热解终温对污泥热解产物分布及特性的影响.doc

温度对污泥热解产物及特性的影响高现文1 李海英2 单春贤1 郝建新1 高鹤明1（1. 江苏大学能源与动力工程学院,江苏 镇江 212013;2. 河北理工大学冶金与能源学院,河北 唐山 063009）摘要：用直径为200mm的外热式固定床反应器,以唐山西郊污水处理厂剩余污泥为实验物料,在终温为250-700并在初期通以氮气的情况下,对污泥的热解产物分布及特性进行了研究.实验表明：在物料成分和其它条件不变的情况下,随着热解终温的提高,热解反应所需时间缩短;热解气和热解焦油的总产率增加;焦炭产量减少;热解焦炭的工业分析表明,随热解终温的升高挥发分减少、固定炭和灰分增加;热解焦油的热值在1043MJ/Kg之间;焦炭的热值1024MJ/Kg之间.为不同工业需求制定不同的热解温度提供了依据.关键词：污泥热解;热解产物特性;产率;热解终温中图分类号：X705 文献标识码：AThe effect of temperature on products and Characteristics of sludges pyrolysisGao Xianwen1 Li Haiying2 Shan Chunxian1 Hao Jianxin1 Gao Heming11- School of Energy and Power Engineering, Jiangsu University. (Zhenjiang, Jiangsu 212013, China2- School of Maetallurgy and Energy , Hebei Polytechnic University. (Tangshan , Hebei 063009,china)Abstract: The equipment of the experiment is external-heat fixed bed reactor with a diameter of 200 mm. The material is the deposit sludge, collected from a sewage disposal plant in the western suburb of Tangshan city. The ultimate temperature ranks from 250 to 700 , and at the beginning of each experiment, N2 is brought in. The distribution of pyrolysis products and their characteristics are analyzed. This experiment shows that: when the same material is used and other conditions are not changed, the time of the pyrolysis reaction is becoming shorter as the ultimate temperature increases; the productive rares of pyrolysis gas and pyrolysis tar are both increased; the output of coke is decreased; The calorific value of pyrolysis tar is at 1043MJ/Kg; and the calorific value of pyrolysis coke is at 1024MJ/Kg. Offer basis for the choice of ultimate temperature to meet different need and the experiments of pyrolysis.Keywords: Sludge prolysis;The distribution of products;Temperature作者简介：高现文（1981- ）,男,硕士研究生.引言污泥是城市污水处理及废水处理不可避免的副产品,且产量巨大.据估计,全世界一年产生的干污泥量达1亿吨,而我国约2105吨1.随着人类环保意识的提高和全球资源逐渐匮乏,污泥的管理和资源化利用已成为目前一个世界性的能源、社会和环境问题.在我国长期以来存在着重废水处理,轻污泥处理的倾向.在已建成的污水处理厂中,90以上没有污泥处理的配套设施;现有的污水处理厂中,有污泥稳定处理设施的还不到1/41.许多城市仍采用就地露天堆放的方法,带来严重的环境污染,并已威胁到人民的健康,污泥已成为二次污染源,使污水处理工作变得毫无意义从整体上看,我国污泥处理存在的主要问题有：(1)污泥处理率低,工艺不完善;(2)污泥处理技术和设备落后;(3)污泥处理管理、设计水平低.所以,在目前开发一种廉价、处理效率高的技术和投建一批现代化的污水污泥处理设备是解决以上问题的关键.本文对热解终温对污泥热解产物分布及特性的影响做了分析,为污泥的工业热解提供理论和实验支持.1实验部分1.1 实验装置 实验装置如图1所示2,由加热炉、热解反应器、冷凝器、U型差压计、气体流量计、温度控制仪等组成.加热炉采用固定床外热式电加热炉,功率为7.5kw.热解反应器由耐高温不锈钢材料制成,直径200mm,高度为350mm.反应器盖上设有出气管、充氮管和四只热电偶.三只热电偶位于反应器的同一径向,用于测量物料的温度变化;另一只热电偶位于反应器内物料的上空,用于测量反应器内热解气的温度.为使热解气中的可凝结物质充分冷凝下来,采用三组U型套管式水冷冷凝器进行冷凝,在其底部装有收集冷却热解液的收集器.去除可凝气体后的不凝性气体经过流量计排出室外燃烧.