CN104569283A - 一种对煤炭和污泥混合燃烧后灰熔点变化趋势的预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对煤炭和污泥混合燃烧后灰熔点变化趋势的预测方法，包括以下步骤：1)将煤炭和污泥的混合样品进行干燥、缩分、研磨及用筛子筛分，将通过筛子的混合样品粉末干燥；2)采用快速灰化法制得灰样；3)对灰样进行灰成分分析，测出矿物组分的种类和含量；4)选取含量最大的三种矿物组分，选择对应的三元相图；5)将煤炭和污泥所在的点标注在三元相图上，将煤炭和污泥所在的点进行连线；6)得到灰熔点随混合样品中污泥含量的变化趋势。本发明可以快速而有效的预测煤炭和污泥混合后混合样品的灰熔点随污泥含量的变化趋势，便于初期高效确定泥煤炭混合样品中煤炭和污泥的种类和煤炭中掺混污泥后可能引起的灰熔融特性变化情况。
Description
技术领域
本发明属于污泥处理技术领域，更具体地，涉及一种对煤炭和污泥混合燃烧后灰熔点变化趋势的预测方法。
背景技术
随着中国城市化进程的加快，城市污水处理率逐年提高，城市污水处理厂的污泥产量也急剧增加，未经适当处理的污泥进入环境后，会给水体和大气带来二次污染，不但降低了污水处理系统的有效处理能力，而且对生态环境和人类活动构成了严重威胁。
目前污泥的处置方法目前主要有排海、填埋、农用、焚烧等。焚烧法由于具有减量化、无害化和资源化等优点，未来在污泥处置方式中所占比例将不断提高。然而由于机械脱水污泥的含水量较高，热值很低，一般无法单独稳定燃烧，通常采用污泥与煤炭或其他辅助燃料混烧的方式进行污泥的焚烧处置。污泥中灰分含量较高，成分复杂，与煤炭混烧后，其灰熔融特性难以预测，而不同特性的污泥与煤炭混烧过程中的灰渣的沉积特性有较大差异，在污泥与煤炭掺烧时，如果处理不当，即使在较低的掺混比例下也会造成锅炉结渣，影响燃烧效果及锅炉寿命，因此，有必要对煤炭和污泥混烧后的灰熔点进行快速而有效地预测。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种对煤炭和污泥混合燃烧后灰熔点变化趋势的预测方法，能够快速而有效地选取合适灰熔融特性的煤炭和污泥的搭配种类和预测掺混污泥后的灰熔融特性变化趋势。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种对煤炭和污泥混合燃烧后灰熔点变化趋势的预测方法，包括以下步骤：
1)将煤炭和污泥的混合样品进行干燥、缩分、研磨及用筛子筛分，将通过筛子的混合样品粉末在105～110℃的烘箱中恒温干燥2～2.5h；
2)依据国标GB/T 212-2008，采用快速灰化法制得灰样；
3)采用分析设备对灰样进行灰成分分析，测出矿物组分的种类和含量；
4)选取含量最大的三种矿物组分，选择对应的含有该三种矿物组分的三元相图；
5)根据步骤4)选取的三种矿物组分分别在煤炭和污泥中的含量，将煤炭和污泥所在的点标注在三元相图上，在三元相图上将煤炭和污泥所在的点进行连线；
6)根据三元相图上的等温线，得到灰熔点随混合样品中污泥含量的变化趋势。
优选地，步骤2)中快速灰化法包括在程序温控的马弗炉内，在805～825℃温度下灼烧混合样品粉末至质量恒定的过程。
优选地，步骤3)中的分析设备为能谱分析仪或波长色散型X射线荧光光谱仪。
优选地，步骤6)中所述的灰熔点为软化温度。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1)本发明基于煤灰和污泥灰的化学组成成分，结合三元相图和矿物学的相关知识，可以快速而有效地预测煤炭和污泥混合后，随着掺混污泥含量的变化得到混合样品的灰熔点变化趋势；
