污泥处理用热等离子体基本特性及污泥处理产物特性研究

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1、分类号学号D201177758学校代码10487密级博士学位论文污泥处理用热等离子体基本特性及污泥处理产物特性研究学位申请人：李铭书学科专业：环境工程指导教师：胡辉教授李胜利教授答辩日期：2018年11月8日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringStudyonBasicCharacteristicsofThermalPlasmaforSludgeTreatmentandChara

2、cteristicsofSludgeTreatmentProductsPh.D.Candidate:LiMingshuMajor:EnvironmentalEngineeringSupervisor:Prof.HuHuiProf.LiShengliHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074,P.R.ChinaNovember,2018独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个

3、人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研宄做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：／；｜￥＋日期：年／２月今曰学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定：，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，在。年解密后适用本

4、授权书本论文属于／不保密ｄＫ“”（请在以上方框内打ｖ）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：办以年／ｚ月今日日期：＾＾年＾月日＋华中科技大学博士学位论文摘要随着工业化和城镇化加速发展，我国污泥产量随着污水处理设施的增加而大幅增加，然而目前污泥处理能力不足，污泥处理处置形势严峻。我国常见的污泥处置传统方法存在一定局限，资源化利用水平不高，且存在二次污染的风险。随着日趋严格的环境标准，及国家对能源回收利用要求的逐步提高，探索、发展污泥无害化、资源化处理技术意义重大。本文对热等离子体技术处理污泥进行探索，研究了热等离子体在污泥

5、无害化和资源化利用方面的基本特征及变化规律。主要研究内容及结论如下：1、基于有限元分析方法，开展热等离子体多物理场数值模拟研究。在建立转移弧热等离子体模型的基础上，研究了氩气、氦气、氮气、空气、二氧化碳等气体对热等离子体基本特性的影响，及工作参数、电极形状、喷嘴结构对热等离子体基本特性的影响。同时，建立了非转移弧热等离子体及射流的模型，研究了工作参数对温度场分布特性的影响。基于模拟结果，探讨了适合热等离子体处理污泥的工作气体选择和热等离子喷枪的参数设计，并开展了热等离子体污泥处理反应器设计。2、开展热等离子体工作基本特性实验研究。主要包括伏安特性

6、及其影响因素、发射光谱诊断和射流特性研究等。实验结果表明，处理污泥用热等离子体呈典型电弧放电的伏安特性。可通过增大电流或增大气体流量的方法提高热等离子体输出功率。研究还发现，相同工作参数时，电压和功率大小为：二氧化碳＞氮气＞氩气。热等离子体发射光谱诊断结果表明，氮气和二氧化碳作为工作气体较氩气具有更高的温度和电子密度，在100A、10L/min时氮气和二氧化碳热等离子体射流焰心23-3温度可到10000K以上，电子密度可达10m，此时热等离子体达局部热力学平衡。热等离子体射流形态的影响参数研究表明，相同工作参数下，氮气和二氧化碳较氩气具有更长的热

7、等离子体射流，在100A、5L/min时，氮气和二氧化碳射流可达35cm，维持稳定及较长弧长的热等离子体射流。工作电流和气体流量等工作参数可有效调节热等离子体射流形态。I华中科技大学博士学位论文3、热等离子体处理污泥的基本特性实验研究。分别采用转移弧热等离子体和非转移弧热等离子体，开展了热等离子体处理污泥样品的实验研究。考察了污泥含水率、工作气体种类、工作电流等对热等离子体气体产物的影响规律，以及污泥热等离子体处理后残渣的基本特性。当采用转移弧热等离子体，以二氧化碳为热等离子体工作气体处理焦化厂剩余3污泥时，气体成分以CO和H2为主，未检出复杂气

8、体化合物，气体热值达8.43MJ/m，具有回收利用的价值。进一步采用非转移弧热等离子体，以氮气为热等离子体工作3气体处理市政污泥时，气体