泥焦?jié){成漿機理及輸送霧化特性研究.pdf

1、污泥具有水分高、顆粒細、粘度高、流動性差、不易脫水等特點。隨著污泥產量的逐年攀升，污泥處理的減量化、無害化、資源化已成為當前環(huán)境科學領域的重要研究課題。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，因而石油焦的高效、清潔利用成為能源科學和技術領域非常關注的問題之一。將污泥與石油焦混合制備高濃度泥焦?jié){進行燃燒或者氣化，可以實現(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、焦進行共成漿試驗，并對泥焦?jié){的管內流動特性、阻力特性以及氣泡噴嘴的霧化特性進行了系統(tǒng)的研究。
　　采用NXS-4C型旋轉粘度計研究了城市污泥、石化污泥和造紙污泥與石油焦共成漿的機理、漿體穩(wěn)定性機理及其影響因素;利用氮氣吸附儀、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構、微觀形貌、礦物成分組成、表面化學元素以及含氧官能團等表面微觀

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。
　　在小型漿體輸送試驗裝置上采用管流法系統(tǒng)地研究了水焦?jié){和泥焦?jié){的管內流動特性、壁面

4、滑移特性和真實流變特性，率先獲得了水焦?jié){和泥焦?jié){管內流動的壁面滑移特性和真實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){由假塑性流體轉變?yōu)槊浰苄粤黧w，剪切速率超過600s-1之后，又轉變?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){由脹塑性流體轉變?yōu)榧偎苄粤黧w，石化污泥焦?jié){由假塑性流體轉變?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率大于相同濃度水焦?jié){的壁面滑移速度和滑移貢獻率，而臨界壁面剪切應力小于水焦?jié){。城市污泥焦?jié){的真實流變特性和壁面滑移特性在三種污泥焦?jié){中最適合于工程應用。
　　在獲得泥焦?jié){壁面滑移速度和真實流變特性的基礎上，系統(tǒng)深入地研究了泥焦?jié){在直管和彎管內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){管內流動的阻力系數(shù)與廣義雷諾數(shù)的經驗關系式。首次采用神經網絡模型對水焦?jié){的管內流動壓降進行了合理預測。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神經網絡模型，采用旋轉粘度計在低剪切速率下測得的流變參數(shù)對水焦?jié){管內流動壓降進行了預測，無需

7、進行復雜的壁面滑移修正，最大誤差不超過10％。
　　在小型漿體氣泡霧化試驗裝置上對泥焦?jié){的流量特性和霧化特性進行了研究，獲得了污泥性質、噴嘴結構參數(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。結果表明，隨著氣液質量比增大，漿體流量逐漸下降;注氣壓力越高，噴嘴出口直徑越大，漿體質量流量越大;漿體性質對漿體在氣泡噴嘴內的流量特性影響較小。石油焦顆粒表面具有較強的疏水性，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的氣液兩相流動特性進行了數(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