2)该方法操作简洁，预测周期短，适用范围广，结果以三元相图的形式表示，简单直观。相对于传统的测灰熔点的方法，本发明所需煤炭和污泥的质量少，可以在不用对煤炭中掺混不同比例污泥进行灰熔点测试的情况下，预测出灰熔点的变化趋势，有效减少了对不同污泥掺混比例进行测量的工作量；
3)通过本方法可以从不同种类的煤炭和污泥中快速有效地识别出混合燃烧后灰熔融特性较好的组合方式，对煤炭和污泥混合燃烧方案提供指导信息。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图；
图2a～图2c分别是A和B混合、A和C混合和A和D混合得到的三元相图；
图3是本发明中用于验证方法有效性的实验结果。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
将煤炭A和污泥样品B样品进行干燥、缩分、研磨后进行筛分，在105～110℃烘箱中恒温2～2.5h制得干燥基样品，依据国标GB/T212-2008，采用快速灰化法，在程序温控的马弗炉内，(815±10)℃温度下灼烧样品至质量恒定制得灰样，对灰样进行灰成分分析，灰成分分析采用AXIOSadvanced波长色散型X射线荧光光谱仪，得到灰成分分析的各矿物组分结果如下表所示：
表1 矿物组分含量表
由表1得到，在煤炭A和污泥B得到的混合样品中，矿物组分Fe2O3、Al2O3和SiO2的含量分别占到了混合样品的72.01％、43.77％和55.48％，可以认为Fe2O3-Al2O3-SiO2组分体系为主要成分；通过三元相图工具书选择Fe2O3-Al2O3-SiO2体系三元相图；然后分别计算Fe2O3、Al2O3和SiO2在该三种矿物组分所占的百分比例，进行换算后，根据换算后Fe2O3、Al2O3和SiO2的比例在三元相图上将煤炭A和污泥B所在的点进行标注，如图2a所示。在相图上将AB进行连线，根据三元相图的杠杆规律，连线上的点离B点越近，混合样品中污泥所占比例越大。
从图2a上可以得出，当煤炭A中掺入污泥B时，混合样品的熔融温度表现为先降低后升高的趋势；由此可见，在煤炭中掺入污泥B时,应注意掺混污泥B后可能会引起灰熔点下降显著，导致严重的结渣现象。
实施例2
将煤炭A和污泥样品C样品进行干燥、缩分、研磨后进行筛分，在105～110℃烘箱中恒温2～2.5h制得干燥基样品，依据国标GB/T212-2008，采用快速灰化法，在程序温控的马弗炉内，(815±10)℃温度下灼烧样品至质量恒定制得灰样，对灰样进行灰成分分析，灰成分分析采用AXIOSadvanced波长色散型X射线荧光光谱仪，得到灰成分分析的各矿物组分结果如下表所示：
表2 矿物组分含量表
由表2得到，在A和C得到的混合样品中，矿物组分CaO、Al2O3和SiO2的含量分别占到混合样品的42.98％、37.21％和68.75％，可以认为CaO-Al2O3-SiO2组分体系为主要成分；通过三元相图工具书选择CaO-Al2O3-SiO2体系三元相图；然后分别计算CaO、Al2O3和SiO2在此三种矿物组分所占的比例，进行换算后，根据换算后CaO、Al2O3和SiO2的比例在三元相图上将煤炭A和污泥C所在的点进行标注，如图2b所示。在相图上将AC进行连线，根据三元相图的杠杆规律，连线上的点离C点越近，混合样品中污泥所占比例越大。
从2b上可以得出，当煤炭A中掺入污泥C时，混合样品的熔融温度在相图上同样表现出先降低后升高的趋势。由此可见，在煤炭中掺入污泥C时,应注意掺混污泥C后可能会引起灰熔点下降显著，导致严重的结渣现象。
实施例3
