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《东华大学》 2016年
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生物质复配制备成型燃料的试验研究

蔡文倍  
【摘要】:近年来,随着城市生活垃圾产生量不断增长和填埋场剩余库容的大幅减少,如何处理城市生活垃圾问题变得极其重要。目前单一的传统垃圾处理技术如卫生填埋、焚烧、堆肥等已经无法满足混合垃圾减量化、资源化和无害化处理要求,同时也造成生活垃圾中大量高含水率有机组分和可回收利用组分的极大浪费。生活垃圾生物干化预处理后复配生物质制备成型燃料技术有效的利用了生活垃圾中易腐有机物,大大降低了由于易腐有机物造成二次污染问题,但目前生活垃圾生物干化技术还不完善,恶臭污染问题未得到有效改善,同时垃圾生物干化和燃料成型技术的耦合鲜有报道。本课题采用自制生物干化装置深入探讨了生活垃圾生物干化的试验条件,试图通过改变生物干化操作条件改善源头臭气释放问题;同时研究了利用干化产物与生物质木屑、污泥复配制备成型燃料的成型工艺参数,通过热重测试分析了干化产物与生物质木屑(污泥)不同复配比例的成型燃料燃烧机理,研究其基本燃烧特性参数和燃烧动力学特性。通过研究,为湿垃圾制备成型燃料的应用提供有价值的基础数据,为城市生活湿垃圾的处理和利用提供一种新的途经。(1)生活垃圾生物干化脱水条件优化试验。本文通过调整物料碳氮比、接种外源菌剂、控制通风量、添加绿化废物四组单因素对生活垃圾进行了生物干化脱水效果的研究,结果显示:生活垃圾经过12d生物干化后含水率均大大下降,垃圾发热量也快速增加,基本上生物干化8d左右能达到7000kj/kg的经济性焚烧热值。生活垃圾生物干燥效果最佳c/n为20.7,消耗每g可降解有机物可去除水分1.95g,同时相较于c/n为15试验组nh3释放浓度大大降低。接种外源微生物可加快有机物降解腐熟,对生活垃圾脱水效果也有促进作用,垃圾专用菌、污泥源菌剂和垃圾渗滤液源菌剂接种试验组垃圾脱水率分别比空白组约高出2.0%,0.8%,6.6%;合适的通风量有利于堆体温度升高,通风量为0.4l/(kg·min)堆体温度均高于其他试验组,过大或过小通风量均不利于堆体温度积累。通风量增加,nh3释放浓度逐渐减小,单位可降解有机物脱水能力呈现逐渐增加的趋势。添加绿化废物有利于增加堆体内部空隙实现堆体温度迅速上升,同时有利于降低nh3释放浓度。添加量为200g/kg堆体升温启动较快,在生物干化2d后达到最高堆体温度57℃,单位可降解有机物脱水能力高达1.61kg/kg;综上所述,经过单因素逐级优化试验得出生活垃圾生物干化最佳试验参数:最佳c/n为20.7,垃圾渗滤液源菌剂脱水效果最佳,考虑到能量耗损,通风量选取0.4l/(kg·min);绿化废物添加量为200g/kg与生活垃圾共处理脱水效果最佳。(2)成型燃料的成型工艺参数研究。采用XQ-5嵌样机装置对干化产物与生物质木屑、污泥复配进行了成型工艺参数的研究,结果表明:成型压力、粒度、添加剂均对成型密度有一定的影响;成型压力超过35Mpa后对成型密度影响不大;小粒径干化产物有利于压缩成型;添加污泥的成型燃料密度迅速增大,但成型燃料热值有小幅下降;添加木屑对成型密度影响不大,但增加了成型燃料发热量。采用热压成型及热压成型过程添加塑料薄膜有利于改善成型燃料的抗渗水性能。在以污泥为粘结剂,干化产物与木屑复配成型的正交试验中,得到了制备成型燃料的最佳试验条件:成型压力为30Mpa,污泥、木屑添加量为10%,含水率为10%。(3)成型燃料燃烧特性及燃烧动力学研究。采用热重分析技术对典型垃圾单组分及干化产物与木屑(污泥)复配而成的成型燃料进行燃烧特性分析,结果显示:污泥的着火温度最低,木屑着火温度较高;掺混木屑的成型燃料着火温度随掺混比例增加而略有降低,但其可燃性和燃烧稳定性却逐渐增强;掺混污泥的成型燃料却呈现出相反的趋势。成型燃料燃烧大致可分为三个失重段,整个过程燃烧动力学采用不同的反应级数的机理函数进行描述;掺混木屑成型燃料易挥发有机物及难挥发分有机燃烧段活化能均有随掺混比例增加而逐步增大的趋势;掺混污泥的成型燃料易挥发有机物燃烧段活化能逐渐降低,难挥发分燃烧段所需活化能随掺混比例增加而先减小后增大。
【关键词】:生活垃圾 生物干化 成型燃料 热重分析 燃烧
【学位授予单位】:东华大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TK6;X799.3
【目录】:
  • 摘要5-8
