城市垃圾流化床气化与旋风燃烧熔融特性研究

论文摘要

环境污染和能源紧缺是我国社会和谐、稳定发展面临的两大难题。“循环经济”与“可持续发展战略”的提出，为我国城市生活垃圾的处理处置及资源化利用，提供了良好的发展契机；同时也向从事能源与环保工作的科研者们，提出了严峻的挑战。本文正是在此背景下，依托国家985重点项目，展开城市垃圾气化熔融技术研究和开发的。 在总结目前应用的气化熔融技术方案的基础上，根据我国城市生活垃圾特性，提出了适合我国国情的流化床气化与旋风燃烧熔融方案；为本文的研究奠定了理论基础。 利用自行设计的流化床气化试验台，在400～800℃、过量空气系数0.2～0.8范围内，对城市生活垃圾中的各类典型组分及模拟垃圾，进行了系统的气化试验研究；重点考察了气化产物热值、气化能量转化率、冷气化气热值、冷气化效率、碳转化率、气化产量等随反应工况变化规律，并对气化反应过程与机理作了初步的探讨和分析。在上述试验基础上，建立了城市生活垃圾流化床气化特性人工神经网络预测模型。 在自制固定床高温熔融炉内，对城市生活垃圾焚烧灰渣进行了熔融试验研究，重点考察了不同特性的垃圾焚烧灰渣熔融特性、熔融过程中二噁英的分解特性以及熔融后重金属在熔渣中的固化特性等，为高温燃烧熔融炉的设计与运行提供了参考依据。 利用Fluent计算软件，对高温旋风燃烧熔融炉内气化产物的燃烧、颗粒相的运行轨迹等进行了模拟和分析，为旋风燃烧熔融炉的设计提供了一定的参考。 在以上研究的基础上，提出了城市生活垃圾流化床气化与旋风燃烧熔融炉大型化设计的初步方案，为进一步的研究和开发打下了良好的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号表
• 第一章 绪论
• 1.1 城市生活垃圾的定义、产量、特性及危害
• 1.1.1 城市生活垃圾的定义
• 1.1.2 城市生活垃圾的产量
• 1.1.3 城市生活垃圾的组成
• 1.1.4 城市生活垃圾的危害
• 1.2 我国及世界各国的处理处置政策
• 1.3 目前城市生活垃圾的主要处理处置技术
• 1.3.1 分类回收技术
• 1.3.2 物理处理技术
• 1.3.3 化学处理技术
• 1.3.4 生物处理技术
• 1.3.5 填埋处置技术
• 1.3.6 处理处置技术的应用与比较
• 1.4 常规焚烧处理技术发展的现状与局限
• 1.4.1 常规焚烧技术的发展及现状
• 1.4.2 常规焚烧技术面临的问题和阻碍
• 1.5 气化熔融技术的发展与现状
• 1.5.1 气化熔融技术的概念及其提出
• 1.5.2 气化熔融技术的发展及应用
• 1.5.3 气化熔融典型方案的比较
• 1.5.4 垃圾气化熔融及相关技术在我国的发展
• 1.6 适合我国的气化熔融方案研究
• 1.6.1 气化熔融技术的一般要求
• 1.6.2 气化熔融系统方案选择
• 1.6.3 适合我国的城市垃圾气化熔融方案分析
• 1.7 本文的主要研究内容及其意义
• 第二章 城市垃圾典型组分及模拟垃圾流化床气化特性研究
• 2.1 流化床气化试验方法及相关定义
• 2.1.1 垃圾流化床气化试验装置及方法
• 2.1.2 气化特性的相关定义和说明
• 2.2 生物质类垃圾流化床气化特性分析
• 2.2.1 木竹类垃圾流化床气化试验研究
• 2.2.2 纸类垃圾流化床气化试验研究
• 2.2.3 棉布类垃圾流化床气化试验研究
• 2.3 高分子化合物类垃圾流化床气化特性分析
• 2.3.1 PE塑料流化床气化试验研究
• 2.3.2 PVC塑料流化床气化试验研究
• 2.3.3 化纤布料流化床气化试验研究
• 2.3.4 废橡胶流化床气化试验研究
• 2.4 厨余类垃圾流化床气化特性分析
• 2.5 模拟垃圾流化床气化特性分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 城市垃圾流化床气化特性预测模型
• 3.1 引言
• 3.2 人工神经网络基本理论简介
• 3.2.1 BP神经元模型
• 3.2.2 BP神经网络结构
• 3.2.3 BP神经网络模型学习算法与过程
• 3.3 城市生活垃圾流化床气化特性BP神经网络预测模型
• 3.3.1 BP神经网络预测模型的结构
• 3.3.2 BP神经网络预测模型的训练样本与训练结果分析
• 3.3.3 BP神经网络的检验样本预测结果分析
• 3.4 BP神经网络对垃圾流化床气化特性的预测
• 3.5 本章小结
• 第四章 城市垃圾焚烧灰渣高温熔融试验研究
• 4.1 前言
• 4.2 城市垃圾焚烧灰渣熔融技术简介
• 4.3 城市垃圾焚烧灰渣熔融试验方法
• 4.4 垃圾焚烧灰渣熔融特性研究
• 4.4.1 垃圾焚烧灰渣熔融温度
• 4.4.2 二恶英在灰渣熔融过程中的热分解特性
• 4.4.3 重金属在灰渣熔融过程中的固化特性
• 4.5 本章小结
• 第五章 高温旋风燃烧熔融炉的数值模拟
• 5.1 前言
• 5.2 旋风燃烧数值模拟的基本理论介绍
• 5.3 旋风燃烧熔融炉的数值模型
• 5.3.1 旋风熔融炉模拟的工况条件
• 5.3.2 旋风熔融炉Fluent模型及其边界条件
• 5.4 旋风燃烧熔融炉数值模拟结果及分析
• 5.4.1 旋风炉下部有无锥体对模拟结果的影响
• 5.4.2 不同颗粒粒径对模拟结果的影响
• 5.4.3 不同出口压力对模拟结果的影响
• 5.4.4 颗粒不同入口位置对模拟结果的影响
• 5.4.5 不同炉膛高度对模拟结果的影响
• 5.4.6 不同入口速度对模拟结果的影响
• 5.4.7 不同旋风炉膛直径对模拟结果的影响
• 5.4.8 不同锥体出口截面直径对模拟结果的影响
• 5.4.9 小结
• 5.5 旋风燃烧熔融炉的初步设计与模拟
• 5.5.1 设计的基本方案
• 5.5.2 主要的设计参数
• 5.5.3 旋风燃烧熔融炉设计的主要参数
• 5.6 本章小结
• 第六章 城市垃圾气化熔融方案初步设计
• 6.1 500T/D城市生活垃圾综合处理系统方案
• 6.2 垃圾筛上物气化熔融系统初步设计
• 6.2.1 流化床气化与旋风燃烧熔融系统设计与流程图
• 6.2.2 气化熔融系统的主要设计参数
• 6.3 本章小结
• 第七章 全文总结及展望
• 7.1本文研究的目的和意义
• 7.2 本文研究主要的结论
• 7.2.1 城市垃圾流化床气化试验及气化特性预测模型
• 7.2.2 城市垃圾焚烧灰渣熔融特性研究
• 7.2.3 气化产物旋风燃烧熔融炉数值模拟
• 7.2.4 基于综合处理的气化熔融系统初步方案
• 7.3 本文的不足与下一步工作的展望
• 参考文献
• 作者在攻读博士学位期间发表或录用的主要论文:
• 致谢