煤炭燃燒中國科技核心期刊礦業(yè)類核心期刊摻混污泥對(duì)水煤漿性能的影響王健,何其慧,許仁富,胡柏星(南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,江蘇南京210093)摘要:將兩種高含水率的脫水污泥與兗州煤摻混,采用濕法球磨工藝制備污泥水煤漿?？疾煳勰嗟奶砑訉?duì)磨礦效率的影響,研究不同比例污泥摻混水煤漿后,漿體的成漿性、燃燒熱值及灰熔融性變化,并通過粒徑分布、表面形貌、灰成分等分析了原因。結(jié)果表明:水煤漿摻混污泥濕法球磨時(shí),能提高磨礦效率;污泥水煤漿呈現(xiàn)更強(qiáng)的假塑特性,污泥的添加可以提高水煤漿的穩(wěn)定性;污泥水煤漿的燃燒熱能滿足燃燒需求。當(dāng)兩種污泥的添加比例為10%時(shí),水煤漿的成漿濃度達(dá)到60%以上,且各性能均滿足工業(yè)要求關(guān)鍵詞:脫水污泥;水煤漿;磨礦效率;成漿性;燃燒特性中圖分類號(hào):TD849;TQ536文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-6772(2013)03-0083-06Effect of sewage sludge addition on coal water slurry propertiesWANG Jian, HE Qihui, XU Renfu, HU BaixingSchool of Chemistry and Chemical Engineering, Nanjing University, Nanying 210093, ChinaAbstract: Blend two kinds of high-moisture dewatered sludge with Yanzhou coal to prepare coal-sludge slurry bywet milling process. Investigate the influence of sludge addition on wet milling grinding efficiency. By changingadditive amount of sludge, analyse the slurryability, combustion enthalpy and ash fusion temperatures of preparedcoal water slurry. Analyse the reasons from the aspects of particle size distribution, surface morphology and ash com-position etcetera. The results show that, the addition of dewatered sludge can improve the grinding efficiency andstability of coal-sludge slurry in the wet milling process. The coal-sludge slurry present better pseudoplasticcharacteristic. The combustion enthalpy of sludge coal-water slurry value is slightly lower than that of coal-waterslurry, but still meet the requirement of combustion. The suitable sludge blending ratio is 10 percent, when the slurryconcentration of coal-sludge slurry can reach up to 60 percent, and all properties can meet industrial requirementsKey words: dewatered sludge; coal water slurry; grinding efficiency; slurry properties; combustion characteristic隨著工業(yè)化和城市化的迅速發(fā)展,由污水處理底,全國城鎮(zhèn)污水年處理量達(dá)到343億m3,脫水污廠排放的污泥量日益增多。據(jù)《中國污泥處理處泥年產(chǎn)生量接近2200萬t,其中有80%未得到妥善置市場(chǎng)分析報(bào)告(201版)》數(shù)據(jù)顯示,截止2010年處理。