以CuO为氧载体处理市政污泥的化学链燃烧

节能环保专栏节能环保专栏ENERGYCONSERVATIONANDENVIRONMENTPROTECTIONCOLUMNENERGYCONSERVATIONANDENVIRONMENTPROTECTIONCOLUMN[作者简介]张永一川（1993-），男，硕士研究生，研究方向为相变储能，废弃物处理。以CuO为氧载体处理市政污泥的化学链燃烧张永一川上海海事大学摘要：基于双极燃料反应器的化学链燃烧装置，以CuO为氧载体，对污泥化学链燃烧进行实验研究。反应器稳定运行，以反应器温度（750℃～850℃）、不同质量分数的CuO（0～100%）为参数，热重分析法和HSC热力学模拟为方法，探究对污泥化学链燃烧性能的影响。研究表明，温度的增加、碳转化率和CO2的捕获效率升高，降低了出口烟气中可燃性气体的浓度。污泥的着火温度为Ti=267.5℃，挥发分特性指数为D=2.6×10-5，有效降低了污泥样品反应的初始热解温度，加快污泥样品的处理速度。加入足量的氧载体CuO加快了碳转化速率，有效消耗了产生CO所需的反应物，提高了出口气体中CO2的含量，占比高达99.8%，未产生副产物有毒有害气体CO。SEM表征显示，氧载体由于释放晶格氧形成了空腔的结构，有利于再次氧化形成新的氧载体，具有较好的循环稳定性。关键词：化学链燃烧；CuO氧载体；市政污泥；CO2捕获；循环利用DOI:10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2019.04.003CombustionCharacteristicsofSludgeChemicalChainofCuOasOxygenCarrierZhangYongyichuanShanghaiMaritimeUniversityAbstract:Basedonthechemicalchaincombustiondeviceofabipo-larfuelreactor,CuOisusedasanoxygencarriertoconductexperimentalresearchonsludgechemicalchaincombustion.Thereactorisoperatedsta-bly.Thereactortemperature(750~850℃)anddifferentmassfractionsof节能环保专栏ENERGYCONSERVATIONANDENVIRONMENTPROTECTIONCOLUMNSHANGHAIENERGYCONSERVATION上海节能No.0420190引言污泥是各级污水处理净化后所产生的含水量为75%～99%的固体或流体状物质，富含大量的有机物，其结构复杂，具有易腐性[1-5]。我国市政污泥具有结构复杂、产量大等特点，其中大多富含有机物成分，易腐蚀、散发恶臭，给环境带来二次污染[6-11]。化学链燃烧技术（CLC）是目前国际上最具良好发展前景和空间的新型处理技术[12]，能抑制氮氧化物和硫化物气体的释放，含碳气体的挥发份(CO、CH4等)燃烧产物仅为CO2和H2O，只需经过简单的冷凝处理和捕获即可得到CO2气体，从而以较少的能源消耗和成本满足污泥的降解处理要求，不仅可以捕捉高浓度的CO2，还可以收集凝结出的水，实现能量的阶梯利用[13-16]。氧载体与燃料的混合比例不同和制备的方法不同均会对氧载体的性能产生较大影响[17-21]。邓贵先[22]采用赤泥作为氧载体用于甲烷的化学链燃烧；钟思梅[23]将CaO添加到不同酸性环境中制备CaSO4-CaO复合氧载体；肖军[24]在单流化床反应器上，以赤铁矿作为氧载体探究污泥化学链燃烧中氮迁移的转化特性；东南大学的陈倩文[25]以赤铁矿为氧载体提高污泥中碳元素的转化率；田红景[26]在分离CO2时以硫酸钙为氧载体，发现浸渍有微量Fe2O3和NiO的CaSO4复合型载氧体同气体、固体燃料的反应速率加快，反应时间大大缩短，Fe2O3改善氧载体的反应性能方面优于NiO。复合金属氧化物氧载体可有效弥补单金属之间的缺陷，增强反应活性，提高载氧能力，有效抑制高温下焦炭的沉积和烧结现象，在提高反应活性的基础上增强了反应的稳定性[27-29]。单级反应流化床中，较轻的固体燃料颗粒在燃烧中有可能被带出反应器，导致气体转化、燃料燃烧不完全，燃烧效率降低和实验误差增大。为此，采用双级燃料反应器可有效避免上述问题，并以污泥为基体、CuO为氧载体，研究反应器温度和不同氧载体CuO的质量分数对污泥化学链燃烧的性能影响，采用热重分析和HSC模拟反应器内的气化产物和种类对提高化学链燃烧效率和市政污泥的有效处理提供一定的参考价值。1实验1.1实验材料及制备实验选用的基体材料市政污泥由上海市污水处理厂提供，将收集的污泥样品在常温下进行简单的过滤和脱水干燥，一段时间后筛选