可燃固體廢棄物熱解氣化的交互作用機理與過程優(yōu)化研究.pdf

1、隨著我國社會經(jīng)濟的發(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。進一步加強復(fù)雜多組分可燃固廢熱解氣化反應(yīng)機理研究，并根據(jù)我國可燃固廢高水分、低熱值的特征，對實際固廢的熱解氣化

2、工藝過程進行優(yōu)化對可燃固廢進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采用熱重實驗方法對生物質(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理進行研究。通過“Bigass”函數(shù)對生物質(zhì)可燃固廢的熱重實驗失重速率曲線進行擬合，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。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)合實際可燃固廢物理特性以及單組分固廢熱解實驗數(shù)據(jù)，對實際可燃固廢的熱解熱工性能進行分析計算。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行計算，得到水分對熱解運行參數(shù)的影響規(guī)律。計算結(jié)果為固廢熱解處理技術(shù)的設(shè)計運行提供參考依據(jù)。⑶以碳臨界氣化和吉布斯自由能原理為基礎(chǔ)，對實際可燃固體廢棄物達到最佳自氣化條件的水分和灰分限制進行模擬研究，并對相應(yīng)的最佳氣化運行參數(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，要達到最佳氣化條件，存在一個水分臨界

6、值。當水分小于或等于該臨界值，固廢可進行最佳氣化。當水分超過該臨界點，氣化效率和產(chǎn)氣熱值將隨水分的增加急劇降低。可燃固廢達到最佳氣化的運行參數(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多種單組分固廢進行熱值測量，以及不同氣候條件下

7、單組分實際固廢的水分測量統(tǒng)計基礎(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)測效果進行評價。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)