【摘要】：黑液是造紙堿法煮漿段產(chǎn)生的廢液,其COD(化學(xué)需氧量)排放量占整個(gè)造紙過程污染物排放量的90%。因此,黑液的治理就是解決造紙廢水污染問題的關(guān)鍵。黑液的主要成分為木質(zhì)素、半纖維素、碳水化合物的降解物和煮漿段殘余的燒堿,因此它也是一種重要的能量和堿的來源。目前,流化床堿回收技術(shù)已被證明是一種經(jīng)濟(jì)有效的黑液處理方法,該技術(shù)可以在利用高溫?zé)o害化處理黑液的同時(shí)回收利用黑液燃燒所產(chǎn)生的熱量和堿。但是,當(dāng)使用流化床燃燒氯、鉀和硅元素含量更高的草漿黑液時(shí)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的床料燒結(jié)問題,這成為使用流化床堿回收法處理草漿黑液的最大障礙。此外,傳統(tǒng)的堿回收工藝流程較為復(fù)雜且需要消耗額外能源,因此其經(jīng)濟(jì)性被大幅降低。針對(duì)以上問題,本文提出草漿黑液流化床燃燒直接堿回收技術(shù),在解決床料燒結(jié)問題的同時(shí)簡(jiǎn)化傳統(tǒng)堿回收工藝流程。本文首先進(jìn)行了不同溫度和床料條件下的草漿黑液流化床燃燒試驗(yàn)研究,并根據(jù)試驗(yàn)得出的最佳運(yùn)行條件進(jìn)行了流化床直接堿回收試驗(yàn)。隨后,通過試驗(yàn)研究了不同浸泡條件下濕法預(yù)處理對(duì)于草類制漿原料中氯和鉀元素浸出效果的影響。最后,創(chuàng)建與本文所用流化床試驗(yàn)臺(tái)尺寸相同的三維模型,并根據(jù)試驗(yàn)過程中得出的具體操作參數(shù)對(duì)草漿黑液的流化床燃燒過程進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。首先,通過鈣基沸石為床料的草漿黑液流化床燃燒試驗(yàn)研究,得出了不同溫度下床料的燒結(jié)特性、鈣基沸石抑制燒結(jié)的機(jī)理、氯和鉀元素氣相析出特性以及NO_x和SO_2的排放特性。發(fā)現(xiàn)鈣基沸石具有良好的抑制燒結(jié)效果,它可以保證草漿黑液在700-850°C下穩(wěn)定燃燒4小時(shí)且不出現(xiàn)流化停滯現(xiàn)象。HCl是草漿黑液燃燒時(shí)氯元素氣相析出的主要形式,且鈣基沸石會(huì)與鉀元素反應(yīng)從而抑制其析出。其次,通過以碳酸鈣為床料的草漿黑液流化床燃燒試驗(yàn),得出了碳酸鈣抑制燒結(jié)的機(jī)理、碳酸鈣對(duì)氯和鉀元素氣相析出特性以及NO_x和SO_2排放特性的影響。隨后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果挑選最佳燃燒條件進(jìn)行了流化床直接堿回收試驗(yàn),驗(yàn)證了直接堿回收工藝可行性并計(jì)算了堿回收率。發(fā)現(xiàn)碳酸鈣具有強(qiáng)于鈣基沸石的抑制燒結(jié)效果,且以碳酸鈣為床料的流化床燃燒直接堿回收工藝是可行的,其堿回收率超過90.1%。第三,通過草類制漿原料的濕法預(yù)處理試驗(yàn),研究了浸泡溫度、浸泡時(shí)間以及浸泡液種類對(duì)氯和鉀元素浸出效果的影響。發(fā)現(xiàn)稻稈和麥稈中分別有大約95.18%的氯元素和85.12%的鉀元素可通過濕法預(yù)處理去除。浸泡溫度的提升能夠明顯增加稻稈和麥稈中氯和鉀元素的浸出速度以及浸出率。此外,0.25mol/L的氫氧化鈉溶液不會(huì)影響氯和鉀元素的浸出,但0.25mol/L的檸檬酸溶液能提高鉀元素的浸出率。最后,基于歐拉-歐拉雙流體模型,認(rèn)為顆粒相與氣相均為連續(xù)相,考慮黑液固形物在爐內(nèi)的熱解、氣體反應(yīng)和異相反應(yīng)過程,同時(shí)依據(jù)流化床燃燒試驗(yàn)得到的最優(yōu)操作參數(shù)對(duì)草漿黑液的流化床燃燒特性進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,得到了氣固兩相的速度分布、濃度分布、壓力分布、湍動(dòng)特性、各氣相產(chǎn)物的濃度分布以及溫度場(chǎng)分布。對(duì)比燃燒氣體產(chǎn)物組分的模擬值和試驗(yàn)值,結(jié)果表明本文建立的草漿黑液流化床燃燒模型可靠。
[Abstract]:Black liquor is the effluent from alkaline pulping section of papermaking. Its COD (Chemical Oxygen Demand) accounts for 90% of the total pollutant discharged from papermaking process. Therefore, the treatment of black liquor is the key to solve the pollution problem of papermaking wastewater. It is also an important source of energy and alkali. At present, the fluidized bed alkali recovery technology has been proved to be an economical and effective black liquor treatment method, which can recover heat and alkali from black liquor combustion while using high temperature harmless treatment of black liquor. In addition, the traditional alkali recovery process is more complex and needs to consume additional energy, so its economy is greatly reduced. In view of the above problems, this paper proposes a fluidized bed reactor for straw pulp black liquor. Combustion direct alkali recovery technology can solve the problem of bed material sintering and simplify the traditional alkali recovery process. Firstly, the experiment of straw pulp black liquor fluidized bed combustion under different temperature and bed material conditions was carried