工业废弃物水煤浆的燃烧特性研究

煤炭燃烧兄业感容吻水的隐烧究尚庆雨423(1.煤炭科学研究总院节能工程技术研究分院,北京10003;2.煤炭资源开采与环境保护国家重点实验室,北京100013;3.国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室,北京100013)摘要:采用热天平法对工业废弃物水煤浆进行热重分析,并与未添加工业废弃物制备的水煤浆〔原煤水煤浆)的燃烧性能进行比较。结果表明:工业废弃物水煤浆的挥发分初析温度、燃点、燃烬温度均低于原煤水煤浆,燃烬特性指教C均高于原煤水煤浆,说明工业废弃物水煤浆具有燃点低、燃烬性能较好的燃烧特性,为大规模处理工业废弃物提供了技术保证。关键词:工业废弃物;水煤浆;燃烧特性中图分类号:X793;TD849文献标识码:A文章编号:1006-6772(2013)02-0078-03Combustion characteristics of coal water mixture preparedfrom industrial wasteSHANG Qing-yu..(l. Energy Conseration and Engineering Technology Research Institute, China Coal Research Institute, Beijing 100013, China2. State Key Laboratory of Coal Mining and Environmental Protection( CCRI), Beijing 100013, China;3. National Energy Technology equipment Laboratory of Coal Utilization and Emission Control(CCR/), Beijing 100013, China)Abstract: The thermal gravimetric analysis of coal water mixture( CWM) prepared from industrial wasle was carrieout with thermal balance method. Compared its combustion characteristics with these of raw coal CWM. Tested thevolatile initial precipitation temperature, ignition temperature, burnout temperature, burnout characteristic exponent(Cb) of these two CWM. The results show that, the first three exponents of industrial waste CWM are lower than thoseof raw coal CWM, while Ch is higher. That means the industrial waste CWM has beller combustion characteristics.Key words: industrial waste; coal water mixture; combustion characteristic随着中国经济的迅速发展,工业污泥及废水、位热值分别为8~10MJ/kg和12~15MJ/kg。为了废液等工业废弃物的产生量急剧增加13,2010年治理工业废弃物,结合水煤浆技术,将其配入煤中全国产生含水80%的湿污泥为3665万t。