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城市生活垃圾快速热解特性的研究

吴旺明  
【摘要】:城市生活垃圾是一种非均质的多样组分的混合物,不象单一物质那样具有自 己特定的内部结构和外部特征,而且随着地域、季节等的变化有很大的差异。垃 圾的热解特性对焚烧炉的设计以及运行有着重要的意义。而目前对垃圾的热解特 性还缺乏深入的了解,这无论对流化床焚烧炉还是机械炉排炉的设计、运行都是 不利的。垃圾成分的特殊性给垃圾焚烧带来诸多问题,使得焚烧炉常常处于非设 计工况下运行。本文通过自行设计的快速热解实验装置,模拟实际焚烧过程中的 垃圾热解过程,深入分析了垃圾典型组分及其混合物的快速热解特性,以期能对 实际的焚烧炉的设计和运行有一定的参考价值。 本文首先综述了国内外垃圾处理的现状以及对城市固体废弃物热解特性研 究的成果,介绍了本文研究的背景以及采用的快速热解实验装置。 其次,本文对垃圾典型组分的快速热解特性作了研究,并同程序升温时的热 解特性作了比较,得到以下一些结论:木屑,纸屑,织物和厨余,其热解特性具 有相似之处,微分转化率曲线均表现为单峰曲线;塑料在反应时存在较明显的吸 热现象;τ_max(最大失重率所对应的时间)由大到小依次是塑料,橡胶,织物,纸 屑,厨余,木屑。 本文还选用Avrami-Erofeev方程作为快速热解失重过程的计 算模型,结果表明计算结果同实验结果在转化率曲线上吻合较好。 最后,本文详细地研究了混合组分的快速热解特性,并将实验结果同单组分 加权结果做了比较细致的对比。分析得到如下结论:纤维素类组分混合热解时, 微分转化率曲线波段会重合;如果单组分的τ_max相当,它们混合热解的对应波 段也会大部分重合,如塑料和橡胶的混合热解的第一个波段;混合物包含塑料时, 反应时间τ_f一般都会延长,特别是塑料比例很大时,会出现两个波段的结果, 反应速率明显减慢;混合组分含有橡胶时,微分转化率曲线上一般出现两个波 段,第一个波段由橡胶第一个波段和另一组分波段合并而成,第二个波段为橡胶 热解的第二个波段,而橡胶的第三、四个波段很不明显;组分含氧量较大时,热 解过程可能发生部分挥发份的燃烧,从而影响混合物的热解特性;纤维素类组分 混合热解时,混合物热解特性可以近似看成单组分热解特性的线性叠加;非完全 纤维素类组分混合热解时,混合物的热解特性与组分的热解特性呈非线性关系。


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