城市生活垃圾中低温热解特性研究

摘要

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。城市垃圾作为一利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，将城市生括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。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1城市生活垃圾的产生及污染现状

1.1.1国外现状

1.1.2国内现状

1.1.3垃圾的危害性和污染现状

1.2城市生活垃圾的处理方法

1.2.1填埋

1.2.2堆肥

1.2.3焚烧

1.2.4热解

1.2.5各种处理方法的比较

1.3国内外城市生活垃圾处理现状、存在问题及发展方向

1.3.1国外生活垃圾

1.3.2国内生活垃圾

1.4本文研究内容

第二章城市生活垃圾热解技术

2.1热解技术的历史沿革与发展方向

2.2热解技术的原理

2.2.1有机物热解基本反应式

2.2.2有机物热解反应的产物

2.3热解工艺

2.4影响热解的因素

2.5热解动力学分析

2.6常用热解设备

第三章本研究实验装置及实验方法

3.1实验系统

3.2实验分析仪器

3.3实验物料

3.4实验方法及实验条件

3.5实验结果分析方法

第四章热解温度对热解过程的影响

4.1设定温度对热解反应时间的影响

4.2物料温度的逐时变化

4.3设定温度对热解产物分布的影响

4.3.1固态产物产率

4.3.2液态产物产率

4.3.3气态产物产率

4.3.4.挥发分的二次分解

4.4挥发分的析出率

4.5本章小结

第五章热解气特性的研究

5.1挥发气体温度的逐时变化

5.2产率的变化规律

5.2.1瞬时产率的逐时变化

5.2.2最大瞬时产率与设定温度的关系

5.2.3单位时间平均产率与设定温度的关系

5.3成分的变化规律

5.3.1成分的逐时变化

5.3.2成分含量平均值的变化

5.4热值的变化规律

5.4.1热值的逐时变化

5.4.2平均热值的变化

5.5本章小结

第六章半焦物质特性的研究

6.1元素分析

6.2工业分析

6.3热值

6.4本章小结

第七章热解过程的质量平衡和能量平衡

7.1质量平衡

7.2热解过程的能量分析

7.2.1过程中的能耗

7.2.2产物的发热量

7.2.3能量分析

7.3本章小结

第八章热解反应的传热模型

8.1传热模型的建立

8.1.1传热模型的假设

8.1.2传热数学模型

8.2物性参数的确定

8.3传热模型的求解

8.4模拟结果与实验值的比较与分析

8.5本章小结

第九章全文总结

9.1主要研究结论

9.2论文创新点

9.3进一步工作的建议

参考文献

在学期间发表的论文及参加的科研项目

致谢