污水污泥與高灰熔點煤制備水煤漿及氣化實驗研究.pdf

1、城市污水污泥（以下簡稱污泥）作為城市污水處理廠的主要副產物之一，其無害化的處置及資源化利用是不可回避的問題。我國每年干污泥產量已經超過1800萬噸，因其高水分、高灰分和低熱值的特性，不能單獨作為能源利用，需要與煤等其他能源混合加以利用。我國未來50年的一次能源消費仍然以煤炭為主，而高灰熔點煤占煤炭儲量和產量的一半以上，由于其灰熔融溫度過高(FT＞1500℃)，不能單獨應用于以氣流床煤氣化技術為核心的新型煤化工領域?；谖勰嘀泻休^高的堿

2、金屬和堿土金屬元素，若能實現(xiàn)污泥與高灰熔點煤混合制備合格的水煤漿，既可以使污泥得到資源化利用（替代部分用煤和用水），還能有效降低高灰熔點煤的灰熔融溫度，使之可以有效應用于水煤漿氣流床氣化工藝。
　　本研究選用以淮南煤（采自淮南潘二礦）為代表的高灰熔點煤和取自淮南首創(chuàng)第一污水處理廠的污泥為主要研究對象，在對煤和污泥樣品基本特性分析的基礎上，考察了污泥添加量對高灰熔點煤水煤漿成漿特性的影響，對污泥水煤漿進行了灰熔融溫度、灰化學成分（X

3、RF）、灰的礦物組成(XRD)以及Zeta電位和SEM-EDX的測試分析，并使用熱重-紅外聯(lián)用分析儀和自制石英彈簧熱天平開展了污泥水煤漿的CO2氣化特性試驗研究，同時，利用Aspen Plus軟件對高灰熔點煤污泥水煤漿氣化過程進行了模擬研究和經濟性分析，得到以下主要結論:
　　淮南煤灰化學組成中的硅鋁含量高達90％，堿金屬和堿土金屬含量很低（其中CaO含量僅3％），使得淮南煤灰在高溫下形成熔融溫度很高的硅鋁酸鹽礦物質（以莫來石為主

4、），從而導致淮南煤灰熔融溫度高于1500℃，故無法單獨應用于已經商業(yè)化的氣流床氣化裝置中。污泥灰化學組成分析表明，高達40％的CaO含量源自其改性壓濾脫水的過程中添加的生石灰。
　　由灰熔融特性研究結果可見，污泥中富含的CaO與淮南煤灰中高含量的SiO2和A12O3相結合，生成熔融溫度較低的礦物（以鈣長石為主），有效阻止了高熔融溫度的硅鋁酸鹽礦物（以莫來石為主）的形成，從而降低了HN煤的灰熔融溫度。當污泥添加量達到16.7％（漿基

5、）時，流動溫度(FT)低于1350℃，此時可制得濃度為57％的污泥水煤漿。
　　污泥水煤漿制備結果表明，污泥水中的富含Ca2+，大幅降低了水煤漿的zeta電位，導致水煤漿黏度的增大，同時使定黏（1200mPa s）最大制漿濃度降低;污泥絮狀表觀形貌可以有效改善水煤漿的穩(wěn)定性;可以制得流動性和穩(wěn)定性、濃度均優(yōu)良的污泥水煤漿。
　　污泥水煤漿CO2氣化試驗數(shù)據(jù)顯示，污泥添加可降低了CO2氣化反應溫度，提高了CO2氣化反應速率，氣

6、化產物CO產率略有減少。
　　通過對污泥水煤漿氣化過程模擬可見，添加污泥可以使高灰熔點煤氣化溫度降低至1420℃（可以應用于水煤漿氣流床氣化爐），耗氧量減少18.1％，同時可處理進料量16.7％的污泥（替代相應量的煤炭消耗），耗水量卻減少19.9％，有效合成氣摩爾分率降低2.7％。
　　高灰熔點煤與城市污水污泥制備水煤漿及氣化實驗研究表明，通過降低淮南煤灰熔融溫度，使氣化溫度大幅降低，從而可以滿足水煤漿氣流床氣化爐的工藝要求