化铵为介孔模板剂,合成了多级孔LTA分子筛,通过XRD、SEM、TEM、EDS、ICP-AES等对所制备的产品进行了详细地表征,并系统地研究了合成条件对产物结构的影响。将所制备的多级孔LTA分子筛应用于氨氮的吸附中,并探究了吸附机理,研究了其再生性能。同时,测定了多级孔LTA分子筛的磷吸附性能及氮磷协同吸附性能。将其应用于实际制药过程中产生的氮磷废水吸附中,具有较好的效果。

市政污泥与煤共气化灰渣黏温特性及机理

通过将市政污泥与煤混配制成污泥煤浆,可利用气流床气化技术实现污泥资源化、无害化、减量化处置。目前,有关市政污泥对气化煤灰黏温特性影响与机理研究较少,限制了污泥煤浆在气化领域的应用。选用一种典型气化用煤煤灰(YLA),配入不同比例市政污泥灰(SSA)以模拟污泥与煤共气化灰,测定原料灰样与混合灰样的灰熔融性与黏温特性。利用XRD分析与相图理论,研究熔渣降温过程中结晶趋势,并利用FTIR表征熔渣硅氧单元结构分布,阐明市政污泥灰含量对熔渣黏度的影响机理。结果表明:最理想的SSA添加比例为10%,且SSA质量分数超过30%会导致样品排渣性能急剧降低。SSA质量分数为10%时,流动温度已较低,且具有168℃可操作温度范围。SSA质量分数超过30%后,因灰中铁、磷含量显著增加,流动温度上升,可操作温度范围收窄,且因结晶趋势增强,临界黏度温度接近操作温度下限,易造成熔渣黏度剧烈变化。FTIR分析及峰值拟合结果表明,硅氧结构聚合度降低是熔渣黏度随SSA含量增加而不断降低的主要原因。

超临界CO 2条件下混凝土界面过渡区微结构特征演变规律研究

为研究粉煤灰混凝土在超临界碳化前后界面过渡区(interfacial transition zone,ITZ)微结构的演变规律,采用扫描电镜对碳化前后ITZ附近的微观形貌进行了分析,同时构建了ITZ和水泥砂浆的孔隙率与压痕模量的关系模型.通过纳米压痕试验测得ITZ和水泥砂浆的压痕模量,并通过压汞试验测得水泥砂浆的孔隙率,推导出了ITZ的孔隙率.研究结果表明:经过超临界碳化处理后,粉煤灰混凝土界面过渡区变得更加密实.此外,超临界碳化前ITZ孔隙率范围为20%~35%,碳化后ITZ孔隙率范围为10%~26%,相比前者减少了25%~50%.

生活垃圾掺烧市政污泥产生飞灰的螯合稳定化研究

以我国某垃圾焚烧电厂炉排炉掺烧市政污泥产生的飞灰作为试验样本,对掺烧污泥产生飞灰的重金属总量与浸出特性进行了分析比较。结果表明:与零掺烧相比,掺烧市政污泥虽然减少了飞灰中重金属的总量,但污泥掺烧产生的SOx消耗了碱性药剂使得飞灰的残留碱度明显下降,相应浸出pH低至5.27,Pb、Cd等重金属浸出浓度远高于GB 16889-2008生活垃圾填埋场污染控制标准限值。对掺烧污泥产生的飞灰添加10%的消石灰,可提高飞灰残留碱度,浸出pH提高至6.32,Pb、Zn、Cd、As浸出浓度均低于GB 16889-2008。因此在掺烧污泥的同时对烟气净化系统的脱酸药剂添加量进行灵活调整,对提高飞灰浸出稳定性有积极作用。