而工业制成工业废弃物水煤浆用于锅炉燃烧,能充分利用废水方面,仅造纸行业废水排放量就占全国工业废黑液、污泥中的有机质。不仅可以高效处理废弃水总排放量的18%3。由于工业废弃物含水率物,而且可以节约制浆用煤,是一项既经济又环保高、成分复杂且含有病菌等污染物,不仅难以处置、的技术。因此,近年来出现了由各种工业废弃物制利用,而且污染环境。但其均含有一定量的有机可备水煤浆的工艺技术69。燃物且热值较高,如工业污泥和造纸废液的干基高热分析法是国内外研究煤的燃烧特性最常用收稿日期:2012-11-29责任编辑:宫在芹作者简介:庆雨(1973—),男,河北石家庄人,高级经济师,现任煤炭科学研究忘院节能工程技术研究分院院长。引用格式:尚庆雨工业废弃物水煤浆的燃烧特性研究[冂洁净煤技术,2013,19(2):78-80,84.清净煤抟术》2013年第19卷第2期煤炭燃烧核心期刊矿业类核心期刊的方法之一,利用差热热天平研究煤的质量、热量表1制浆原料基本性质等随温度变化的规律(即燃烧特性曲线),从而确定a/ V,/ S, d/ e J/煤的燃点和燃烬温度等,最终得到煤样的燃烧性煤样%%(M·kgt能-3。为了解工业废弃物水煤浆的燃烧特性,对贫瘦煤2.860.9510.7112.880.3430.95以山西贫瘦煤为原料添加污泥、黑液制备的工业废深圳污泥69.532.1460.9737.121.0810.34弃物煤浆进行燃烧特性实验研究碱性黑液897210.6238.8547.580.9.961实验部分以碱性造纸黑液改性城市污泥与贫瘦煤混合1.1水煤浆样品制备了几种废弃物煤浆,并将其用于热天平的燃烧实验使用的制浆原料为山西贫癜煤、深圳污特性实验研究。为便于对比,也对由原料煤制备的泥及河南碱性造纸黑液。表为3种制浆原料的原煤煤浆进行了热天平燃烧特性实验。表2为热天基本性质。平实验用废弃物煤浆的特性分析。表2热天平实验用废弃物煤浆性质方案样品M/A%V得%FC/Qmm/(M·kg1)o(K20)%a(Na20)%贫瘦煤原煤煤浆26.362.472贫瘦煤黑液煤浆33.638.0710.0348.2719.339.703贫瘦煤污泥煤浆1238.4010.149.2142.256.84贫瘦煤污泥煤浆2335.6911.4341.6317.034.337.87注:①添加36%黑液制备的煤浆;②添加25%废耷物(污泥与黑液配比为8:2)制备的煤浆:③添加30%废弃物(污泥与黑液配比为5:5)制备的煤浆1.2热天平实验装置和条件采用北京某科学仪器厂生产的HCT-2型微机2结果与讨论差热天平,对废弃物煤浆进行热重分析。该机主要2.1实验结果包括4部分:热重反应系统、温度控制系统、数据采图1为对贫瘦煤煤浆及其添加不同工业废弃物集处理系统和可控制气氛系统。制备的煤浆进行热重分析得到的TG/DTG曲线实验条件:升温速率40℃/min,工作气氛为空气,对曲线进行分析,得到挥发分初析温度、燃点、燃烬样品质量(烘干)10mg,样品细度0.0737mm以下。温度和燃烬特性指数等一些燃烧特征值,见表3。002DTG200.16020040060080010024温度/℃温度/℃a)贫瘦煤煤浆b)贫瘦煤黑液煤浆080.04e60DTODTG0.16020040060080020040600800100/2温度/℃度/℃c)贫瘦煤污泥煤浆d)贫瘦煤污泥煤浆图14种废弃物煤浆的TG/DTG曲线煤炭燃烧表3废弃物水煤浆样品的燃烧特征原煤煤浆,说明黑液煤浆具有较原煤煤浆更好的燃挥发分燃烬特性烧性能。从图1中峰的形状可以看出,黑液煤浆的样品初析温燃点度℃燃烬温峰线非常尖细,且峰前后段都较陡,说明其燃烧特度/℃(10·s-)性较好燃烧过程剧烈,燃烬温度低,燃烬特性指数瘦煤原煤煤浆3754908251.390高,说明燃烬特性好。