【摘要】： 含油污泥是石油開(kāi)采和加工過(guò)程中的“伴生品”,是一種危險(xiǎn)廢棄物,產(chǎn)生在石油生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)(原油的開(kāi)采、運(yùn)輸、原油的精加工)。在我國(guó)每年有近百萬(wàn)噸的油污泥產(chǎn)量,而到目前為止還沒(méi)有成熟完善的油污泥處理方法。由于工業(yè)生產(chǎn)所帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越受到社會(huì)的關(guān)注,對(duì)油污泥進(jìn)行無(wú)害化處理已是一個(gè)迫在眉睫的問(wèn)題,科學(xué)、有效地解決含油污泥處理難題對(duì)石油行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。 焚燒工藝被世界各國(guó)認(rèn)為是污泥處理中的最佳實(shí)用技術(shù)之一,它以處理速度快,減量化程度高,能源再利用等突出特點(diǎn)而著稱。針對(duì)目前國(guó)內(nèi)油污泥的處理現(xiàn)狀和污泥處理的發(fā)展趨勢(shì),文本提出了油污泥流化床焚燒處理方法,油污泥經(jīng)過(guò)焚燒處理后,污泥中的有機(jī)質(zhì)被高溫分解并燃燒,同時(shí)殘?jiān)w積小,熱能可以利用。油污泥在流化床內(nèi)燃燒是一個(gè)嶄新的課題,關(guān)于油污泥在流化床內(nèi)燃燒的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。其中油污泥在流化床內(nèi)的燃燒特性及機(jī)理是實(shí)現(xiàn)油污泥流化床焚燒處理和穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵,本文針對(duì)此關(guān)鍵問(wèn)題較為系統(tǒng)地展開(kāi)了實(shí)驗(yàn)、理論和應(yīng)用研究工作。 油污泥的理化特性是油污泥流化床焚燒的基礎(chǔ),本文第二章對(duì)油污泥的化學(xué)成分、熱化學(xué)特性、升溫過(guò)程中的揮發(fā)分析出及組分等進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,在實(shí)驗(yàn)中采用了多種實(shí)驗(yàn)方法,主要包括:利用萃取方法分析了油污泥的有機(jī)組分;應(yīng)用色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC/MS)確定了有機(jī)組分的化學(xué)成分;利用熱重分析分析了油污泥在程序升溫過(guò)程中的熱解、燃燒特性;利用帶有火焰離子檢測(cè)器的油氣評(píng)價(jià)系統(tǒng)分析了程序升溫過(guò)程中的烴類物質(zhì)的揮發(fā)釋放特性;應(yīng)用固定床反應(yīng)器研究了一定升溫速率下熱解揮發(fā)分組分隨溫度的析出規(guī)律。從油污泥的特性分析入手,基于其工業(yè)分析、元素分析、成分分析及熱重分析等基礎(chǔ)數(shù)據(jù),根據(jù)不同升溫速率下熱解的烴析出曲線采用等轉(zhuǎn)化率法求解了熱解過(guò)程中烴析出活化能隨反應(yīng)程度的變化規(guī)律,并討論了其變化機(jī)理。 在油污泥流化床處理系統(tǒng)中,石英砂作為惰性床料其在床內(nèi)的破碎和磨損規(guī)律對(duì)流化床的穩(wěn)定運(yùn)行有重要影響。本文第三章在熱態(tài)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了石英砂破碎、磨損規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究。在破碎實(shí)驗(yàn)中考慮了顆粒尺寸(2.5~6mm)和床溫(650~950℃)對(duì)破碎的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)破碎隨著床溫的升高和顆粒尺寸的增大而加劇,對(duì)于較小顆粒在床溫較低的情況下,破碎主要發(fā)生在顆粒表面,破碎的主要?jiǎng)恿κ菧囟忍荻纫鸬脑陬w粒表面產(chǎn)生的壓應(yīng)力,其特征為產(chǎn)生大量的細(xì)小顆粒,而平均粒徑不發(fā)生明顯變化。對(duì)于較大顆粒在床溫較高的情況下,顆粒會(huì)由于顆粒中心處的拉應(yīng)力超過(guò)顆粒的抗拉極限而發(fā)生熱破碎,其特征是母顆粒會(huì)分裂成幾個(gè)大小相當(dāng)?shù)淖宇w粒,使平均粒徑明顯減小。