协同处理药渣过程飞灰重金属分布及浸出特性

为评估燃煤锅炉协同处理药渣过程中飞灰重金属的环境风险,该文对不同粒径飞灰重金属的分布及浸出特性进行研究。结果表明:Pb、Zn在整体飞灰中的分配率均达到了95%以上,Cd、Cu、As在整体飞灰中的分配率均达到75%以上,而Mn在整体飞灰中的分配率仅40%。沿着烟气流程,除尘器不同电场捕获的飞灰中值粒径逐渐减小,飞灰颗粒表面更加光滑。随飞灰粒径的减小,飞灰中Pb、Zn、Cd、Cu的质量分数逐渐增大,而As的质量分数逐渐减小;不同粒径飞灰中Mn的质量分数在300 mg/kg上下波动。随飞灰粒径的减小,Pb、Cd、Cu的浸出浓度逐渐增大;飞灰中值粒径由20.2μm减小到5.0μm,Zn的浸出浓度增大了687%,环境风险急剧提高;不同粒径飞灰中As的浸出浓度均小于0.05μg/L,Mn的浸出浓度均小于0.01μg/L。协同处理药渣过程中,随着飞灰粒径减小,Pb、Zn、Cd、Cu、Mn的环境风险逐渐升高,该试验中不同粒径飞灰样品重金属的环境风险均满足环保要求。

磁性粉煤灰的制备及其对环丙沙星的吸附性能

采用化学共沉淀法制备了磁性粉煤灰,并对其吸附环丙沙星(Ciprofloxacin, CIP)的行为进行吸附动力学,吸附等温线及吸附热力学研究。结果表明:磁性粉煤灰对CIP具有较好的吸附性能,吸附过程较符合准二级吸附动力学方程(R2>0.99),颗粒内扩散过程不是吸附速率的唯一控制步骤,吸附过程同时受到外层颗粒扩散过程的控制;Freundlich吸附等温方程更能准确地描述磁性粉煤灰对CIP的吸附热力学行为,表明磁性粉煤灰对CIP的吸附属于非均匀的多分子层吸附。在研究的温度范围内,△G^(θ)<0、△H^(θ)>0、△S^(θ)<0,表明吸附行为是自发进行的吸热反应,并且在整个吸附过程中系统的紊乱度减小。

污泥/煤混烧灰的结渣特性及矿物质转变规律

利用沉降炉实验系统对沈阳市北部污水处理厂污水污泥和铁法烟煤配制成污泥掺混比例为20%的混合燃料，在815-1200℃下开展炉内结渣特性实验，观察炉内石英挂件的结渣情况，利用扫描电子显微镜（SEM）和 X-射线衍射仪（XRD）分析混烧灰的表面微观形态及灰渣中矿物质组成。结果表明，泥/煤掺烧比例为20%，炉内温度达到1100℃时，会引起轻微结渣，达到1200℃时，会引起严重结渣。低温灰中的矿物以石英、长石类矿物和磷酸盐矿物为主，灰中长石类矿物和磷酸盐矿物在1000-1200℃发生转变形成熔融相，转移至玻璃相无定形物中，促进了颗粒间的烧结。

大型电厂煤粉炉掺烧成型生物质试验

在某国内300 MW燃煤锅炉机组上利用已有磨煤机系统对成型生物质进行粉碎并送入炉内燃烧。试验对已有磨煤机系统磨制生物质粉料的可行性和安全性进行了分析,研究了生物质掺烧对煤粉炉燃烧特性的影响,并进一步重点对掺烧生物质产生的飞灰能否用于建筑行业进行了测试分析。试验结果表明:辊式磨煤机的直吹式制粉系统,可用于成型生物质的破碎和输送;生物质燃烧器喷口火焰稳定,NOx和SO2排放略有降低,掺烧生物质不会影响煤粉的正常燃烧。对飞灰的混凝土特性测试表明:在本试验的掺烧量范围内,生物质掺烧不会影响电厂飞灰在建筑行业的正常使用。