这主要是由于黑液煤浆的钠2贫瘦煤黑液煤浆303947561.782含量较原煤煤浆高出8倍以上,钾含量也较原煤煤3贫瘦煤污泥煤浆123704808564贫瘦煤污泥煤浆23354227351.715浆高数倍导致的。钾、钠是燃烧过程中的有效催化剂,对煤炭燃烧有明显的催化作用。同时,煤炭分注:①添加36%黑液制备的煤浆;②添加25%废弃物(污泥与黑子矩阵和煤炭内部孔隙表面钠的富集,可以形成活液底比为82)制备的继浆:③添加〕%废弃物(污与黑液配比为化中心,极大地提高了燃烧反应速率,这是黑液煤5:5)制备的煤浆。浆燃烬特性好的主要原因22结果讨论污泥煤浆的燃烧性能总体好于原煤煤浆,但污2.2.1着火特性泥在煤浆中的含量相对多时,虽然挥发分初析温由表3可以看出:贫瘦煤原煤煤浆和掺混不同度、燃点低于原煤煤浆,但燃烬温度较高,燃烬指数配比废弃物制备的3种废弃物煤浆的挥发分初析温较低。这主要是因为污泥中有机物挥发分高,使煤度和燃点有显著差别,即掺混废弃物制备的煤浆比浆燃点降低;另外,污泥自身的灰分含量较黑液高,贫瘦煤原煤煤浆易点燃。因此,其挥发分初析温度其挥发分在着火燃烧后,剩下不可燃的灰分和一些和燃点均较低,但不同配比废弃物制成的煤浆有不同的着火特性,即废弃物添加量越多、黑液比例越难燃的组分,因此其燃烧特性不如黑液煤浆。高废弃物煤浆的挥发分初析温度和燃点越低,其3结论中黑液比例为36%的煤浆,其挥发分初析温度和燃点比不加黑液的原煤水煤浆分别低45℃和96℃1)掺混废弃物制备的煤浆均比未加废弃物制这是由于黑液中含有的木质素、纤维素和半纤维素备的原煤煤浆易点燃,因此,其挥发分初析温度和降解产物等有机物在挥发分析出初期燃烧,使煤浆着火点均较低,废弃物添加量越多、黑液比例越高,燃点降低,因而由贫瘦煤添加3种废弃物制备的煤废弃物煤浆的挥发分初析温度和着火点越低浆挥发分初析温度和燃点均明显低于贫瘦煤原煤2)煤浆中废弃物添加量越多且黑液占的比例煤浆,充分说明废弃物煤浆的着火特性好。越大,煤浆的燃烬性能越好,但煤浆中污泥添加量2.2燃烬特性少时,其燃烬性能好于原煤煤浆,污泥净添加量高采用燃烬特性指数C表示水煤浆的燃烬特性。于20%时,其燃烬性能与原煤煤浆相差不大。燃烬特性指数C综合考虑了燃料的着火和燃烧稳3)添加废弃物制备的煤浆挥发分初析温度、着定性等因素对燃烬的影响。C越大,燃烬特性越火点、燃烬特性指数C等燃烧特性均好于原煤煤好。同样采用常用的定义和方法对几种燃料的燃浆,这为废弃物煤浆在工业锅炉燃烧时有较高的燃烬特性指数进行了计算,结果见表3。由表3可以烧效率提供了保证,也为废弃物的资源化、减量化看出:方案2和方案4的样品C较大,燃烬温度也无害化提供了新的技术途径。较低;而方案1样品的C最小,燃烬温度也最高,燃参考文献烬性能相对较差。这说明煤浆中废弃物添加量越多且黑液占的比例越大,煤浆的燃烬性能越好。方1史骏城市污泥处理处置系统的技术经济分析与评价案3中由于污泥在煤浆中的比例高达20%,使得其[J].给水排水,2009,35(8):32-35燃烬性能略好于原煤,但不如添加黑液制备的煤2赵长富,关于污泥处理设备选型的技术经济分析研究浆,这也充分说明污泥添加量增多,燃烬性能变好[C]∥全国污水处理技术研讨会论文集南京,2009:105-109.的优势不明显。[3]李凯军.浅谈城市污泥处理处置与资源化技术[C2.2.3废弃物在着火燃烧过程中的作用机理2010全国给排水技术信息网年会论文集.乌海,2010由热天平的实验结果可知,黑液煤浆的挥发分31-33初析温度、燃点、燃烬温度均低于原煤煤浆,C高于下转第84页煤炭燃烧MW等级机组锅炉的适应性还有待验证,但从已有[2]王忠萍新疆洁净煤技术现状和前景[J].洁净煤技的200,300MW级锅炉资料进行预测,其完全适应术,2009,15(4):9-13准东煤还存在一定困难,但其钠含量指标应不会低3赵学道新疆煤中硫含量的分布特征及污染控制对策于3.0%。