采用正交實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法在熱態(tài)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了石英砂床料的磨損實(shí)驗(yàn),通過(guò)對(duì)不同運(yùn)行參數(shù)(顆粒平均直徑、床溫、流化數(shù)、床料高度)對(duì)石英砂床料磨損影響的級(jí)差分析,得到不同運(yùn)行參數(shù)對(duì)石英砂床料磨損影響程度的主次關(guān)系依次是流化數(shù)、平均粒徑、床溫、料層高度。基于灰色預(yù)測(cè)理論推導(dǎo)了GM(1, 5)灰色模型,預(yù)測(cè)了石英砂在流化床內(nèi)的磨損,實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了GM(1, 5)模型的準(zhǔn)確性,其平均預(yù)測(cè)誤差僅為0.508%。 本文第四章在小型熱態(tài)流化床上進(jìn)行了單顆粒油污泥球的熱解和燃燒實(shí)驗(yàn)以及油污泥的連續(xù)燃燒實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中考慮了油污泥球徑的變化對(duì)熱解過(guò)程中揮發(fā)分組分和熱解時(shí)間的影響;分析了燃燒過(guò)程中油污泥球徑、床溫、流化風(fēng)速和水分含量對(duì)燃盡時(shí)間、煙氣組分和濃度的影響。在單顆粒油污泥球燃燒實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上,研究了油污泥連續(xù)燃燒過(guò)程中表觀流化風(fēng)速和床溫對(duì)燃燒的影響,分析了爐膛高度方向上的煙氣成分的變化規(guī)律;最后討論了油污泥在流化床內(nèi)燃燒的成灰特性,并在小型實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了油污泥灰的揚(yáng)析實(shí)驗(yàn),得到了揚(yáng)析速率常數(shù)Ki*與相關(guān)因素的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。 結(jié)合油污泥流化焚燒工藝專利,在深入研究分析油污泥流化床燃燒特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,在本文的第五章確定了油污泥潔凈焚燒裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù),優(yōu)化設(shè)計(jì)了一套完整的潔凈焚燒裝置。 在本文第6章對(duì)所設(shè)計(jì)的20t/h油污泥循環(huán)流化床燃燒鍋爐進(jìn)行了系統(tǒng)的性能測(cè)試。研究了油污泥-水煤漿混燒的燃燒特性、氣體污染物排放特性、灰渣特性。通過(guò)分析沿床高的溫度分布總結(jié)了油污泥-水煤漿混燒比對(duì)燃燒的影響,分析表明,采用水煤漿作為伴燒燃料可以非常靈活地調(diào)節(jié)密相區(qū)的運(yùn)行溫度。應(yīng)用油污泥-水煤漿流化燃燒綜合數(shù)學(xué)模型,對(duì)油污泥-水煤漿流化床爐內(nèi)床高方向上的溫度分布及煙氣組分分布進(jìn)行了數(shù)值模擬,通過(guò)對(duì)模型模擬結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果的比較,表明該模型可以描述油污泥-水煤漿流化燃燒過(guò)程的主要特征。
【圖文】：

機(jī) 2 減壓閥 3 壓力表 4 轉(zhuǎn)子流量計(jì) 5 空氣加熱爐 6 流化 9 換熱器 10 旋風(fēng)分離器 11 灰罐 12 布袋除塵器 13 真空?qǐng)D 3-6 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖Fig.3-6 Schematic diagram of experimental system表 3-2 石英砂試樣的成分分析

Before fragmentation 20oC×5000 (b) After fragmentation 950℃×5000圖 3-13 石英砂顆粒在 950℃破碎前后顆粒表面的電鏡照片F(xiàn)ig.3-13 SEM photos of quartzite particles before and after experiment at 950℃Before fragmentation (particle sieve size: 2.5-6mm)After fragmentation (particle sieve size: 0.6-6mm)Before fragmentation (particle sieve size: 2.5-6mm)After fragmentation (particle sieve size: 0.6-6mm)
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：X741

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本文編號(hào)：2593359