據(jù)預(yù)測(cè),到2015年末中國脫水污泥年產(chǎn)量收稿日期:2013-05-06責(zé)任編輯:宮在芹作者簡(jiǎn)介:王健(1989—),男,安徽安慶人,在讀碩士硏究生,主要從事潔凈能源方面的工作。通訊作者:胡柏星教授,從事煤炭、石油等潔凈能源方面的研究。Emil:hubx@nu. edu cn。引用格式:王健何其慧許仁富等擲彩污泥對(duì)水煤漿性能的影響[J潔凈煤技術(shù),2013,9(3):83-88王健等:摻混污泥對(duì)水煤漿性能的影響3將超過2600萬t2。污泥富集了污水中的污染物,證一定的燃燒熱值,滿足工業(yè)應(yīng)用的需求2含有大量的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)及有機(jī)物、病毒微生本文研究了兩種具有代表性的脫水污泥與兗物、寄生蟲卵、重金屬等有毒有害物質(zhì),若不經(jīng)有效州煤摻混的成漿性,考察了污泥的添加對(duì)濕法球磨處理,將對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重危害。但污泥處理設(shè)施工藝磨礦效率的影響探討了添加不同比例污泥后建設(shè)嚴(yán)重滯后。常用的污泥處理方法有填埋、積肥水煤漿的成漿濃度、流變性及穩(wěn)定性的變化,測(cè)試和焚燒等,也有制肥、制作建筑材料、制混凝土輕質(zhì)了脫水污泥添加水煤漿后熱值及灰熔融性的變化。粒料及加入煤中摻混,利用成熟的氣流床氣化技術(shù)實(shí)現(xiàn)污泥與煤的共氣化等示范項(xiàng)目481。改善污泥1實(shí)驗(yàn)部分的流動(dòng)性,將其摻入水煤漿中,利用目前成熟的水1.1煤和污泥樣品煤漿制備、燃燒和氣化工藝,制備和使用污泥水煤實(shí)驗(yàn)用煤為兗州煤,脫水污泥采用2種具有代漿現(xiàn)已具備可行性9。表性的污泥——生活污水污泥和石化企業(yè)污泥,分水煤漿技術(shù)是20世紀(jì)70年代末發(fā)展起來的新別取自南京江心洲污水處理廠和揚(yáng)子石化污水處型煤基液態(tài)燃料,它在制備、燃燒、儲(chǔ)存、運(yùn)輸及污理廠。表1為煤和污泥的工業(yè)分析和元素分析(干染控制等方面有明顯優(yōu)勢(shì)10作為一種特殊的基)。由表1可以看出,實(shí)驗(yàn)采用的脫水污泥的含水煤漿,污泥水煤漿需具備良好的流動(dòng)性和穩(wěn)定水率仍很高,高達(dá)80%以上,污泥的灰分很高,而固性,以適應(yīng)水煤漿的生產(chǎn)、運(yùn)輸、貯存、燃燒和氣化定碳很低,兩種污泥均具有一定的熱值,因此可以等。同時(shí),污泥水煤漿的固含量要盡可能高,以保與煤摻混制漿以利用其熱量。表1煤和污泥的工業(yè)分析及元素分析工業(yè)分析/%元素分析%Qd/樣品H4)Na))a(0)(M·kg-1)兗州煤3.27.3558.6068.852.350.666610.12江心洲污泥84.58.4635.536.016.54揚(yáng)子污泥81.2043.4645.8410.701.9120.0212.891.2水煤漿樣品的制備1.3水煤漿的性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)釆用萘磺酸鹽甲醛縮合物類(NSF,實(shí)驗(yàn)室漿體的粒徑分布,采用 Master sizer2000激光自制)分散劑,其用量為煤干基質(zhì)量的0.8%;以羧粒度儀直接測(cè)定漿體樣品;甲基纖維素的鈉鹽(CMC)為穩(wěn)定劑,重均分子量為污泥以及污泥水煤漿的顆粒表面形貌采用7.6×10。Shimadu Superscan SSX-550掃描電子顯微鏡進(jìn)行從污水處理廠取回的新鮮污泥氣味大,流動(dòng)性測(cè)定;差,需進(jìn)行改性預(yù)處理。方法為加入濃度為2moL漿體的表觀黏度用 brookfield pro-Ⅱ+型旋轉(zhuǎn)黏的NaOH溶液,加人量為污泥質(zhì)量的10%,攪拌均度計(jì)測(cè)定,選用LV3轉(zhuǎn)子,設(shè)定黏度計(jì)程序,以剪切勻,放置5~6h后待用。