城市生活垃圾中低温热解特性研究

近年来,由于世界能源、资源日益紧张以及各种垃圾资源化利用方法的出现,城市垃圾已从单纯收集、运输、处理、填埋的狭窄概念转向抑制垃圾生产、提高垃圾资源化利用率上来。城市垃圾作为一种资源被开发利用已是大势所趋。本文通过介绍国内外的垃圾处理现状,比较填埋法、堆肥法、焚烧法、热解法等的优缺点,尤其是热解技术处理垃圾的优越性,显示出热解法将是垃圾处理的一个重要方向之一,对其研究已成为相关专业研究的前沿问题。 本研究使用自行设计和制造的、旨在模拟工业化实际设备中热解特性的小型外热式固定床实验装置,以城市生活垃圾中典型的可热解成分组成的混合物为实验物料,进行300℃～700℃的一系列垃圾热解实验。研究了在具有一定规模的小型固定床热解实验装置中,城市生活垃圾热解过程中的温度场变化规律,以及热解反应时间、热解产物分布、挥发分的析出率等受热解温度影响的内在机理特征。 热解气作为垃圾热解的重要产物之一,其成分变化特性直接影响其后的热利用。热解气的成分含量和热值的平均值,均随热解温度呈现一定的变化规律。在本文的实验中,设定温度为300℃～700℃的范围内,其热值在5.4MJ/m3～15.13MJ/m3之间变化。热解气中除H2、CO、CH4、CO2、C2H4、C2H6这六种主要气体外,还含有NOX、HCl、H2S、NH3、O2、C3、C4、C5碳氢化合物及高烃类气体等,且热解温度越高这些气体的含量越大。 文中还对热解的剩余物——半焦物质进行了元素分析和工业分析,分析表明其热值在21MJ/kg～24.7MJ/kg之间,可以作为固体燃料利用,但其元素成分和工业成分均随热解温度发生变化,且影响着半焦的燃烧特性。 通过对热解过程的能量分析,表明本实验物料热解需要的能量完全可利用热解产物来提供,而不需要其它辅助热源。 针对城市生活垃圾的特点,本文采用当量导热法的概念,将城市生活垃圾在热解过程中复杂的传热过程简化为纯导热过程,建立了一套求解固定床热解反应器中物料温度场的传热学模型。通过与实验数据的比较,表明该模型具有一定的实用性。