循环流化床锅炉生物质与煤混烧积灰腐蚀试验

将3种不同金属管材样品环的气冷腐蚀探头置于某生物质与煤混烧的75t/h循环流化床(CFB)锅炉尾部烟道低温过热器前,通过空气冷却模拟过热器的管壁温度,获得3种混烧比例工况下(持续时间24h)3种管材的积灰样品。利用扫描电子显微镜分析积灰的理化特性,探讨混烧比例和材料种类对积灰腐蚀的影响规律。结果表明:在测试工况下,样品环迎风面不存在明显积灰现象,而背风面积灰明显,且随着材料的不同而有所不同,但未发现明显腐蚀或金属磨损,表明碱金属含量相对较低的生物质与煤混烧并不会造成严重积灰及腐蚀。

煤与生物质混烧灰荷电特性研究

对玉米秸分别与两种煤以不同比例混烧生成的混烧灰进行了荷电特性研究。利用法拉第杯荷电量检测系统和静电低压撞击器(ELPI)测量了混烧灰的总体荷质比及分级荷质比,并借助于成分分析及形貌分析结果讨论了其影响机理。结果表明,随着生物质掺入量在混烧燃料中的增加,混烧灰的成分组成发生变化,使得其介电常数变大,比电阻增大,表面吸附能力增强,从而使混烧灰的总体荷质比有一定的上升趋势。对混烧灰的分级荷质比测量结果表明,排除灰样粒径的影响,生物质的掺入使得混烧灰的荷电能力得以增强,但影响相对较小,颗粒粒径是影响混烧灰荷电能力的主要因素。

生物质混煤燃烧过程中受热面金属氯腐蚀特性试验研究

使用自行设计水平管式炉,模拟实际炉膛气氛及积灰情况,采用腐蚀增重方法,对生物质混煤燃烧过程中受热面金属管材的氯腐蚀特性进行了试验研究。结果表明,金属试样的腐蚀增重量随时间增加而增大,符合抛物线规律。在初期存在快速腐蚀阶段,生成保护薄层,随后腐蚀逐渐变缓。随着生物质掺混比例的提高,反应速率在快速腐蚀阶段成比例增加,而后期变化不大。涂灰在初期显著降低试样腐蚀速率,随后受到灰中Cl、S等成分作用,涂灰金属试样一直保持较高的腐蚀速率,最终比未涂灰的试样腐蚀严重,且受涂灰量和成灰温度影响较大。温度对腐蚀速率的影响符合Arrhenius定律。随着气相中HCl浓度升高,金属试样的腐蚀速率呈线性关系快速增加,表现为一级反应。

适用于焚烧飞灰卫生填埋场共处置的浸出毒性鉴别程序研究

选取2种代表性垃圾焚烧飞灰,通过常规酸中和容量浸出实验和多级浸取实验,研究了酸中和容量消耗和浸出液pH值的变化规律.结果表明,现有的单批次浸出毒性鉴别程序对飞灰的酸中和容量消耗程度低,浸出液pH值高,不利于评价飞灰中重金属的潜在危险性.对比常规酸中和容量浸取实验和多级浸取实验结果,得出在垃圾焚烧飞灰与生活垃圾共处置情景(过流系统)下,中和过程与洗出过程同时发生,飞灰中有1/3左右的碱性物质参与了中和反应.在合理设定卫生填埋场参数的基础上,通过模拟计算,提出了适用于我国卫生填埋场飞灰共处置情景的浸出程序,其主要参数为:浸取液为乙酸溶液,酸度(以H+计)为0.3 mol.L-1(pH=2.64),液固比(L/S)为20.该浸出毒性鉴别程序可为我国垃圾焚烧飞灰的安全处置提供有效管理和可靠保障.

低铁硫酸铝生产新工艺研究

介绍了利用铝灰生产硫酸铝 ,采用共沉法除铁新工艺。确定了最适宜工艺条件 :硫酸质量分数 30 % ,m( H2 SO4 ) ∶m( K2 Mn O4 )∶m A=1∶ 0 .0 0 78∶ 0 .0 0 2 6 ,p H值为 3,收率达93.2 %