cwm技术(水煤浆技术)

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CWM技术--黑液水煤浆的燃烧和污染排放特性黑液水煤浆的燃烧和污染排放特性我国造纸工业废水排放放大，其中主要成分是耗氧有机物（以COD计），据我国各类工业排放量的首位。据统计，2000年我国县及县级以上造纸相关工业废水排放量为3.53×109T,占全国工业废水总排放量的18.6%以上，我国造纸行业排放废水中的COD为2.88×106T,约占全国工业COD总排放量的44%，而招致废水中又以黑液的环境污染最为严重（占整个造纸工业污染的90%），其颜色深、碱性大（PH为9~10），并含有松香酸和不饱和脂肪酸等许多有害物质。因此，黑液治理是解决造纸工业污染中首要的等待解决的问题。   目前，国内外治理黑液通常采用“蒸发-浓缩-燃烧-苛化”的“碱回收”法。对于我国以草浆为主要原料的造纸厂而言，由于草浆黑液含硅量高、粘度大，从而造成碱回收困难，碱回收率只有60%左右，同时，碱回收法投资大、成本高，也不能为国内中小型造纸厂所接受。近年来，国内也有中小型造纸厂采用酸化法提取木质素治理造纸黑液，但酸化法处理后的废水显酸性且COD很高，达不到国家排放标准，采用酸化法不仅消耗大量的硫酸，而且易产生二次污染。因此，对我国主要以草浆为造纸原料产生的黑液治理，必须在降低黑液处理成本的同时，控制和减少黑液处理中的二次污染。  水煤浆技术应用于治理黑液污染排放，是根据黑液的特点，极高碱性、所含的表面活性污染物本身含有一定的热量等特点，用黑液取代水煤浆制备过程中的添加剂和工业废水，从而达到治理造纸黑液和节约制浆成本的目的。目前，国内只有短期的工业试验，如殷惠民和原鲲等人研究了与煤共燃情况下黑液水煤浆的燃烧，探讨了黑液水煤浆燃烧的可行性。目前还未发现有关黑液水煤浆燃烧特性的实验分析和燃烧黑液水煤浆的工业报道，本文对黑液水煤浆的燃烧特性进行TG/DTG分析和工业炉燃烧分析，为黑液水煤浆的应用提供理论依据。1实验装置与材料1.1试验材料试验中使用的燃料为新汶煤为原料制备的黑液水煤浆1、黑液水煤浆2、普通水煤浆以及制浆原煤，其灰成分分析见表1，燃烧特性见表2。1.2试验方法1.2.1黑液水煤浆的热重试验方法采用瑞士MettlerTGA/SDTA851E型热重分析仪，对黑液水煤浆1、普通水煤浆以及制浆原煤在程序控制的恒定升温速率下，高灵敏地进行热重分析TG并给出微分热重曲线DTG实验条件如下：①升温速率：25~1000℃范围内取80℃min-1.②工作氛围：空气③煤样重量（烘干）：（10±1）mg；煤粉细度：200目-400目筛分。1.2.2黑液水煤浆的工业炉燃烧实验工业炉原为SZL2.8-0.69/95/70-AⅡ行热水链条炉，后由浙江大学热能所实施了改烧水煤浆改造工程，在原炉墙布置意、二次风均为旋流的水煤浆燃烧器，此锅炉炉膛出口只有锅炉管束作为对流受热面，没有省煤器和空气预热器。该锅炉在2004年1月19日至2004年3月30日期间改烧黑液水煤浆2，共1728h,平均投浆量400kgh-1,为设计负荷的56%。此次燃烧实验，由于用户的供暖负荷限制，未能做满负荷试验，实验负荷为60%左右。                4 表1  燃料灰成分                                               %样品SiO2Al2o3Fe2o3CaOMgONa2OK2OTiO2黑液水煤浆134.1528.735.222.680.8121.595.511.28黑液水煤浆243.231.096.483.210.889.362.131.31普通水煤浆38.9144.807.233.181.162.640.791.30制浆原煤46.9438.037.843.761.070.590.781.01表2燃烧特性分析样品工业分析发热量（kj.kg-1）元素分析MarAarVarFCarQnet,arCarHarNarSt,arOar黑液水煤浆144.92%6.48%19.81%28.68%1494041.0%2.54%0.86%0.62%3.58%黑液水煤浆237.71%6.87%20.91%34.51%1811447.66%3.10%0.88%0.67%3.11%普通水煤浆34.14%4.69%22.56%38.61%1908352.18%3.41%0.98%0.94%3.66%制浆原煤1.74%7.15%33.97%57.14%3233779.07%4.17%1.50%1.75%4.62%2结果   对黑液水煤浆1、普通水煤浆和制浆原煤进行热重分析，得到三者的TG/DTG曲线如图1。  