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城市生活垃圾直接气化熔融过程中灰渣熔融实验研究

作　者: 赵鹏
导　师: 王华
学　校: 昆明理工大学
专　业: 热能工程
关键词: 城市生活垃圾熔融灰渣 TG-DSC 动力学
分类号: X705
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

焚烧法处理城市生活垃圾的特点是减量化效果显著，体积可减少90％，但仍有20％～30％的质量残留在焚烧灰渣中。由于灰渣中含有重金属、二恶英等有毒有害物质，可以导致导致二次污染，焚烧灰渣主要包括飞灰和底灰，飞灰属于危险废物，底灰在我国是属于没有毒性的一般废物，可直接进行填埋或作建筑材料加以利用。近年来，随着我国经济快速发展，越来越多的城市相继建起了生活垃圾焚烧发电厂，我国在城市生活垃圾焚烧处理方面已积累了一定的经验，对焚烧工艺和焚烧过程产生的二次污染物也做了大量的研究工作。但研究多集中于飞灰这种危险废物，而对属于一般废物的焚烧灰渣的研究很少。因此如何安全有效地处理焚烧灰渣成为急待解决的环境问题和社会问题，用熔融法处理焚烧灰渣受到了越来越多的关注。而垃圾直接气化熔融焚烧技术将垃圾热解、焚烧和灰渣的熔融各个过程溶为一体，是新一代的废物处理技术，发展潜力巨大。本文研究了华东地区某城市生活垃圾焚烧厂的焚烧灰渣的基本特性和熔融特性，对灰渣熔融过程中可能发生的反应及物相进行了分析。焚烧灰渣是一种非均质混合物，主要晶相为硅酸盐、氧化物、碳酸盐和溶解盐类。用德国NETZSCH公司的STA-409PC型同步热分析仪对灰渣熔融过程进行了热分析实验，得出相应的TG-DTG-DSC曲线，从曲线图中，可以得出灰渣熔融过程分为几个明显的阶段：水分的挥发、残留的碳酸盐的分解、硫酸盐的分解及灰渣的熔融。分析了升温速率对TG-DTG-DSC曲线的影响。随着升温速率的增加，不同的升温速率下，TG、DTG和DSC曲线具有大致相同的变化趋势。TG曲线向高温侧移动，即达到相同失重量的情况下，升温速率越高，所需的熔融温度越高。在相同的温度下，升温速率越低，剩余重量越少。随着升温速率的增加，DTG曲线也向高温区移动，最大失重速率对应的温度升高，最大失重速率也增大。但对DSC曲线，升温速率越大，峰值温越高，但峰面积没有表现出相似的规律。根据TG-DSC曲线建立了灰渣熔融动力学模型，灰渣熔融属于零级反应，反应速率与浓度无关。通过拟合方程计算出灰渣熔融动力学参数。为熔融工艺设计提供理论依据。在灰熔点测试仪上进行了灰渣熔融实验，对灰渣的熔点进行测试。对CaO、总碱性氧化物、SiO₂+CaO、碱度及实验气氛对灰熔点的影响进行研究。当灰渣中的CaO添加量小于33％时，随着CaO含量的增加，焚烧灰渣熔点逐渐降低；当CaO添加量大于33％时，随着CaO含量的增加，焚烧灰渣熔点逐渐减小。当总碱性氧化物的含量低于46％时，焚烧灰渣熔点随碱性氧化物含量的增加而减小，而当起含量大于46％时，焚烧灰渣熔点随碱性氧化物含量的增加而增大。而随着（Al₂O₃+SiO₂）含量的增加，灰渣熔点不断升高。碱度K值在1附近时，灰渣熔融温度最低。通过对不同气氛下灰渣熔融实验得出焚烧灰渣在弱还原性介质中熔点最低，在氧化性气氛中最高。最后对城市生活垃圾熔融灰渣的资源化利用情况作了简要介绍。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-26
  1.1 城市生活垃圾的现状及危害  9-12
    1.1.1 城市生活垃圾的现状  9-10
    1.1.2 城市生活垃圾的危害  10-12
  1.2 城市生活垃圾的处置方法  12-14
  1.3 城市生活垃圾焚烧技术的国内发展状况  14-15
  1.4 本课题研究背景及意义  15-26
    1.4.1 本课题的国内外研究状况  15-25
    1.4.2 本课题的研究目的及本文的研究内容  25-26
第二章城市生活垃圾焚烧灰渣的特性  26-34
  2.1 灰渣的物化性质  26-30
    2.1.1 灰渣的组成  26-27
    2.1.2 灰渣的物理性质  27-28
    2.1.3 灰渣的化学性质  28
    2.1.4 灰渣的物相组成  28-30
  2.2 灰渣的污染特性  30-33
    2.2.1 重金属毒性浸出  31
    2.2.2 二恶英危害  31-33
  本章小结  33-34
第三章城市生活垃圾焚烧灰渣熔融热力学分析  34-49
  3.1 灰渣熔融过程热力学分析  34-40
  3.2 热分析实验  40-47
    3.2.1 实验装置  40-42
    3.2.2 实验条件  42
    3.2.3 实验结果分析  42-47
  本章小结  47-49
第四章城市生活垃圾灰渣熔融动力学分析  49-59
  4.1 概述  49
  4.2 熔融动力学理论依据  49-51
  4.3 灰渣熔融反应机制的判定  51-53
  4.4 动力学参数的求取  53-56
  4.5 焚烧灰渣熔融过程模拟  56-58
  本章小结  58-59
第五章城市生活垃圾焚烧灰渣熔融实验研究  59-67
  5.1 灰渣熔融技术原理  59
  5.2 灰渣熔融特性实验  59-66
    5.2.1 灰渣熔点测定  59-62
    5.2.2 影响灰渣熔融的因素  62-66
  本章小结  66-67
第六章城市生活垃圾熔融灰渣的资源化利用探讨  67-77
  6.1 引言  67
  6.2 灰渣的资源化利用现状  67-72
  6.3 熔融灰渣的资源化利用  72-75
    6.3.1 熔融灰渣的性质  72-73
    6.3.2 熔融灰渣的资源化利用探索  73-75
    6.3.3 熔融灰渣水泥路面砖的物理力学性能  75
  本章小结  75-77
第七章全文总结及展望  77-79
  7.1 总结  77-78
  7.2 展望  78-79
参考文献  79-83
致谢  83-84
附录  84

城市生活垃圾直接气化熔融过程中灰渣熔融实验研究

内容摘要

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