這樣處理的目的:第一,加速率100s時(shí)的黏度作為漿體的表觀黏度數(shù)值;入污泥中的高分子絮凝劑雖然增強(qiáng)了絮凝效果,但漿體的濃度測(cè)定按照GB18856.2-2008《水煤會(huì)使污泥的流動(dòng)性變差,加入堿后能促使高分子絮漿試驗(yàn)方法第2部分濃度測(cè)定》進(jìn)行;凝劑降解,降低污泥黏度,改善污泥流動(dòng)性;第二,動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和靜態(tài)穩(wěn)定性按照GBT18856.5堿的加入破壞了污泥中的微生物,使細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)釋2008《水煤漿試驗(yàn)方法第5部分:穩(wěn)定性測(cè)定》放,一部分固定水變?yōu)榻橘|(zhì)水,提高了污泥的流進(jìn)行動(dòng)性利用電泳法測(cè)定漿體的Zea電位;實(shí)驗(yàn)釆用濕法球磨制漿,將經(jīng)過計(jì)算的初步破原料及污泥水煤漿的干基燃燒熱值測(cè)定是在碎后的煤、水、分散劑和污泥裝入小型球磨機(jī),轉(zhuǎn)速105℃條件下干燥恒重后,碾磨均勻,使用全自動(dòng)快設(shè)為65r/min,在不同磨礦時(shí)間取樣測(cè)試性能速量熱儀,按GB/T213-2008《煤的發(fā)熱量測(cè)定方《潔凈煤技術(shù)》2013年第19卷第3期煤炭燃燒中國科技核心期刊礦業(yè)類核心期刊法》測(cè)定。表2污泥的添加對(duì)濕法球磨磨礦效果的影響原料的灰成分分析是將樣品在800℃灰化后,球磨磨礦細(xì)度/%用ARL-9800型X射線熒光光譜儀測(cè)定污泥和煤時(shí)間/兗州煤江心洲污泥揚(yáng)子污泥的灰分。h水煤漿5%10%15%5%10%15%依據(jù)GB/T219—2008《煤灰熔融性的測(cè)定方150.0356.1258.6564.7758.1261.6565.77法》,測(cè)定原料及污泥水煤漿的灰熔融性。74.0978.6690.3493.6682.6688.34385.6192.1396.24989793.5396.8599.072結(jié)果與討論498.0799.2199.7899.9999.4199.88999921污泥的添加對(duì)水煤漿磨礦效率的影響由表2可知,在球磨初期添加污泥后磨礦效率產(chǎn)品的細(xì)度通常用0.08255m標(biāo)準(zhǔn)篩篩分表均有明顯提高,細(xì)度隨著污泥添加量的增大而增征,以篩下量占產(chǎn)品總量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示。污泥加。實(shí)驗(yàn)所用的漿體均球磨3h制得。添加比例為0,5%,10%,15%(占漿體總質(zhì)量)的漿2.2流變特性和穩(wěn)定特性體球磨過程中,在球磨時(shí)間為1,2,3h時(shí)分別取出實(shí)驗(yàn)制得表觀黏度1200mPa·s左右的水煤200g漿體測(cè)試濃度,流變性及磨礦細(xì)度。表2為漿測(cè)定其流變性和濃度。圖1為水煤漿的流變磨礦細(xì)度分析。曲線。10000兗州煤水煤漿魯充州煤水5%污泥水煤亠10%污泥水煤漿平15%污泥水煤漿·E趙5%污泥水煤漿10%污泥水煤漿6000罩15%污泥水煤漿則6080100剪切速率/st剪切速率/s1a)江心洲污泥b)揚(yáng)子石化污泥圖1兗州煤水煤漿和2種污泥水煤漿的流變曲線由圖1可以看出,隨著剪切速率增大,兗州煤水但是較低的濃度滿足不了實(shí)際使用要求。對(duì)于兩煤漿和兩種污泥水煤漿表觀黏度減小,剪切變稀,種污泥,添加比例10%是適宜的選擇。有明顯的假塑性,且隨著污泥添加量增大,漿體假2.3穩(wěn)定性研究塑性增強(qiáng)。表4為添加污泥量對(duì)水煤漿的穩(wěn)定性影響。由表3為表觀黏度為1200mPa·s的漿體濃度。表4可知,添加污泥后,水煤漿的穩(wěn)定性顯著提升。摻入污泥后,漿體流動(dòng)性變差,若使?jié){體保持良好表4添加污泥量對(duì)水煤漿的穩(wěn)定性影響的流動(dòng)性,漿體濃度需降低。動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性靜態(tài)穩(wěn)定性析底部表3污泥水煤漿的成漿濃度(24h)沉降(7d)沉降水硬兗州煤江心洲污泥揚(yáng)子污泥速率h1速率/d1率沉淀水煤漿5%10%15%5%10%15%兗州煤水煤漿3.21少量少量69.2464.7261.8558.6465.0262.5559.055%江心洲污泥水煤漿0.55少量無由表3可以看出,不添加污泥時(shí),水煤漿成漿濃10%江心洲污泥水煤漿1.680.28少量無15%江心洲污泥水煤漿1.51度可達(dá)69.24%;當(dāng)2種污泥的添加比例達(dá)到15%5%揚(yáng)子污泥水煤230少量無時(shí),對(duì)應(yīng)的2種污泥水煤漿濃度分別為58.64%和10%揚(yáng)子污泥水爆漿1.820.20少量無5905%,這是由于高有機(jī)物含量的污泥流動(dòng)性很15%揚(yáng)子污泥水煤漿1.450.15差隨著污泥添加比例增大會(huì)惡化漿體流動(dòng)性。