城市生活垃圾外热式热解技术的研究

论文摘要

资源与环境是21世纪的两大主题,城市生活垃圾处理是这两大主题中的重要课题。随着人们环境资源意识的增强,各国政府对垃圾处理技术标准的提高,传统的垃圾处理主要方法填埋、堆肥、焚烧三种技术日益显示出其缺陷,如垃圾填埋占用大片土地,堆肥法处理量小、效率低,焚烧法容易产生二次污染,特别是二恶英（Dioxins）的污染问题,使其在工业应用方面受到阻碍。垃圾热解技术具有二次污染小,无害化彻底,资源化程度高的特点,是处理垃圾的重要技术之一,正引起世界各国研究者的广泛重视。本文以城市生活垃圾典型有机组分作为研究对象,主要从以下几个方面开展研究:深入探讨了城市生活垃圾热解的原理、工艺与反应过程,全面总结了垃圾热解技术国内外的研究现状与进展以及城市生活垃圾热解技术的优点,对国外典型垃圾热解工艺作出了科学的分析与比较;采用TG-DTG分析方法对典型的有机垃圾组分:木屑,废纸张,织物以及废塑料PVC的热失重特性作了详细深入的分析,并建立了多阶段一级反应模型,获取了各组分在各温度区间内的热解动力学参数;在自行设计的外热式热解炉装置平台上对城市生活垃圾的热解做了大量的实验研究,深入分析了城市生活垃圾外热式热解在不同工况下的产物分布情况、产气特性、热解气体性质、热解溶液以及热解残留半焦的特性,结果表明热解温度是影响城市生活垃圾热解过程的最重要的参数;随着温度的上升,气体产率迅速增加,热解溶液产率和半焦产率则呈下降趋势。热解气体主要由CO、H2、CH4、CO2组成,随着热解温度的升高,CO、H2的含量逐渐升高;热解气体的热值并不随着热解温度升高而升高,而是有一个最大值;随着热解温度的升高,热解半焦的热值呈上升的趋势;热解溶液中绝大部分是水分和挥发分,固定碳和灰分含量很低,二者之和也不足3%。建立了垃圾热解焦油的成分分析方法:液液分离——GC/MS,通过蒸发、萃取和分离等化学分离方法将城市生活垃圾热解产生的焦油分成酸性组分、碱性组分、非极性、极性中性物等几个大类之后利用GC/MS来进行分析,获得焦油组分的构成信息。自行研发了生物质粉体供热城市生活垃圾外热式热解新工艺,并做了大量的实验研究,结果表明:用生物质直接燃烧技术为垃圾热解供热,具有独创性,该外热式热解系统运行稳定,产气率较高,可达45%以上;热解结束后,在高温下通入水蒸气,能实现绝大部分残留碳的气化;该工艺热解产生的气体热值在14～16MJ之间,是内热式热解气体热值的3倍;利用专业流体软件Fluent较好的模拟了该系统燃烧室和热解室的温度场,为以后系统优化提供了基础。本文的研究成果将能为城市生活垃圾热解技术的发展和应用提供一定的理论基础和科学依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪言
• 1.1 引言
• 1.2 城市垃圾的来源与组成
• 1.3 城市生活垃圾的产生情况
• 1.4 城市垃圾的组成
• 1.5 城市生活垃圾处理技术现状
• 1.6 我国城市生活垃圾处理存在的问题
• 1.7 垃圾热解处理是垃圾处理技术的新趋势
• 1.8 本文研究目的、意义和主要研究内容
• 1.9 本论文的创新之处
• 2 城市生活垃圾热解原理与技术
• 2.1 热解的原理
• 2.2 城市生活垃圾热解反应
• 2.3 城市生活垃圾热解工艺
• 2.4 垃圾热解技术的优势
• 2.5 国内外垃圾热解技术研究进展
• 2.6 典型热解工艺简介及比较
• 2.7 本章小结
• 3 实验物料理化性质分析
• 3.1 试验物料来源
• 3.2 城市生活垃圾的物理特性
• 3.3 城市生活垃圾的化学特性
• 3.4 本章小结
• 4 城市生活垃圾热解特性的TG-DTG 分析及反应动力学研究
• 4.1 热天平的原理及其结构
• 4.2 实验物料
• 4.3 实验仪器
• 4.4 实验条件
• 4.5 实验结果与分析
• 4.6 热解反应动力学研究
• 4.7 本章小结
• 5 城市生活垃圾外热式热解的实验研究
• 5.1 试验物料
• 5.2 试验装置与过程
• 5.3 实验结果与分析
• 5.4 本章小结
• 6 城市生活垃圾热解焦油的成分分析
• 6.1 引言
• 6.2 焦油分析方法概况
• 6.3 前期煤焦油分析方法与结果
• 6.4 本实验分析方法确定
• 6.5 样品预处理
• 6.7 分析条件
• 6.8 结果分析与讨论
• 6.9 本章小结
• 7 生物质粉体供热城市生活垃圾外热式热解新工艺的研究
• 7.1 引言
• 7.2 生物质粉体供热城市生活垃圾外热式热解新工艺
• 7.3 生物质粉体供热城市生活垃圾外热式热解系统可行性分析
• 7.4 生物质粉体供热城市生活垃圾外热式热解新工艺的实验研究
• 7.5 本章小结
• 8 全文总结与建议
• 8.1 全文总结
• 8.2 下一步的工作建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读博士学位期间发表的论文