我国每年产生3000～4000万吨含水率在80%左右的城市污泥。污泥中含有有机污染物、重金属、二噁英、病原微生物等难降解的有毒有害物,不经过处理而直接排放的话容易引起土地污染、水体污染和大气污染等危害。气化技术在污泥的减容化、无害化、稳定化和资源化方面有着较大的优势。污泥CO2气氛气化技术具有减少温室气体排放和优化气化合成的潜力。其对CO2的重复利用,并将污泥和CO2气体转化为CO、H2和CH4等可燃气体,从而实现污泥的资源化利用和碳的负排放。此外,CO2对重金属的稳定、气化过程中焦油产量的减少中都有促进作用。故为探讨CO2作为气化剂在污泥气化中的作用,研究污泥在富CO2气氛下的气化特性,以实现污泥的清洁能源化利用和CO2的负排放的目的。本文在小型管式炉上,从气化过程中各合成气组分的产气速率变化和最终合成气的各计算参数的变化来研究气化温度、气化剂中CO2浓度及STEAM浓度、添加剂等因素对污泥气化特性的影响,从而为污泥的处理与其气化机理的探究提供新的思维和实验依据。其主要研究内容及成果如下:(1)在污泥空气气化中,控制空气当量比一定,探究不同气化温度下气化剂中添加不同含量的CO2对其气化特性的影响。研究发现,温度是影响气化特性的最主要因素。随着温度的升高,各合成气组分的产气速率峰值、可燃气产量以及气化效率等都逐渐增加。在气化温度一定,控制CO2当量比β在O、0.5、1和1.5变化,发现存在β=O.5使气化效果达到最佳。综合得出,高温少量CO2的通入可以促进污泥合成气的产生,其最佳的气化条件为气化温度950℃,气化剂流速为200～300ml/min,β=O.5。(2)在气化剂总流速和氧气浓度相同的情况下,污泥高温气化的最佳CO2浓度在30%左右;相同条件下,在200～300 ml/min之间存在最佳气化剂流速使污泥的气化效果达到最佳。气化剂中有CO2参与的气化反应中,相比于无添加剂的工况下,添加K2CO3、草木灰与污泥灰均促进合成气中CO的产生,使其含量分别增加了 68.27%、44.66%和28.79%。而在气化剂中没有CO2参与的气化反应中,仅有K2CO3可以对CO具有很好的促进效果,促进其增加了 33.67%。(3)污泥的CO2-STEAM气氛气化实验中,研究了气化温度、水蒸气浓度和添加剂对气化特性的影响。研究发现,在相同工况下,随着水蒸气含量的增加,合成气中可燃气体的量也逐渐增加。存在一个最佳的水蒸气浓度为40%,使合成气中可燃气体含量达到最大。在最佳水蒸气含量下,可燃气含量随着温度的升高而增加,在950℃时气化的效果最优。此外,还研究在最佳工况下K2CO3、草木灰和污泥灰对气化特性的影响。结果发现,在有水蒸气的工况下添加K2CO3具有促进气化的效果(促进催化效果要小于同工况下无水蒸气的情况);草木灰对气化基本没有影响,而污泥灰甚至会抑制其气化的反应。(4)污泥在Air-CO2或O2-N2-CO2气氛下气化有利于重金属的固化稳定,且在最佳工况下其稳定效果也是最好的。而在CO2-STEAM气氛下气化不利于重金属的固化稳定,且随着气化温度和水蒸气含量的增加其稳定效果变得更差。