為10-cMC水煤漿0.49少量無了保證漿體良好的流動(dòng)性,需要減小污泥水煤漿的2×10CMC水煤漿.08少量無成漿濃度。15%污泥水煤漿雖然有好的流變特性,3x10CMC水煤漿0.870.15少量無王健等:摻混污泥對(duì)水煤漿性能的影響煤炭燃燒由表4可知,水煤漿靜置7d后,通過觀察和棒2.4粒徑分布測(cè)法測(cè)試穩(wěn)定性,其上層有少量析水,出現(xiàn)少量硬水煤漿的粒徑分布寬度可通過下式計(jì)算沉淀。污泥水煤漿則沒有硬沉淀。添加污泥后,漿(D, -D)X C體的沉降速率有所下降,動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性及靜態(tài)穩(wěn)定性6=均增強(qiáng),并且隨著污泥添加比例的增加,穩(wěn)定效果式中,δ為分布寬度,D。為第n個(gè)粒級(jí)的粒子大加強(qiáng)。10%污泥水煤漿的穩(wěn)定效果優(yōu)于添加了104小,pm;D4為粒子的平均粒徑,μm;Cn為第n個(gè)CMC的水煤漿穩(wěn)定效果。表5為不同比例的污泥粒級(jí)顆粒的含量,%;δ值越大,能達(dá)到的堆積密水煤漿Zeta電位。度越大1。表5不同比例的污泥水煤漿zeta電位mV表6為江心洲污泥水煤漿的粒徑測(cè)定參數(shù)。圖污泥添加比例/%江心洲污泥2為表6對(duì)應(yīng)的粒徑分布曲線。表6中D0,D25揚(yáng)子污泥-51.45Ds,D75,D分別表示質(zhì)量通過率為10%,25%,050556.54-53.2450%,75%,90%的粒徑,D4表示漿體顆粒大小的平-56.12均粒徑。兗州煤水煤漿◆5%污泥水煤漿由表5可知,添加污泥后,漿體中粒子的電負(fù)±10%污泥水煤漿15%污泥水煤漿性增強(qiáng),這是由于帶負(fù)電的污泥粒子被煤粒子吸附后,煤粒子所帶的負(fù)電荷增強(qiáng),顆粒間的表面斥力變大,導(dǎo)致漿體穩(wěn)定性增加。另一方面,漿體穩(wěn)定性的增加還依靠污泥的空間位阻作用,污泥在漿體中構(gòu)成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),有利于阻止顆粒的粒徑/m沉降516圖2污泥水煤漿的粒徑分布表6江心洲污泥水煤漿的粒徑參數(shù)樣品D分布寬度兗州煤水煤漿140.555%污泥水煤漿4.4710%污泥水煤漿32.2064.6625.02177.6215%污泥水煤漿4.3027.3022.9892.28污泥5.1219.9521.31由表6和圖2看出,污泥的平均粒徑較小,粒徑定性得以提升。分布窄;水煤漿的粒徑較大,分布較寬。添加污泥后,小顆粒增多且污泥的添加對(duì)濕法球磨有助磨作用,污泥水煤漿的粒徑分布比水煤漿寬,但當(dāng)污泥添加比例進(jìn)一步增大,污泥水煤漿的小顆粒增多,大顆粒減小,粒徑分布又變窄a)0b)5%2.5表面形貌研究圖3為不同添加比例的江心洲污泥水煤漿的SEM圖。從SEM圖可以看出,添加污泥后,漿體中小顆粒增多,污泥小顆粒吸附在尺寸較大的煤粒子表面,污泥添加的比例越大,吸附越密集。污泥被煤粒子吸附后,增加了粒子的表面積,提高了粒子c)10%d)15%表面電荷密度,從而強(qiáng)化靜電排斥作用,漿體的穩(wěn)圖3不同添加比例污泥的污泥水煤漿SEM圖《潔凈煤技術(shù)》2013年第19卷第3期煤炭燃燒中國科技核心期刊礦業(yè)熒核心期刊2.6污泥水煤漿的發(fā)熱量低,污泥水煤漿的燃燒熱值也大幅度降低。表7為污泥水煤漿的發(fā)熱量。由表7可以看2.7灰成分及灰熔融性出,污泥由于含有有機(jī)物,具有一定的熱值,具備與表8為污泥及煤灰樣的化學(xué)組成與灰熔融性。煤共成漿燃燒的條件,但是污泥的干基熱值很低,由表8可知,兩種污泥由于來源不同,灰成分有很大與褐煤相當(dāng),當(dāng)向水煤漿中摻混污泥后,污泥水煤不同,不同的S/A對(duì)灰熔融性降低作用。圖4漿的干基熱值稍有降低。但由于成漿濃度大大降為污泥水煤漿的灰熔融性。表7污泥水煤漿的發(fā)熱量M/kg工心洲污泥揚(yáng)子污泥項(xiàng)目?jī)贾菝核簼{1015%5%10%15%干基29.0528.8l28.5628.1528.8228.58污泥水煤漿19.9417.0616.1615.1017.1516.3615.98表8污泥及煤灰樣的化學(xué)組成與灰熔融性氧化物含量/%灰熔融性/℃樣品灰So, Fe,0, Al O3 SiOz P2Os MgO Na2OHT兗州煤17.50.7022.833.622.300.210.581.02137513911439江心洲污泥4.871.236.5016.1946.805.973.0513.451325133413401356揚(yáng)子污泥32.907.602.588.9110.896.191.4115.241184121912321298注:DT為變形溫度;ST為軟化溫度;HT為半球溫度;FT為流動(dòng)溫度。