对黑液水煤浆2在工业炉上的燃烧测试结果见表3，可以看出，其燃烧效率高达97.31%，同时对黑液水煤浆2在工业炉上燃烧的初始排放烟气进行测试，并与实验室中得到的制浆原煤粉烟气排放结果进行比较，见表四表3 燃烧测试结果测试内容结果测试内容结果排烟温度/℃310排烟热损失20.61%过量空气系数1.72化学不完全燃烧热损失0.13%排烟中CO的含量0.0178%机械不完全燃烧热损失2.56%飞灰含炭量20.52%锅炉散热损失2.1%炉渣含炭量0  锅炉燃烧效率97.31%锅炉热效率74.6%表4 燃烧的污染物排放样品O2CO/(mg.m-3)CO2NO/(mg.m-3)NO2(mg.m-3)NOX(mg.m-3)SO2(mg.m-3)黑液水煤浆6%235.6212.54%995.3315.671011.00841.694 制浆原煤6%556.2513.13%1798.5527.621836.172160.683讨论3.1热重试验分析3.1.1着火特性  对比3种燃料的TG/DTG曲线可以看出，黑液水煤浆1在450℃附近就达到了DTG的最大值，说明黑液水煤浆1的着火点较原煤提前。同时，采用文献6使用的TG-DTG法可以得初，黑液水煤浆1、普通水煤浆及制浆原煤着火温度分别在400℃，490℃和508℃，黑液水煤浆的着火点明显地与煤粉的着火点，这主要是由于黑液中含有木质素、纤维素和半纤维素降解产物等有机物，这些有机物在挥发份析出初期时燃烧，提高了黑液水煤浆着火热制，使着火点提前。另外，观察峰的形状可以看出，黑液水煤浆1的峰线非常的尖细，且峰前后段都比较陡，这说明其燃烧特性较好，燃烧过程剧烈。其主要原因可能是黑液中钠及化合物的催化作用，有研究表明，NaCL钠翔酸盐对焦炭燃烧反应有明显的催化作用。同时，焦炭分子矩阵和焦炭内部孔隙表面钠的富集，可以形成活化中心，从而极大地提高了燃烧的反应效率。3.1.2燃尽特性 燃尽特性指数Cb综合考虑了燃料的着火和燃烧稳定性等因素对燃烬的影响，Cb越大，燃烬特性越好，同时，采用文献9使用的定义和方法对3种燃料的燃尽特性指数进行了计算，结果如表5，从表中可以看出，黑液水煤浆1的燃烬时间最短，燃烬性能最好，普通水煤浆其次，原煤相对较差，由此也可以看出，碱金属Na堆燃烬特性的影响。3.2工业炉燃烧实验分析3.2.1燃烧结果由表3可知，燃烧黑液水煤浆的锅炉燃烧效率达97.31%，超过了一般燃煤方式的燃烧效率。这说明，黑液水煤浆作为锅炉燃料具有一定的优势，此次试验锅炉热效率为74.6%，接近原锅炉热效率的75%，若能进一步采取措施，例如安装省煤器等尾部受热面从而将排烟温度降低，则锅炉热效率还能提高几个百分点，达到80%左右。表5  试验煤种的燃烬特性指数燃料燃烬时间T0/SFF1F2Cb/10-4s-1黑液水煤浆150798%9.07%88.93%1.591普通水煤浆66698%11.75%86.25%1.475制浆原煤85398%8.94%89.06%0.933注：T0为燃烬时间。F为T0对应时刻煤样失重率。F1为TG曲线上着火点对应的煤样失重率；F2为（F-F1），为后期燃烬率；Cb为燃烬特性支书，Cb=(f1/f2)/t  现场长期运行结果表明，黑液水煤浆即使在50%甚至更低负荷下也能稳燃，且投油时间较短，一般点火5min左右即可停油。这表明黑液水煤浆具有良好的燃烧特性，自稳能力强。这与Na的助燃和堆燃烧反应的催化作用是密不可分的。3.2.2 污染排放特性 由表4可以看出，黑液水煤浆的SO2排放含量低于《锅炉大气污染物排放标准》（GWPB3-1999),同时，与制浆原煤相比，烟气中的氮氧化物和硫氧化物含量大大降低，这一方面是因为黑液水煤浆本身含S4 N量低，另一方面更为重要的是较高含量的Na具有显著的脱硫脱氮效果。另外，在锅炉负荷达到82.32%时，由山东省环境监测中心站进行SO2排放检测，此时燃料含硫量为0.80%，检测结果表明，锅炉排烟中SO2初始排放浓度为826mg.m-3,燃料自身固硫率为42.8%，烟气经湿法除尘装置后SO2排放浓度为67mg.m-3，脱硫效率为92.6%，这可能是因为烟气中的Na化合物溶于水并与SO2产生如下反应：NaOH+SO2H2O Na2SO3                (1)Na2SO3+1/2O2-----Na2SO4               (2)  上述检测结果进一步说明，黑液水煤浆由于Na含量较高而具有显著的自身脱硫效果，是一种环保型燃料。4.结论 1）水煤浆技术在黑液处理中的应用开创了黑液处理新途径，较好的解决了传统黑液处理技术不能实现污水零排放着一难题。 2）通过实验室热重分析可知，黑液水煤浆着火温度低，这是由于黑液中的有机物在挥发份析出初期时的燃烧，提高了黑液水煤浆的着火热值，使着火点提前，同时，黑液水煤浆燃烧和燃烬特性较好，这主要是黑液中钠及其化合物的催化作用。 3)黑液水煤浆的工业燃烧实验表明，黑液水煤浆能够迅速被点燃，达到自稳燃少且燃烧效率较高，满足工业应用要求。 4）水煤浆治理造纸黑液不造成二次污染，其燃烧后的SO2排放达标。4