城市废弃物循环流化床气化—焚烧技术研究

【摘要】： 近年来我国垃圾焚烧处理技术得到长足发展，而将循环流化床的高效燃烧和气化技术相结合的垃圾气化-焚烧处理方式具有优良的环保特性。本文分别从热力学和动力学角度对垃圾气化进行理论分析，寻求垃圾气化焚烧的最佳运行条件和工艺条件，并针对23t／h循环流化床垃圾热解-焚烧系统进行了分析，为改变条件实施垃圾气化燃烧的可行性进行了探索。 本文利用Aspen Plus从热力学角度对垃圾气化制取合成气进行了计算分析，揭示了气化剂量对最终系统化学组分、气化效率及合成气热值的影响。用自由能最小化原理来预测气化合成气组成，以典型城市生活垃圾为原料，用60％富氧空气和水蒸汽做气化剂，可获得热值10MJ左右的合成气。随着空气量的增加，H_2浓度先增加后降低。富氧空气原料质量比控制在0.55-0.65范围内，可使H_2和CO浓度达到最大，合成气热值最高。 本文针对垃圾可燃物中的典型生物质组分，利用综合热分析仪和加压热重分析了生物质焦和CO_2气化反应的特性。随着反应终温和压力的提高，反应速率均增加，达到最大反应速率所需时间变短。采用多种方法计算反应动力学参数，用缩芯模型拟合出加压(1.0MPa)下碳转化率和时间的关系，计算得出的反应速率常数大小顺序为秸秆＞甘蔗＞木屑。加压下活化能和指前因子的大小顺序为甘蔗焦＞木屑焦＞秸秆焦。随着压力的增加，压力对反应速率的影响越来越小。压力从1MPa提高到2MPa时反应速率几乎不变。 本文针对23t／h循环流化床垃圾热解—焚烧炉进行了热量平衡和灰平衡分析，探索在该装置上通过条件改变实施垃圾气化—燃烧的基本约束条件。由于入炉燃料热量与循环残碳热量相比较小，大量残碳的循环燃烧弥补了垃圾热值较低的缺点，残碳的存在提高了垃圾气化产物的品质。 总之，垃圾的循环流化床气化—焚烧处理技术是一种高效低污染能源转化方式，适应垃圾减量化、无害化、资源化处理要求。