HDT·STST平FTAHT絞138藝銨1340污泥添加比例/%污泥添加比例/%a)江心洲污泥b)揚(yáng)子石化污泥圖4污泥水煤漿的灰熔融性由圖4可知,兩種污泥添加到水煤漿對(duì)灰熔融3)污泥和水煤漿混合制漿能拓寬水煤漿顆粒性影響不大,江心洲污泥對(duì)煤灰熔融性的影響較的粒度分布,且大量的污泥小顆粒吸附在煤顆粒表大,添加10%江心洲污泥后,流動(dòng)溫度從1440℃降面,使煤顆粒之間的空隙填充地更緊密并由于空間低到1400℃以下。位阻作用使水煤漿更穩(wěn)定。4)污泥由于灰成分不同,摻入水煤漿對(duì)灰熔融3結(jié)論性有一定影響,可以根據(jù)實(shí)際需求有選擇地?fù)饺瞬?)將改性后的脫水污泥和充州煤共同濕法球同種類不同量的污泥以達(dá)到調(diào)節(jié)灰熔融性效果。磨能提高磨礦效率。參考文獻(xiàn)2)摻混污泥的水煤漿呈現(xiàn)更強(qiáng)假塑特性,當(dāng)污(1張賀飛,徐燕,曾正中,等國外城市污泥處理處置方泥添加量占總漿體10%時(shí),水煤漿固含量到60%以式研究及對(duì)我國的啟示[J].環(huán)境工程,2010,28(S1):上,是比較適宜的添加比例。434-438.王健等:摻混污泥對(duì)水煤漿性能的影響87[2]中國水網(wǎng)中國污泥處理處置市場(chǎng)分析報(bào)告(2011[11高宇龍中國水煤漿制備技術(shù)的發(fā)展[]潔凈煤技版)[R].北京:中國水網(wǎng),2011術(shù),2012,18(5):56-59[3]Werther J, Ogada T. 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Vapor Pressure and的關(guān)系符合 Clapeyron方程和 Antoine方程,但是三Antoine Constants for Hydrocarbons, and SulfurSelenium, Tellurium, and Halogen Containing Organic常數(shù) Antoine方程的精度要高于兩常數(shù) ClapeyronCompounds[ M]. Berlin: Springer-Verlag, 1999方程。[7]傅獻(xiàn)彩沈文霞姚天揚(yáng),等物理化學(xué)[M]5版北3)本研究只討論了在低溫下神華煤液化油窄京:高等教育出版社,2010餾分飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)聯(lián)式符合 Antoine方[8] Bruce e.pon, John M. Prausnitz, John P.. D Connell程,是否能外推到較高溫度有待于作進(jìn)一步的研究。The Properties of Gases and Liquids[ M]. 5th editionNew York: McGraw-Hill Professional, 200參考文獻(xiàn)[9]張建侯,馬沛生,徐明.兩個(gè)液體蒸氣壓關(guān)聯(lián)方程式的提出-用于高壓范圍的考察[J]化工學(xué)報(bào),1986,37[1]官萬福,田松柏,付曉恒分析技術(shù)在煤液化油分析中(1):69-79的應(yīng)用[J].潔凈煤技術(shù),2004,10(2):47-52[10]梁英華,陳軍,馬沛生四個(gè)蒸氣壓-溫度關(guān)聯(lián)方程的[2]王升寶,尹洪清郭清萍,等煤液化油窄餾分飽和蒸比較[J]河北理工學(xué)院學(xué)報(bào),19,21(4):73-75氣壓和蒸發(fā)焓的測(cè)定及計(jì)算[J.煤化工,2008(5):41[1]陳軍,馬沛生,丁富新.Anie方程對(duì)含極微蒸汽壓范圍的統(tǒng)一關(guān)聯(lián)[J]化學(xué)工程,2001,29(6):4648.[3]尹洪清,王輝.煤液化油窄餾分飽和蒸氣壓研究進(jìn)展[12]楊春雪,馮杰徐英.神華煤液化油窄餾分的臨界性[J].潔凈煤技術(shù),2012,18(5):65-68質(zhì)[J].燃料化學(xué)學(xué)報(bào),2008,36(5):536《潔凈煤技術(shù)》2013年第19卷第3期