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高浓度有机废液在流化床中焚烧处理研究

作　者: 李诗媛
导　师: 谈和平；别如山
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 工程热物理
关键词: 双温双床 流化床 HCl 逾渗理论 烧结 HCN
分类号: X703
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
下　载: 340次
引　用: 1次
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内容摘要


采用流化床焚烧处理高浓度有机废液时存在以下问题,当焚烧含高浓度碱金属盐的有机废液时,会出现床料烧结现象,严重的床层烧结最终将导致流化床在较短时间内停止流化;在流化床运行温度(800～900℃)下,向炉内直接送入钙基吸收剂(如石灰石等)去除HCl气体效率较低。本文针对上述问题,提出了双温双床气化氧化流化床焚烧新工艺,该项技术能够解决目前利用流化床焚烧高浓度有机废液遇到的难题。它将流化床低温气化与流化床高温氧化燃烧有机组合解决了流化床床料结团、烧结问题,有效地脱除了高浓度有机废液焚烧后产生的HCl、SO2和NOx等有毒有害气体,并且能够将废液中的有毒有机物彻底焚毁。本文主要针对双温双床气化氧化流化床焚烧技术中的低温气化流化床焚烧技术进行理论机理和实验室研究,通过对含有机氯、碱金属盐、有机氮的高浓度有机废液在低温气化流化床中的焚烧特性和控制方法的研究,得到双温双床气化氧化流化床焚烧炉低温气化室的设计和运行的必要参数,解决该项焚烧技术中的关键性问题,为双温双床气化氧化流化床焚烧炉的设计和实际工程应用提供理论和实验依据。具体研究内容如下。1.研究含氯有机废液在流化床中焚烧HCl生成与控制机理。在实验室规模的小型流化床实验台上,进行含三氯乙醛有机废液的焚烧及利用钙基吸收剂(CaO和石灰石)炉内脱除HCl的实验研究。研究结果表明只有温度高于600℃有机氯转化为HCl的转化率才能够达到95%以上,并且随着温度的升高转化率逐渐增大;钙基吸收剂去除HCl的最佳工况是500~600℃,Ca/Cl摩尔比为3.5。通过对不同温度不同反应时间下的CaO颗粒表面进行扫描电子显微镜(SEM)分析,从微观上看到产物层的形成从晶体成核、晶体长大到产物层越来越致密,到最后开始断裂的整个过程。高温(>600℃)下CaO与HCl之间的反应受化学反应和产物层扩散共同控制。在低温下对CaO与HCl之间的气固反应进行反应动力学分析,计算得出化学反应活化能和产物层扩散活化能,分别为11.81kJ/mol和14.82kJ/mol。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-17
物理量名称及符号表  17-22
第1章 绪论  22-35
  1.1 课题研究背景  22
  1.2 高浓度有机废液的分类  22-27
    1.2.1 常见处理有机废液的方法  23-25
    1.2.2 国内外有机废液焚烧处理现状  25-27
  1.3 流化床焚烧处理高浓度有机废液存在的问题  27-28
  1.4 双温双床气化氧化流化床焚烧技术  28-30
    1.4.1 工艺流程  28-29
    1.4.2 创新特色  29-30
  1.5 钙基吸收剂脱除HCl 气体研究综述  30-33
  1.6 本文研究的目的和主要内容  33-34
  1.7 本章小结  34-35
第2章 含氯有机废液在流化床中焚烧机理研究  35-66
  2.1 引言  35
  2.2 实验装置及实验方案  35-40
    2.2.1 实验装置及实验方法  35-38
    2.2.2 检测设备  38
    2.2.3 实验方案设计  38-40
  2.3 含氯有机废液焚烧HCl 排放特性研究  40-42
    2.3.1 过量空气系数对HCl 排放的影响  40-41
    2.3.2 温度对HCl 排放的影响  41-42
  2.4 钙基吸收剂脱除HCl 气体的实验研究  42-50
    2.4.1 Ca/Cl 摩尔比对去除HCl 气体的影响  42-44
    2.4.2 温度对去除HCl 气体的影响  44-45
    2.4.3 HCl 去除率随反应时间的变化规律  45-46
    2.4.4 钙基吸收剂颗粒粒径对去除HCl 气体的影响  46-47
    2.4.5 有机废液中有机氯的浓度对HCl 去除率的影响  47-50
  2.5 CaO 与HCl 反应的微观机理研究  50-59
    2.5.1 CaO 与HCl 反应产物的SEM/EDX 分析  50-56
    2.5.2 CaO 与HCl 反应产物层的形成机理  56-59
  2.6 CaO 与HCl 反应动力学研究  59-64
    2.6.1 反应动力学模型建立  59-62
    2.6.2 反应动力学参数的计算  62-64
  2.7 本章小结  64-66
第3章 流化床脱氯数学模型  66-101
  3.1 引言  66
  3.2 气固反应和固体的孔隙结构  66-71
    3.2.1 气固反应的进程  66-67
    3.2.2 多孔固体的孔隙结构  67-70
    3.2.3 Bethe 网络孔隙模型的建立  70-71
  3.3 逾渗理论  71-78
    3.3.1 几个基本概念  72-74
    3.3.2 逾渗标度理论  74-76
