NSSC漿黑液的熱解和燃燒特性及在流化床中堿回收的研究.pdf

1、制漿造紙工業(yè)是目前對(duì)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(yán)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(diǎn)。中性亞硫酸鹽半化學(xué)漿（Neutral Sulfite Semi-Chemical Pulp，簡(jiǎn)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(jī)物含量少，熱值低等特點(diǎn)。當(dāng)采用傳統(tǒng)堿回收工藝時(shí)，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(shì)，采用流化床堿回

2、收技術(shù)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(yùn)營(yíng)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(shù)解決黑液污染問(wèn)題更具有經(jīng)濟(jì)效益。
　　本文對(duì)NSSC漿黑液的熱解和燃燒特性及其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)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(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。然后對(duì)NSSC漿黑液在流化床中燃燒的燒結(jié)機(jī)理進(jìn)行了研究，通過(guò)優(yōu)化分析得到了最佳的燃燒運(yùn)行條件。在此基礎(chǔ)上，搭建5

3、0kg/h的循環(huán)流化床堿回收爐，通過(guò)對(duì)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(shè)計(jì)和運(yùn)行的必要參數(shù)，為循環(huán)流化床堿回收爐的工程應(yīng)用提供理論依據(jù)。
　　利用熱重法對(duì)NSSC漿黑液固形物熱解和燃燒特性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明NSSC漿黑液的熱解和燃燒行為非常復(fù)雜，熱解過(guò)程主要存在三個(gè)失重率較高的區(qū)域，分別為170~370℃、370~570℃和570~800℃。前兩個(gè)區(qū)域以有機(jī)物揮發(fā)分析出為主，第三個(gè)區(qū)域以堿金屬鹽的分

4、解、揮發(fā)、反應(yīng)為主；燃燒過(guò)程同樣存在三個(gè)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(yīng)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(yīng)速率處的溫度均有所升高，10℃/min和50℃/min兩種升溫速率下對(duì)應(yīng)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

5、動(dòng)力學(xué)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(dòng)力學(xué)參數(shù)即活化能E和指前因子A，并對(duì)三種模型得到的結(jié)果進(jìn)行分析比較。研究表明采用最概然機(jī)理函數(shù)選擇法得到NSSC漿黑液熱解和燃燒在三個(gè)溫度區(qū)間的反應(yīng)機(jī)理均為f(α)=1/4(1-α)[-ln(1-α)-3]。三種動(dòng)力學(xué)模型的計(jì)算結(jié)果表明：Coats-Redfern法和Flynn-Wall-Ozawa法得出的NS

6、SC漿黑液的熱解和燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的計(jì)算結(jié)果較為理想，Kissinger法得到的有些結(jié)果偏差較大。
　　在小型流化床實(shí)驗(yàn)臺(tái)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(shí)的燒結(jié)機(jī)理。結(jié)果表明在600~800℃溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，床層燒結(jié)程度加重。床料種類對(duì)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(duì)抑制NSSC漿黑液在流化床中燃燒的燒結(jié)都有較好的效

7、果，高嶺粘土對(duì)抑制燒結(jié)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(jié)。流化床的運(yùn)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(jié)的發(fā)生，同時(shí)能夠保證NSSC漿黑液充分燃燒。
　　在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)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(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，結(jié)果表明：影響NSSC漿黑液在流化床中燃燒的因素的順序?yàn)椋簻囟?添加劑用量>添加劑種類>床料

8、種類。應(yīng)用STATISTICA軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)際應(yīng)用提供了重要依據(jù)。
　　設(shè)計(jì)制造了50kg/h的循環(huán)流化床堿回收爐，并進(jìn)行了大量的冷態(tài)實(shí)驗(yàn)和NSSC漿黑液燃燒的熱態(tài)實(shí)驗(yàn)研究，考察了NSSC漿黑液送給量和給油量對(duì)循環(huán)流化床堿回收爐的爐內(nèi)溫度場(chǎng)分布、渣樣灼減率和CO排放特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明隨著黑液送給