  • abstract8-14
  • 第一章 绪论14-34
  • 1.1 我国城市生活垃圾的特性及处理现状14-18
  • 1.1.1 我国生活垃圾清运量14-15
  • 1.1.2 我国生活垃圾组成成分15-16
  • 1.1.3 我国及上海市生活垃圾处理现状16-18
  • 1.2 城市生活垃圾能源化利用现状及发展趋势18-23
  • 1.2.1 城市生活垃圾能源化利用方式18-20
  • 1.2.2 我国及上海市生活垃圾资源化现状20-21
  • 1.2.3 我国生活垃圾能源化发展趋势21-22
  • 1.2.4 生活垃圾能源化技术经济性比较22-23
  • 1.3 生活垃圾干化脱水研究现状23-29
  • 1.3.1 垃圾生物干化概述24-25
  • 1.3.2 垃圾生物干化工艺25-26
  • 1.3.3 垃圾生物干化影响因素26-28
  • 1.3.4 恶臭排放与控制28-29
  • 1.4 垃圾衍生燃料研究现状29-31
  • 1.4.1 国外研究状况29
  • 1.4.2 国内研究状况29-31
  • 1.5 目前研究的不足之处31
  • 1.5.1 高含水率有机垃圾资源化问题31
  • 1.5.2 恶臭污染控制问题31
  • 1.6 本课题研究背景及意义31-32
  • 1.7 本研究主要内容与技术路线32-34
  • 1.7.1 研究内容32-33
  • 1.7.2 技术路线33-34
  • 第二章 垃圾生物干化条件优化试验34-58
  • 2.1 试验设计与装置34-35
  • 2.2 试验仪器35
  • 2.3 试验材料、方法及内容35-36
  • 2.3.1 试验材料35-36
  • 2.3.2 试验方法36
  • 2.3.3 试验内容36
  • 2.4 测试项目与分析方法36-37
  • 2.4.1 垃圾物理组分的测定36
  • 2.4.2 垃圾含水率测定36
  • 2.4.3 垃圾pH测定36
  • 2.4.4 垃圾有机质和可降解有机物(BDM)测定36-37
  • 2.4.5 恶臭气体测定37
  • 2.4.6 垃圾热值测定37
  • 2.5 结果分析与讨论37-57
  • 2.5.1 物料碳氮比的确定37-42
  • 2.5.2 接种外源微生物对垃圾生物干化的影响42-47
  • 2.5.3 通风量的确定47-52
  • 2.5.4 混合配料对垃圾生物干化的影响52-57
  • 2.6 本章小结57-58
  • 第三章 干化产物成型制备工艺研究58-67
  • 3.1 试验内容和试验装置58-59
  • 3.1.1 试验内容58
  • 3.1.2 试验装置与材料58-59
  • 3.2 成型燃料性能指标测定59
  • 3.2.1 成型密度测定59
  • 3.2.2 落下强度测定59
  • 3.2.3 热稳定性测定59
  • 3.2.4 抗渗水性测定59
  • 3.2.5 热值测定59
  • 3.3 结果分析与讨论59-66
  • 3.3.1 单因素试验59-62
  • 3.3.2 正交试验62-64
  • 3.3.3 抗水性能试验及改进64-65
  • 3.3.4 干化产物及成型燃料特性65-66
  • 3.4 本章小结66-67
  • 第四章 RDF热重分析及动力学分析67-85
  • 4.1 热重实验仪器与方法67
  • 4.2 试验内容67
  • 4.3 热重分析与结果讨论67-74
  • 4.3.1 典型生活垃圾单组分热重分析67-70
  • 4.3.2 掺混物和不同掺混比例RDF热重分析70-74
  • 4.4 单组分和掺混样品燃烧特性分析74-80
  • 4.4.1 着火特性分析74-77
  • 4.4.2 混合样品可燃性分析77-78
  • 4.4.3 混合样品稳燃性分析78-79
  • 4.4.4 混合样品燃烬特性分析79-80
  • 4.5 燃烧动力学参数分析80-84
  • 4.5.1 动力学模型的建立80-81
  • 4.5.2 反应动力学分析81-84
  • 4.6 本章小结84-85
  • 第五章 结论与展望85-87
  • 5.1 结论85-86
  • 5.2 创新之处86
  • 5.3 展望与建议86-87
  • 参考文献87-92
  • 攻读硕士期间的主要科研成果92-93
  • 致谢93

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