含油污泥是石油開采和加工過程中產生一種有害污泥,它不僅占用大量的土地資源,對周圍的土壤、空氣、地下水都會造成污染。針對含油污泥自身的燃燒特性,上海交通大學提出一種采用異密度循環(huán)流化床焚燒處理含油污泥的方法。異密度循環(huán)流化床是一種采用石英砂顆粒作為流化床媒體物料、組合式高溫漩渦分離器、爐膛為變截面結構形式的循環(huán)流化床。為了更好地應用這種異密度循環(huán)流化床焚燒處理含油污泥的技術,本文結合含油污泥的燃燒特性,建立了異密度循環(huán)流化床爐內焚燒含油污泥的整體數(shù)學模型,通過編制程序計算出相關爐內參數(shù),并與現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)進行對比與分析。 首先,對含油污泥的燃燒特性進行了實驗研究,給出了含油污泥樣品的理化特性數(shù)據(jù),進行了含油污泥的熱解與燃燒熱重分析與差熱分析實驗,通過對比分析了含油污泥的燃燒與熱解的熱重曲線,發(fā)現(xiàn)含油污泥的可燃物質來自于其熱解產物。為此,在不同溫度下,進行了含油污泥的恒溫熱解研究,測定了含油污泥在不同溫度下主要熱解產物的產率,并給出了這些熱解產物的產率以及揮發(fā)分析出的實驗關聯(lián)方程式。另外,還在一個小型流化床實驗臺進行了含油污泥的燃燒實驗,實驗表明含油污泥不僅在密相區(qū)發(fā)生燃燒,而且在稀相區(qū)已有一部分揮發(fā)分燃燒。 其次,建立了異密度循環(huán)流化床相關的子模型,主要包括爐內傳熱模型與流動模型。并重點研究了石英砂床料磨損與破碎模型、密相區(qū)表面固體顆粒夾帶率的數(shù)學模型、組合式高溫漩渦分離器的分級分離效率模型等。在完成這些子模型之后,結合這些子模型構建了非等高小室模型。即依據(jù)所建各子模型,構建各小室的質量平衡方程與能量平衡方程來求解爐內的溫度分布、爐內傳熱系數(shù)分布以及氣相成分分布等爐內燃燒特性參數(shù)。 最后,進行了20t/h異密度循環(huán)流化床爐內焚燒含油污泥現(xiàn)場實驗。描述了20t/h異密度循環(huán)流化床焚燒處理含油污泥現(xiàn)場啟動、調試與運行測試方法。對比分析了摻燒水煤漿的三種工況實驗數(shù)據(jù)與整體數(shù)學模型結果,發(fā)現(xiàn)模擬計算值與實驗值都基本吻合,這說明本論文所建立的異密度循環(huán)流化床焚燒處理含油污泥爐內整體數(shù)學模型是合適的、可靠的。之后,以所建立整體數(shù)學模型為基礎,通過改變整體數(shù)學模型中的相關參數(shù),包括含油污泥的焚燒處理量、含油污泥揮發(fā)分含量、灰分含量與水分含量、過量空氣系數(shù)、爐膛高度及受熱面面積等參數(shù),來模擬分析這些參數(shù)的變化對爐內燃燒特性的影響。模擬發(fā)現(xiàn)爐內溫度一般隨含油污泥的焚燒處理量的增加、含油污泥揮發(fā)分含量的增加、灰分含量與水分含量減少、爐膛高度與爐內受熱面面積的減少而增加。但是,過量空氣系數(shù)的變化對爐內溫度的影響在爐膛下部和上部呈現(xiàn)出不同的特點。在爐膛下部,當過量空氣系數(shù)增加時,由于送入的冷風量增加,床溫會隨著過量空氣系數(shù)增加而降低,而在爐膛上部,過量空氣系數(shù)過高或過低都可能導致爐溫下降。除此之外,還同時模擬分析了其他爐內燃燒特性參數(shù)如爐內換熱系數(shù)、煙氣成分隨這些參數(shù)變化的影響結果。
【學位單位】：上海交通大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2009
【中圖分類】：X703
【部分圖文】：

Element Weight fraction Element Weight fractionCa 8.758 Cu 0.11Fe 5.16 Mn 0.0882AL 3.754 Se 0.0601Ba 2.583 Ni 0.05K 1.369 Pb 0.0186Na 1.237 Co 0.0164Mg 0.4889 Cr 0.0159Sr 0.4779 As 0.0083Ti 0.1313 Mo 0.006Zn 0.1285 Cd 0.0004Total 24.4615污泥熱重分析究含油污泥的揮發(fā)分析出與燃燒特性，本文首先對含油污泥進熱重分析實驗中，熱分析儀采用 TGA 2050 Thermogravimetric量為 10mg，燃燒實驗用氣氛為空氣，熱解試驗用氣氛為 99. 10℃·min-1、20℃·min-1、40℃·min-1和 80℃·min-1。并采用 TA美國)對干燥的含油污泥實驗進行了差熱分析。

圖 2-2 含油污泥的著火溫度和燃盡溫度示意圖Figure2-2 Figure of Ignition and Burnout Temperature of Oily Sludge速率為 10℃·min-1、20℃·min-1、40℃·min-1和 80℃·min-1的燃燒著火溫度與燃盡時刻見表 2-5。表 2-5 含油污泥在不同升溫速率條件下燃燒溫度和時刻Stage of volatile combustiong rate/℃·minBeginning End-1Time/min Temperature/℃ Time/min Temper10 35.76 367.3 40.33 4120 19.35 376.3 21.98 4240 10.88 393.4 12.61 4680 6.21 404.9 7.04 47溫速率對含油污泥燃燒的影響表 2-5 可以看出，升溫速率對含油污泥的著火和燃盡有著很大的影響率的提高，含油污泥燃燒的著火溫度和燃盡溫度都有所升高，著火與提前。在整個燃燒過程中，雖然著火到燃盡的溫度差變化不大，但完

和結束時的主要特征量，可以綜合反映了燃料的燃燒特性，其值越大，表明燃料的燃燒特性越好。含油污泥在不同升溫速率下的燃燒特性指數(shù)見表2-5和圖2-3，可以發(fā)現(xiàn)隨著升溫速率的升高，含油污泥的燃燒特性指數(shù)明顯增大，說明隨著升溫速率的提高，含油污泥的燃燒品質也相應升高。根據(jù)前面的分析，隨著升溫速率的增大，含油污泥的著火溫度和燃盡溫度會升高，通常這是不利于燃料燃燒的。但是，此時的燃燒速率也隨升溫速率增大而顯著提高，顯然這對含油污泥燃燒是有利的一面。另外，從圖2-4可以看出，燃燒特性指數(shù)隨升溫速率升高而增大，這說明燃燒速率的提高對含油污泥燃燒的正面影響不僅彌補了由著火溫度和燃盡溫度帶來的負面影響，而且超過了著火溫度和燃盡溫度帶來的負面影響。因此

【參考文獻】

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本文編號：2834241