可燃固體廢棄物熱解氣化的交互作用機(jī)理與過程優(yōu)化研究.pdf

1、隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，一方面城市可燃固廢產(chǎn)量逐漸增加，另一方面居民對城市固廢的無害化處理訴求也愈加強(qiáng)烈。以熱解、氣化、氣化熔融為代表的新一代可燃固廢“控氧”熱處理技術(shù)，因其低污染、能源化、減量化，是未來城市固廢熱處置技術(shù)的發(fā)展趨勢。其中，熱解、氣化不僅是可燃固廢重要的熱處置方式，也是控氧燃燒技術(shù)的關(guān)鍵步驟。進(jìn)一步加強(qiáng)復(fù)雜多組分可燃固廢熱解氣化反應(yīng)機(jī)理研究，并根據(jù)我國可燃固廢高水分、低熱值的特征，對實(shí)際固廢的熱解氣化

2、工藝過程進(jìn)行優(yōu)化對可燃固廢進(jìn)行清潔能源化利用發(fā)展具有重要意義。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用熱重實(shí)驗(yàn)方法對生物質(zhì)固廢中不同“基元”組分(半纖維素、纖維素、木質(zhì)素)和不同塑料共熱解的交互作用機(jī)理進(jìn)行研究。通過“Bigass”函數(shù)對生物質(zhì)可燃固廢的熱重實(shí)驗(yàn)失重速率曲線進(jìn)行擬合，確定其“基元”成分組成。采用回歸擬合的方差分析方法，將不同“基元”和不同塑料聚合物共熱解的交互作用程度大小進(jìn)行定量分析。研究結(jié)果表明：生物質(zhì)中不同“基元”組分

3、和不同塑料共熱解的協(xié)同作用各不相同。纖維素和 PVC共熱解的交互作用程度最為明顯，偏離度高達(dá)58.4％；纖維素使PP、PS的熱解過程向高溫方向偏移，且PP的偏移更明顯。木質(zhì)素使PE的熱解過程向低溫方向偏移。其余“基元”組分和塑料共熱解的交互作用都可忽略不計(jì)。紙巾/PP、紙巾/PS、包菜/PP共熱解的交互程度隨升溫速率增加而減小，但包菜/PE呈明顯增加。實(shí)際可燃固廢共熱解過程中，只需考慮生物質(zhì)固廢中木質(zhì)素“基元”組分和塑料 PE共熱解的交

4、互作用影響。⑵文在單組分可燃固廢熱解過程吸熱量的DSC測量基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際可燃固廢物理特性以及單組分固廢熱解實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對實(shí)際可燃固廢的熱解熱工性能進(jìn)行分析計(jì)算。結(jié)果表明：單組分熱解過程的熱解需熱很小，不超過燃料自身熱值的10%。對于實(shí)際可燃固廢，干燥熱占有熱解需熱的絕大份額。塑料的熱解熱工性能要明顯優(yōu)于生物質(zhì)固廢。要提高可燃固廢熱解過程的熱工性能，控制水分是關(guān)鍵。若熱解作為可燃固廢“控氧”熱轉(zhuǎn)化的中間環(huán)節(jié)，熱解溫度應(yīng)該控制在500℃左右

5、。此外，通過對以焦炭為熱源的自熱式熱解工藝能量平衡進(jìn)行計(jì)算，得到水分對熱解運(yùn)行參數(shù)的影響規(guī)律。計(jì)算結(jié)果為固廢熱解處理技術(shù)的設(shè)計(jì)運(yùn)行提供參考依據(jù)。⑶以碳臨界氣化和吉布斯自由能原理為基礎(chǔ)，對實(shí)際可燃固體廢棄物達(dá)到最佳自氣化條件的水分和灰分限制進(jìn)行模擬研究，并對相應(yīng)的最佳氣化運(yùn)行參數(shù)例如過量空氣系數(shù)、氣化溫度，以及預(yù)熱空氣溫度給予了分析。模擬結(jié)果表明：在無外熱源的情況下，對于給定可燃物成分和灰分的可燃固廢，要達(dá)到最佳氣化條件，存在一個(gè)水分臨界

6、值。當(dāng)水分小于或等于該臨界值，固廢可進(jìn)行最佳氣化。當(dāng)水分超過該臨界點(diǎn)，氣化效率和產(chǎn)氣熱值將隨水分的增加急劇降低?？扇脊虖U達(dá)到最佳氣化的運(yùn)行參數(shù)條件為：水分15.5~27.8%，灰分10~30%，固廢熱值10.1~17.3MJ/kgwaste，過量空氣系數(shù)0.20~0.26，預(yù)熱空氣溫度300~400℃，對應(yīng)的氣化結(jié)果為氣化溫度600~650℃，產(chǎn)氣熱值6.0~6.8MJ/Nm3。⑷通過對20多種單組分固廢進(jìn)行熱值測量，以及不同氣候條件下

7、單組分實(shí)際固廢的水分測量統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上，提出了一種簡單、快速的基于我國濕物理成分可燃固廢的熱值預(yù)測模型：Qnet,w,MSW=219PPl+109(PPa+PWo+PTe)。本文收集從1994年至2012年31個(gè)我國主要城市103組城市可燃固廢數(shù)據(jù)對該模型預(yù)測效果進(jìn)行評價(jià)。結(jié)果表明：該模型預(yù)測效果要優(yōu)于現(xiàn)有世界上其它5個(gè)基于固廢成分熱值預(yù)測模型。該方程預(yù)測的絕對平均誤差為18.21%，在實(shí)際工程應(yīng)用的允許誤差方位范圍之內(nèi)。該預(yù)測模型對于相關(guān)