    3.3.3 逾渗与扩散  76-78
  3.4 逾渗理论对固体孔隙网络的描述  78-79
  3.5 气体在多孔固体吸收剂中的有效扩散系数  79-82
  3.6 单颗粒吸收剂氯化子模型的建立  82-88
    3.6.1 HCl 气体在吸收剂颗粒内的连续性方程  82-84
    3.6.2 反应过程中固体吸收剂颗粒孔隙的变化  84-87
    3.6.3 孔隙可利用表面积的变化  87-88
    3.6.4 单颗粒吸收剂利用率的计算  88
  3.7 流化床中颗粒磨损子模型的建立  88-90
    3.7.1 磨损分析  88-89
    3.7.2 模型建立  89-90
  3.8 流化床脱氯数学模型对钙基吸收剂CaO 转化率的预测  90-99
    3.8.1 流化床脱氯数学模型的建立  90-91
    3.8.2 计算参数的选取  91-94
    3.8.3 计算结果及讨论  94-99
  3.9 本章小结  99-101
第4章 含碱金属盐废液在低温气化流化床中焚烧烧结特性机理研究  101-135
  4.1 引言  101-102
  4.2 产生烧结的机理分析  102-104
    4.2.1 碱金属盐对烧结的影响  102-103
    4.2.2 焚烧温度对烧结的影响  103
    4.2.3 氯化物对烧结的影响  103-104
  4.3 抑制烧结的方法  104-107
  4.4 实验装置及实验方案  107-112
    4.4.1 实验装置及实验方法  107-108
    4.4.2 检测设备  108-109
    4.4.3 实验方案设计  109-112
  4.5 含Na_2SO_4 有机废液在低温气化流化床中焚烧烧结机理研究  112-114
  4.6 含Na_2CO_3 有机废液在低温气化流化床中焚烧烧结机理研究  114-115
  4.7 含NaCl 有机废液在低温气化流化床中焚烧烧结机理研究  115-119
  4.8 含NaCl 和Na_2CO_3 有机废液在低温气化流化床中焚烧烧结机理研究  119-122
  4.9 含NaCl 和Na_2SO_4 有机废液在低温气化流化床中焚烧烧结机理研究  122-124
  4.10 含NaCl、Na_2CO_3 和 Na_2SO_4 有机废液在低温气化流化床中焚烧烧结机理研究  124-127
  4.11 添加剂对含钠盐有机废液焚烧烧结的影响  127-133
    4.11.1 Ca(OH)_2 对含钠盐有机废液焚烧烧结的影响  127-129
    4.11.2 Fe_2O_3 对含钠盐有机废液焚烧烧结的影响  129-130
    4.11.3 Al_2O_3 和高岭粘土对含钠盐有机废液焚烧烧结的影响  130-132
    4.11.4 不同添加剂的最小添加量与有机废液中Na 含量的关系  132-133
  4.12 本章小结  133-135
第5章 含氮有机废液在低温气化流化床中焚烧特性机理研究  135-160
  5.1 引言  135
  5.2 氮氧化物的产生及形成机理  135-137
  5.3 实验装置及实验方案  137-141
    5.3.1 实验装置及实验方法  137-138
    5.3.2 检测设备及检测方法  138
    5.3.3 方案设计  138-141
  5.4 含乙腈有机废液在低温气化流化床中焚烧特性机理研究  141-148
    5.4.1 过量空气系数α对含乙腈有机废液焚烧特性的影响  141-144
    5.4.2 温度对含乙腈有机废液焚烧特性的影响  144
    5.4.3 有机氮浓度对含乙腈有机废液焚烧特性的影响  144-145
    5.4.4 含乙腈有机废液焚烧分解机理分析  145-148
  5.5 含苯胺有机废液在低温气化流化床中焚烧特性机理研究  148-153
    5.5.1 过量空气系数α对含苯胺有机废液焚烧特性的影响  148-150
    5.5.2 温度对含苯胺有机废液焚烧特性的影响  150-151
    5.5.3 有机氮浓度对含苯胺有机废液焚烧特性的影响  151-152
    5.5.4 含苯胺有机废液焚烧分解机理分析  152-153
  5.6 含硝基甲烷有机废液在低温气化流化床中焚烧特性机理研究  153-159
    5.6.1 过量空气系数α对含硝基甲烷有机废液焚烧特性的影响  153-155
    5.6.2 温度对含硝基甲烷有机废液焚烧特性的影响  155-156
    5.6.3 有机氮浓度对含硝基甲烷有机废液焚烧特性的影响  156-157
    5.6.4 含硝基甲烷有机废液焚烧分解机理分析  157-159
  5.7 本章小结  159-160
结论  160-163
参考文献  163-174
攻读博士学位期间发表的学术论文  174
攻读博士学位期间授权的发明专利  174-175
哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明  175
哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书  175-176
哈尔滨工业大学博士学位涉密论文管理  176-177
致谢  177-178
个人简历  178

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 废水的处理与利用
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