【摘要】：制漿造紙工業(yè)是目前對水環(huán)境威脅最大的行業(yè)之一,尤其是造紙黑液的污染最為嚴重,其廢水具有濃度高、色度深、污染水量大,含有大量纖維懸浮物的特點。中性亞硫酸鹽半化學漿(Neutral Sulfite Semi-Chemical Pulp,簡稱NSSC漿)法是生產(chǎn)瓦楞原紙最重要方法,其制漿黑液具有有機物含量少,熱值低等特點。當采用傳統(tǒng)堿回收工藝時,需要添加重油等輔助燃料,增加了回收成本。本文根據(jù)流化床在處理低熱值污染物方面的優(yōu)勢,采用流化床堿回收技術燃燒NSSC漿黑液,這樣不僅能夠有效地消除黑液污染,而且降低了投資和運營成本,將堿回收系統(tǒng)的初投資降為傳統(tǒng)堿回收系統(tǒng)的1/3以下,使利用堿回收技術解決黑液污染問題更具有經(jīng)濟效益。 本文對NSSC漿黑液的熱解和燃燒特性及其反應動力學進行了實驗研究和理論分析,得到了不同升溫速率下的熱解和燃燒規(guī)律及其反應動力學參數(shù)。然后對NSSC漿黑液在流化床中燃燒的燒結機理進行了研究,通過優(yōu)化分析得到了最佳的燃燒運行條件。在此基礎上,搭建50kg/h的循環(huán)流化床堿回收爐,通過對NSSC漿黑液燃燒特性及堿回收的研究,得到循環(huán)流化床堿回收爐的設計和運行的必要參數(shù),為循環(huán)流化床堿回收爐的工程應用提供理論依據(jù)。 利用熱重法對NSSC漿黑液固形物熱解和燃燒特性進行了分析。結果表明NSSC漿黑液的熱解和燃燒行為非常復雜,熱解過程主要存在三個失重率較高的區(qū)域,分別為170~370℃、370~570℃和570~800℃。前兩個區(qū)域以有機物揮發(fā)分析出為主,第三個區(qū)域以堿金屬鹽的分解、揮發(fā)、反應為主;燃燒過程同樣存在三個失重率較高的區(qū)域,分別為揮發(fā)分的析出區(qū)(170~370℃)、揮發(fā)分的燃燒區(qū)(370~550℃)、固定碳燃燒及堿金屬鹽反應區(qū)(550~800℃)。隨著升溫速率的增加,熱滯后現(xiàn)象明顯,各階段的起始、終止溫度和最大反應速率處的溫度均有所升高,10℃/min和50℃/min兩種升溫速率下對應的熱解總失重率分別為65.47%和54.73%,燃燒總失重率分別為71.90%和58.39%。 采用傳統(tǒng)的動力學模型Coats-Redfern法、Flynn-Wall-Ozawa法和Kissinger法求解NSSC漿黑液熱解和燃燒的動力學參數(shù)即活化能E和指前因子A,并對三種模型得到的結果進行分析比較。研究表明采用最概然機理函數(shù)選擇法得到NSSC漿黑液熱解和燃燒在三個溫度區(qū)間的反應機理均為。三種動力學模型的計算結果表明:Coats-Redfern法和Flynn-Wall-Ozawa法得出的NSSC漿黑液的熱解和燃燒反應動力學參數(shù)的計算結果較為理想,Kissinger法得到的有些結果偏差較大。 在小型流化床實驗臺上,研究了在不同的溫度、床料種類、添加劑種類及添加劑用量下NSSC漿黑液在流化床中燃燒時的燒結機理。結果表明在600~800℃溫度范圍內(nèi),隨著溫度的升高,床層燒結程度加重。床料種類對NSSC漿黑液在流化床中燃燒影響較小。添加劑Al2O3、CaCO3和高嶺粘土對抑制NSSC漿黑液在流化床中燃燒的燒結都有較好的效果,高嶺粘土對抑制燒結的效果最明顯;添加劑用量的增加可以更好的抑制床層燒結。流化床的運行溫度在700~750℃范圍內(nèi)添加5%的高齡粘土添加劑,能夠有效的抑制床料燒結的發(fā)生,同時能夠保證NSSC漿黑液充分燃燒。 在單因素實驗基礎上,本文提出以溫度、床料種類、添加劑種類和添加劑用量為NSSC漿黑液在流化床中燃燒的影響因素,進行正交實驗設計,結果表明:影響NSSC漿黑液在流化床中燃燒的因素的順序為:溫度添加劑用量添加劑種類床料種類。應用STATISTICA軟件對實驗數(shù)據(jù)進行分析,得到了不同添加劑種類下的NSSC漿黑液在流化床中燃燒的最佳操作條件,從而為NSSC漿黑液在流化床中燃燒回收堿的工業(yè)放大與實際應用提供了重要依據(jù)。 設計制造了50kg/h的循環(huán)流化床堿回收爐,并進行了大量的冷態(tài)實驗和NSSC漿黑液燃燒的熱態(tài)實驗研究,考察了NSSC漿黑液送給量和給油量對循環(huán)流化床堿回收爐的爐內(nèi)溫度場分布、渣樣灼減率和CO排放特性的影響規(guī)律。結果表明隨著黑液送給量的增加,爐膛內(nèi)密相區(qū)的溫度升高,稀相區(qū)的溫度降低,渣樣灼減率升高,煙氣中的CO濃度增加;隨著給油量的增加,爐膛內(nèi)的溫度升高,渣樣灼減率下降,煙氣中的CO濃度降低。NSSC漿黑液在循環(huán)流化床堿回收爐中燃燒的堿回收產(chǎn)量為1000g的NSSC漿黑液固形物燃燒后可回收153.49g的NaOH,堿回收率為85.27%。結果表明NSSC漿黑液中的堿可以有效的得到回收,實驗結果為指導實際工業(yè)應用奠定重要的理論和實踐基礎。
【圖文】：

成本回收也較快，僅為傳統(tǒng)堿回收技術的 1/3[39]�；矇A回收流程圖，含固形物 8~10%的稀黑液經(jīng)多效蒸發(fā)，經(jīng)文丘里洗滌器使黑液濃縮到 40~45%，將濃縮后的黑液在入流化床堿回收爐中進行燃燒，燃燒黑液產(chǎn)生的無機鈉鹽和床分離出的溶液送去苛化器苛化后回收堿。

哈爾濱工業(yè)大學工學博士學位論文- 14 -圖2-1 熱重分析實驗臺Fig. 2-1 Appearance of thermogravimetric apparatus1. 計算機 2. 控制單元 3. 冷卻風扇 4. 加熱爐 5. 氣體瓶圖2-2 熱分析儀結構示意圖Fig. 2-2 Schematic diagram of thermogravimetric apparatus當試樣被加熱時，隨著溫度的升高，，試樣內(nèi)部在一定溫度下產(chǎn)生物理變化和化學性質(zhì)的變化時，常常伴隨著試樣質(zhì)量的變化。熱天平分析的原理就是將被加熱試樣的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為電流，電流大小代表質(zhì)量的大小。熱天平在加熱過程中試樣無質(zhì)量變化時保持初始平衡狀態(tài)：而當質(zhì)量有所變化時，天平失去平衡，并由傳感器檢測并輸出天平失衡信號。這一信號經(jīng)測重系統(tǒng)放大來自動改變平衡復位器中的電流，使天平重新回到初始平衡狀態(tài)。平衡復位器中的線圈電流與試樣質(zhì)量變化成正比，經(jīng)放大后，通過接口單元輸入計算機處理。因此
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：X793

【參考文獻】

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本文編號：2661556