典型城市生活垃圾基元中温湿分迁移过程动力学特性研究

城市生活垃圾水分含量高,其湿分迁移特性对整个垃圾焚烧过程有重要影响,基于垃圾是一种具有含湿多孔介质特性的燃料,因此垃圾的热、质传递是研究干燥过程的热点问题之一。本文主要对典型城市生活垃圾基元中温湿分迁移过程的动力学特性进行了实验和模拟研究。本文完成了以下几方面的工作。 利用马弗炉进行垃圾基元中温湿分迁移特性的实验研究,得到了温度、垃圾基元种类和块状垃圾基元几何尺寸等因素对典型城市生活垃圾基元中温湿分迁移特性的影响规律。结果表明,干燥时间和干燥温度之间关系呈t=aTb的规律,初始含湿量较高的垃圾基元和弱各向异性垃圾基元在较低温度下均有明显的初始段、恒速段和降速段,在较高温度下,只有初始段和降速段,初始含湿量较低的强各向异性垃圾基元在所有温度下只呈现初始段和降速段。 实验研究结果表明初始含湿量较高的生物质垃圾基元在第一降速段会出现明显的收缩现象,垃圾基元的含湿量、厚度、骨架的移动性以及湿分迁移速率等对其收缩特性均有不同程度的影响,在一定温度下,垃圾基元在第一降速段的收缩率与水分比近似呈线性关系。 通过在流化床实验台中进行垃圾基元中温湿分迁移过程的实验研究,得到了相关因素对流化床中典型城市生活垃圾基元中温湿分迁移特性的影响规律。分析垃圾基元几何尺寸、干燥温度、床层厚度和风速对流化床中垃圾基元湿分迁移特性的影响程度,并对中温条件下垃圾基元在流化床和马弗炉中的湿分迁移特性进行了比较和分析。 基于对实验结果的进一步分析,得到了典型城市生活垃圾基元中温湿分迁移过程的动力学参数。研究发现温度对垃圾基元湿分迁移过程有效湿分扩散系数的影响均可以用Arrhenius方程描述,典型垃圾基元中温湿分迁移过程所需表观活化能较小,可以在较低的温度下进行干燥。 对垃圾基元在马弗炉中的中温湿分迁移过程进行了数值模拟,用收缩模型模拟初始含湿量较高生物质垃圾基元的湿分迁移过程,用不收缩模型模拟非生物质垃圾基元的湿分迁移过程,计算结果与实验结果吻合较好。研究结果表明当考虑高水分生物质垃圾基元的收缩特性时,计算误差会大大减少,高水分生物质垃圾基元收缩特性增大了垃圾基元表面的传热性质。 本文的研究成果对进一步深入认识高水分城市生活垃圾湿分迁移特性、改进或设计新型焚烧炉适应我国高水分、低热值的固体废弃物焚烧技术提供参考。