将煤炭A和污泥样品D样品进行干燥、缩分、研磨后进行筛分，在105～110℃烘箱中恒温2～2.5h制得干燥基样品，依据国标GB/T212-2008，采用快速灰化法，在程序温控的马弗炉内，(815±10)℃温度下灼烧样品至质量恒定制得灰样，对灰样进行灰成分分析，灰成分分析采用AXIOSadvanced波长色散型X射线荧光光谱仪，得到灰成分分析的各矿物组分结果如下表所示：
表3 矿物组分含量表
由表3得到，在煤炭A和污泥D得到的混合样品中，矿物组分Fe2O3、Al2O3和SiO2的含量分别占到了混合样品的11.57％、55.07％和97.42％，可以认为Fe2O3-Al2O3-SiO2组分体系为主要成分；通过三元相图工具书选择Fe2O3-Al2O3-SiO2体系三元相图；然后分别计算Fe2O3、Al2O3和SiO2在此三种矿物组分所占的比例，进行换算后，根据换算后Fe2O3、Al2O3和SiO2的比例在三元相图上将煤炭A和污泥D所在的点进行标注，如图2c所示。在相图上将AD进行连线，根据三元相图的杠杆规律，连线上的点离D点越近，混合样品中污泥所占比例越大。
从图2c上可以得出，当煤炭A中掺入污泥D时，在相图上区域位置变化不大，灰熔融温度变化较平缓。由此可见，在煤炭中掺入污泥D时，掺混量对灰熔点的影响相对较小，掺混后对灰熔融特性影响不大。
从图2a～图2c可以得出，在初期高效确定泥煤炭混合样品中煤炭和污泥的种类时，如果要在污泥B、C、D中选择一种与煤炭A进行混合燃烧，则可以选择污泥D，污泥D在混合样品中的含量可以在安全范围内选择比较大的值。因此，本发明的预测方法便于来选择确定与煤炭一起混合燃烧的污泥的种类。
另外，为了验证方法的有效性，根据GB219-74，对相应样品的进行了灰熔点测试，以软化温度ST作为灰熔融温度，测试结果如图3所示，污泥掺混比例(即污泥占混合样品总量的质量百分比)分别选择0％(即只烧煤炭)、10％、20％、40％、60％、80％和100％(即只烧污泥)，得到煤炭A中掺混污泥B、污泥C和污泥D的灰熔融曲线，验证实验测得的灰熔点变化趋势与三元相图所预测的变化趋势一致，污泥B和C都是先降低后升高，污泥D的变化不大。另外，10％、20％、40％、60％、80％的污泥含量在图2a～图2c中也相应的有标出。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种对煤炭和污泥混合燃烧后灰熔点变化趋势的预测方法，其特征在于：
包括以下步骤：
1)将煤炭和污泥的混合样品进行干燥、缩分、研磨及用筛子筛分，将通过筛子的混合样品粉末在105～110℃的烘箱中恒温干燥2～2.5h；
2)依据国标GB/T212-2008，采用快速灰化法制得灰样；
3)采用分析设备对灰样进行灰成分分析，测出矿物组分的种类和含量；
4)选取含量最大的三种矿物组分，选择对应的含有该三种矿物组分的三元相图；
5)根据步骤4)选取的三种矿物组分分别在煤炭和污泥中的含量，将煤炭和污泥所在的点标注在三元相图上，在三元相图上将煤炭和污泥所在的点进行连线；
6)根据三元相图上的等温线，得到灰熔点随混合样品中污泥含量的变化趋势。
2.根据权利要求1所述的一种对煤炭和污泥混合燃烧后灰熔点变化趋势的预测方法，其特征在于：步骤2)中快速灰化法包括在程序温控的马弗炉内，在805～825℃温度下灼烧混合样品粉末至质量恒定的过程。
3.根据权利要求1所述的一种对煤炭和污泥混合燃烧后灰熔点变化趋势的预测方法，其特征在于：步骤3)中的分析设备为能谱分析仪或波长色散型X射线荧光光谱仪。
4.根据权利要求1所述的一种对煤炭和污泥混合燃烧后灰熔点变化趋势的预测方法，其特征在于：步骤6)中所述的灰熔点为软化温度。
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