在冷凝器和流量计之间的U型差压计测量系统内的压力变化. 1温控仪 2热电偶 3加热炉 4反应器 5充氮管6收集器 7温度计 8换热器 9U型管差压计 10取气口11气体流量计 图1实验装置图Fig.1 Diagram of pyrolysis equipment1.2 实验物料 本实验物料采自于唐山西郊污水处理厂的肥料生产厂,采集的时间分别在三月份和四月份.污泥的工业分析和元素分析如表1.自然风干后的物料的粒度在1cm 以下,为了保证实验物料的成分和实验测量的准确度,干物料在装入反应器前,在电热烘箱中保持105左右烘干约24小时,保证95以上的水分析出.表1 污泥的工业分析和元素分析Tab.1 Primary analysis and ultimate analysis of sewage sludge工业分析元素分析Wad/%A ad/%V ad/%FC ad/%Q ad/KJKg-1HSNCO2.0830.1559.787.98192406.080.993.8744.1744.892.3 实验方法和实验条件2.3.1实验准备和测量（1）实验前将排气管道在碱性水中冲洗,然后用电吹风吹干,称取其净重.（2）调节温控仪：调节温控仪使其实现实验所需升温曲线和终温.在此,把加热炉壁温作为温度控制的反馈信号.（3）称装物料：用精度为0.01g的电子秤称取物料约1kg装入圆柱状的反应器中,物料放入后占到反应器高度的1/3左右.反应器和反应器盖之间用石棉垫圈密封,由12只耐高温的螺栓加固.然后把反应器放入圆柱形的固定加热炉中,并连结好排气管道和形管套筒式换热器及热电偶.（4）实验测量：开炉之前先用氮气检漏,读取电表和流量计读数.打开炉子和控温仪的同时计时开始,在整个实验期间每隔5min记录一次热电偶和流量计读数;在保温段每隔10min读取一次.当排气管处的流量计读数变化到0.01m35min保持3次以上读数不变时,实验可以结束.停炉后读取电表读数,使炉子自然冷却.为了比较分析,进行了10/min 、15/min两种升温速率下的实验.2.3.2 热解产物的热值和工业分析 热值分析用的是GR3500型氧弹式热量计,实验中用的物料重量为1g,氧弹中氧压为2.5-3MPa.工业分析用的是烘箱和马费炉,把1g的物料在烘箱中以105110烘1小时后放到马费炉中以900高温烘烤7分钟,最后在马费炉中以850烘烤直到恒重.用差重法分别测出物料的水分、挥发分、灰分和固定碳的百分比.2结果和讨论2.1 热解温度对热解反应时间的影响图2热解时间随终温的变化曲线Fig.2 The variety of time with the temperature污泥热解反应时间随热解终温的变化如图2所示.由图可知,在终温为450时,热解时间最长.终温小于400时主要反应是脱水和小部分脱气,且在没有催化剂、没有流动的情况下热解反应所需的时间很长并且受升温速率影响较大.当温度达到400450之间时,越来越多的物质参与到热解反应中,热解时间会加长,终温越高所需的热解反应时间越长;当温度大于450后,大部分可热解成分都已参与到热解反应中,这时主要表现为随温度升高热解时间迅速缩短而与升温速率的关系不大.此后, 热解时间则随终温升高缓慢下降.2.2热解终温对产物产率的影响热解产物随热解终温的变化如图3示.从图中可以看到随着热解终温的升高焦炭图3焦炭、焦油、气产率随终温的变化Fig.3 The yield of coke、tar and gas with temperature含量在减少、焦气含量在增加而焦油的含量则有个高峰期（在500左右）.产油高峰期后,焦气产量明显增加.这与文献3的图2所图4 焦炭的工业分析Fig.4 The technical analysis of coke描述的是一致的.这主要是由于500后有部分焦油发生了二次分解,分解成为焦气.500后焦炭含量随温度升高降低不再明显.因为此后焦炭中的挥发分减少,固定碳和灰分在增加,焦炭的工业分析各值如图4所示.2.3 热解终温对产物热值的影响图5. 焦炭和焦油热值随热解终温的变化Fig.5 The heat value of coke、tar with temperature焦炭和焦油的热值随终温的变化如图5示,从图中可看出焦炭的热值随热解终温升高而降低;而焦油的热值有一个峰值,这是由于前面提到的二次分解造成的.焦油的二次分解原理详见文献5.2.4 热解终温对耗电量的影响 图6 耗电量随终温的变化Fig.6 The variety of power consumption with temperature 图6示出了耗电量随终温的变化.耗电量的影响因素很多,包括物料含水量、升温速率、终温等.从图中可以看出,在450处有峰值,到500后又随温度升高而增加.在450到500之间有一个降低的过程,主要是因为在450之前的二次分解还不强烈.3结语（1）当热解终温小于450时,污泥的热解时间随热解终温的提高而增加;大于450时污泥的热解时间随终温的提高而减少.（2）热解气的总产率随热解终温升高而增加; 500前焦油的产率随温度升高而增加500后随温度升高而减少;焦炭的产率随温度升高而减小.（3）焦油的热值在500600的情况下达到最大,在升温速率为15/min的情况下热值有明显的下降.说明焦油成分受升温速率影响,升温速率的不同带来了不同的热分解状况,主要是导致了不同的二次分解.升温速率越大二次分解越强烈.焦炭的热值随热解终温的提高而较少.（4）从焦炭的工业分析看,随终温升高挥发分减少,灰分和固定碳含量增加.参考文献1 张 统. SBR及其变法污水处理与回用技术. 北京：化学工业出版社,2003：3023032 王 艳,张书廷,张于峰等. 城市生活垃圾低温热解产气特性的实验研究J. 燃料化学学报,2005,33（1）