[J].洁净煤技术,2008,14(4):89-90[4]杨忠灿,刘家利,何红光,等.新疆准东煤特性研究及3结论其锅炉选型[冂].热力发电,2010(8):38-40.1)与中国电站锅炉安全燃用准东混煤时的钠[5]董明刚高钠煤对锅炉受热面结渣、沾污和腐蚀的影响及预防措施[J].热力发电,2008(9):35-39含量值相比,美国的钠含量明显偏高,而德国的沾污指数∫判别结果与中国电站锅炉实际运行情况基6]相大光袁颖,许传凯大型电站锅炉炉膛选型十年回顾与展望[R].西安:西安热工研究院,1996本一致[7]岑可法,周昊,池作和大型电站锅炉安全及优化运行2)从已有燃用准东煤的大型电站锅炉调研和技术[M].北京:中国电力出版社,200试验结果看,对于100MW等级锅炉,煤灰中钠含量[8]王桂芳.信发集团新輜农六师煤电有限公司1号锅炉值≤2.5%时;对于200,300MW等级锅炉,煤灰中掺烧神华准东煤试验研究报告[R].西安:西安热工钠含量≤3.0%时,可以实现锅炉的长期安全稳定研究院,2011运行[9]王桂芳,李仁义.国电新疆红雁池发电有限公司1号3)新建600,1000MW等级机组锅炉对于高钠锅炉掺烧神华准东煤试验研究报告[R]西安:西安准东煤的适应性还有待进一步验证,从已有的大型热工研究院,2011电站锅炉钠含量指标进行预测,虽完全适应准东煤10]杨忠灿国阿新疆毕康发电有限公司!号锅炉掺烧存在一定困难,但其钠含量值应不会低于3.0%。神华准东煤试验研究报告[R].西安:西安热工研究4)对于电站锅炉燃用准东煤来说,能够保证锅院,2011炉安全稳定运行的灰中钠含量指标值的确定应与11王柱芳,李仁义华电新疆发电有限公司乌鲁木齐热实际的锅炉设备的防结焦、沾污能力相结合,即同电厂1号锅炉掺烧神华准东煤试验研究报告[R].容量等级锅炉对煤灰中钠含量的适应能力也会有西安:两安热工研究院,2011[12]杨忠灿新疆华电红雁池发电有限公司2号锅炉掺所不同。烧神华准东煤试验研究报告[R].西安:西安热工饼参考文献究院,2008[13]杨忠灿新疆华电苇湖粱发电有限公司1号锅炉掺[1]周强.中国煤中微量元素的研究[J].洁净煤技术烧神华准东煤试验研究报告[R].西安:西安热工研010,16(1):12-15究院,2007(上接第80页)方法[C//全国城镇垃圾处理与污染防治技术创新[4]曹春昱我国主要纤维原料制浆废水污染负荷研究分高级研讨会文集.合肥,2010:66-71析[J].中国造纸,2009,28(2):73-7710〕胡勤海,熊云龙,毛柯辉,等城市污泥掺混水煤浆燃[5]吕炳南,温沁雪,陈志强制浆造纸工业废水污染控制烧特性的热重分析[J].环境污染与防治,2008,30方法及研究进展[J].哈尔滨建筑大学学报,2001,34(1):60-63(6):48-52[11]王丹,孟媛媛,胡勤海,等.2种城市污泥掺混水煤浆6]段清兵城市污泥与造纸黑液制备生物质煤浆的研究的成浆性[J].环境科学学报,2009,29(8):1690J].洁净煤技术,2011,17(3):75-78.η]李效其,任瑞鹏,吕永康造纸黑液和煤泥制备水煤浆[12」朱建航胡勤海,陈菊芬,等.污泥水煤浆燃烧和污染的技术研究[J].煤炭转化,2012,35(1):41-45排放特性研究[J].燃料化学学报,2012,40(2):2528]胡勤海,朱建航,王丹,等,污泥水煤浆的燃烧固硫实验研究[J].浙江大学学报:理学版,2010,37(4):46713]方立军,高正阳,阎维平.利用热天平对电厂混煤燃尽特性的实验研究[J].华北电力技术,2001(1):79]王睿坤,刘建忠虞育杰等,一种湿污泥资源化利用新洁净煤技术》2013年第19卷第2期