泥焦?jié){成漿機(jī)理及輸送霧化特性研究.pdf

1、污泥具有水分高、顆粒細(xì)、粘度高、流動性差、不易脫水等特點(diǎn)。隨著污泥產(chǎn)量的逐年攀升，污泥處理的減量化、無害化、資源化已成為當(dāng)前環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的重要研究課題。石油焦具有碳含量高、硫含量高、揮發(fā)分低、灰分低、熱值高等特點(diǎn)，因而石油焦的高效、清潔利用成為能源科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域非常關(guān)注的問題之一。將污泥與石油焦混合制備高濃度泥焦?jié){進(jìn)行燃燒或者氣化，可以實(shí)現(xiàn)污泥與石油焦的大規(guī)模無害化處理、能源化利用。本文選取具有代表性的城市污泥、石化污泥和造紙污泥與石油

2、焦進(jìn)行共成漿試驗(yàn)，并對泥焦?jié){的管內(nèi)流動特性、阻力特性以及氣泡噴嘴的霧化特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　采用NXS-4C型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)研究了城市污泥、石化污泥和造紙污泥與石油焦共成漿的機(jī)理、漿體穩(wěn)定性機(jī)理及其影響因素;利用氮?dú)馕絻x、掃描電鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)、X射線能譜分析儀(EDX)和傅立葉紅外光譜儀（FTIR）全面分析了污泥與石油焦顆粒的比表面積和孔隙結(jié)構(gòu)、微觀形貌、礦物成分組成、表面化學(xué)元素以及含氧官能團(tuán)等表面微觀

3、理化特性，并考察了這些因素對污泥與石油焦共成漿特性的影響規(guī)律，探討了污泥種類和添加量對泥焦?jié){的成漿特性和穩(wěn)定特性的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明，水焦?jié){呈現(xiàn)脹塑性流體特征，污泥表現(xiàn)為假塑性流體特性;隨著污泥添加量的增大，泥焦?jié){的流變特性由脹塑性流體轉(zhuǎn)變?yōu)榧偎苄粤黧w，在污泥添加量為6％時，泥焦?jié){近似表現(xiàn)為牛頓流體;隨著污泥添加量的增大，泥焦?jié){的穩(wěn)定性增強(qiáng)。
　　在小型漿體輸送試驗(yàn)裝置上采用管流法系統(tǒng)地研究了水焦?jié){和泥焦?jié){的管內(nèi)流動特性、壁面

4、滑移特性和真實(shí)流變特性，率先獲得了水焦?jié){和泥焦?jié){管內(nèi)流動的壁面滑移特性和真實(shí)流變特性隨漿體濃度、管徑、輸送速度、污泥種類和添加量的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明，濃度為59.8％和60.4％的水焦?jié){隨著剪切速率的增大由假塑性流體轉(zhuǎn)變?yōu)槊浰苄粤黧w;濃度為61.1％的水焦?jié){則表現(xiàn)為單一的脹塑性流體;隨著剪切速率增大，濃度為63.4％的水焦?jié){由假塑性流體轉(zhuǎn)變?yōu)槊浰苄粤黧w，剪切速率超過600s-1之后，又轉(zhuǎn)變?yōu)榧偎苄粤黧w。污泥添加量為10％時，隨著剪切

5、速率的增大，城市污泥焦?jié){由脹塑性流體轉(zhuǎn)變?yōu)榧偎苄粤黧w，石化污泥焦?jié){由假塑性流體轉(zhuǎn)變?yōu)槊浰苄粤黧w，造紙污泥焦?jié){表現(xiàn)為假塑性流體。泥焦?jié){的壁面滑移速度和滑移貢獻(xiàn)率大于相同濃度水焦?jié){的壁面滑移速度和滑移貢獻(xiàn)率，而臨界壁面剪切應(yīng)力小于水焦?jié){。城市污泥焦?jié){的真實(shí)流變特性和壁面滑移特性在三種污泥焦?jié){中最適合于工程應(yīng)用。
　　在獲得泥焦?jié){壁面滑移速度和真實(shí)流變特性的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)深入地研究了泥焦?jié){在直管和彎管內(nèi)流動的阻力特性隨漿體濃度、管徑、流速

6、、污泥種類和添加量等因素的變化規(guī)律。提出了泥焦?jié){管內(nèi)流動的阻力系數(shù)與廣義雷諾數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。首次采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對水焦?jié){的管內(nèi)流動壓降進(jìn)行了合理預(yù)測。研究發(fā)現(xiàn)，泥焦?jié){直管流動摩擦阻力系數(shù)小于水焦?jié){的直管流動摩擦阻力系數(shù)，且城市污泥焦?jié){的摩擦阻力系數(shù)最小。隨著廣義雷諾數(shù)的增大，泥焦?jié){在彎管內(nèi)流動的有效長度比呈現(xiàn)先降低后上升的趨勢。建立了PSO-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，采用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)在低剪切速率下測得的流變參數(shù)對水焦?jié){管內(nèi)流動壓降進(jìn)行了預(yù)測，無需

7、進(jìn)行復(fù)雜的壁面滑移修正，最大誤差不超過10％。
　　在小型漿體氣泡霧化試驗(yàn)裝置上對泥焦?jié){的流量特性和霧化特性進(jìn)行了研究，獲得了污泥性質(zhì)、噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)對氣泡噴嘴流量特性和霧化特性的影響規(guī)律，其中研究污泥對水焦?jié){霧化特性的影響規(guī)律尚屬首次。結(jié)果表明，隨著氣液質(zhì)量比增大，漿體流量逐漸下降;注氣壓力越高，噴嘴出口直徑越大，漿體質(zhì)量流量越大;漿體性質(zhì)對漿體在氣泡噴嘴內(nèi)的流量特性影響較小。石油焦顆粒表面具有較強(qiáng)的疏水性，在霧化過程中

8、會發(fā)生液固分離現(xiàn)象，使液滴粒徑減小;污泥具有粘彈性，會延長液滴的破碎時間;泥焦?jié){的粘度低于水焦?jié){粘度，氣泡噴嘴對泥焦?jié){的霧化質(zhì)量優(yōu)于水焦?jié){。
　　采用歐拉多相流模型對氣泡噴嘴混合室內(nèi)的氣液兩相流動特性進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，獲得了噴嘴出口處的液膜厚度、氣液兩相在噴嘴內(nèi)部的速度與壓力分布規(guī)律。采用液膜不穩(wěn)定破碎理論模型獲得了氣泡噴嘴環(huán)狀流下的一次霧化粒徑分布。結(jié)果表明，隨著氣液比增大，氣泡噴嘴出口處的液膜厚度逐漸減小，霧化液滴的粒徑逐漸