out, and the experiment of direct alkali recovery in fluidized bed was carried out according to the best operating conditions. The effects of wet pretreatment on leaching efficiency of chlorine and potassium in straw pulping raw materials under different soaking conditions were studied. Finally, a three-dimensional model with the same size as the fluidized bed test bed used in this paper was established, and the fluidized bed combustion process of straw pulping black liquor was numerically simulated according to the specific operating parameters. Firstly, the sintering characteristics of straw pulp black liquor at different temperatures, the mechanism of calcium-based zeolite suppressing sintering, the gas phase precipitation characteristics of chlorine and potassium, and the emission characteristics of NO_x and SO_2 were obtained by the experimental study on the combustion of straw pulp black liquor with calcium-based zeolite as bed material. HCl is the main form of chlorine vapor phase precipitation in straw pulp black liquor combustion, and calcium-based zeolite reacts with potassium to inhibit its precipitation. Secondly, the mechanism of calcium carbonate inhibiting the sintering of straw pulp black liquor in fluidized bed combustion with calcium carbonate as bed material is obtained. The effects of calcium carbonate on the gas phase precipitation characteristics of chlorine and potassium and the emission characteristics of NO_x and SO_2 were studied. Then the best combustion conditions were selected to carry out the direct alkali recovery test in fluidized bed. The feasibility of the direct alkali recovery process was verified and the alkali recovery rate was calculated. Moreover, the direct alkali recovery process with calcium carbonate as bed material is feasible. The recovery rate of alkali is more than 90.1%. Thirdly, the effects of soaking temperature, soaking time and soaking liquor types on the leaching efficiency of chlorine and potassium were studied by wet pretreatment of straw pulping materials. Chlorine and potassium in rice straw and wheat straw can be removed by wet pretreatment. The leaching rate and leaching rate of chlorine and potassium in rice straw and wheat straw can be significantly increased by increasing soaking temperature. In addition, 0.25 mol/L sodium hydroxide solution does not affect the leaching of chlorine and potassium, but 0.25 mol/L citric acid solution can improve the leaching rate of potassium. Finally, based on the Euler-Euler two-fluid model, it is considered that the particle phase and the gas phase are continuous phase, and the pyrolysis, gas reaction and heterogeneous reaction process of the black liquor solid in the furnace are considered. Velocity distribution, concentration distribution, pressure distribution, turbulence characteristics, concentration distribution and temperature field distribution of the gas products in the two phases of straw pulp were studied.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X793

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本文編號(hào)：2223110