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城市生活垃圾破碎机的研制及粒径对垃圾热解气化特性的影响研究

罗思义  
【摘要】: 为了提高城市生活垃圾资源化处理的效率,需要对垃圾进行破碎预处理,我国对垃圾的破碎都主要是针对垃圾中的硬质和脆性物料,破碎设备以锤式破碎机和冲击式破碎机为主,但由于有机生活垃圾中高韧性、低硬度的固体废弃物如修剪下来的树枝、旧橡胶轮胎、塑料和纸等含量较大,而冲击破碎的方式对含水率要求高和对韧性物料破碎效果差的缺点远远满足不了对有机垃圾破碎的要求。 本文针对有机城市生活垃圾密度小、间隙大、低硬度和韧性物质含量高的特点,提出了垃圾压缩剪切破碎的新方法并设计制造了一台实验型垃圾破碎机,通过破碎实验对这种破碎方法的可行性以及影响破碎机性能的因素进行了分析和探讨。并对破碎后粒径对城市生活垃圾热解和水蒸汽气化特性的影响进行了研究。 (1)采用某一组分的城市生活垃圾(厨余57.6wt.%,纸板6.9wt.%,织物7.2wt.%,木竹19.7wt.%,塑料8.6wt.%)作为实验原料,在实验型破碎机上进行垃圾破碎实验,以破碎产品粒径分布和破碎单位功耗作为衡量指标,探讨破碎机工作参数如压缩室压力、转子转速、刀片间距、工作负荷和进料方式对破碎机性能的影响。结果表明:实验型破碎机能够有效地对有机生活垃圾进行破碎处理,在最佳工况下,破碎产品中粒径达到设计要求(粒径小于10mm)的颗粒重量百分含量为85.7%,破碎单位功耗为13.2J/g;垃圾在破碎前受到压力越大,破碎效果越好,单位能耗越低;增加转速虽然能降低破碎能耗,但是影响破碎产品质量;减小刀片间隙可以提高产品中小粒径颗粒的比重,但能耗较高,对于韧性高的物料如塑料的破碎,刀片间隙应相应地减小,使破碎空间等于或稍小于破碎要求粒;为了保证生产过程的稳定性和安全性,需严格控制垃圾破碎机工作负荷,在负荷允许的范围内进行生产操作;与单向进料的破碎方式相比,双向进料提高了破碎机的工作效率,降低了破碎单位能耗,对破碎产品的粒径分布影响不明显。 (2)通过改变垃圾组分、含水率和原料尺寸,探讨原料自身特性对破碎机性能的影响。结果表明:新型破碎机能够用于不同类固体废弃物的破碎处理,但对于低硬度物料的破碎更有效;物料中含水率的增加不利于垃圾的破碎,且在低工作压力下,含水率对破碎产品质量和单位能耗的影响更显著;垃圾原料尺寸对破碎产品粒径分布的影响不明显,原料尺寸越小破碎能耗越低。 (3)将破碎后的产品进行筛分,采用自行设计的管式炉热解反应器和上吸式固定床气化反应器作为小试平台,探讨粒径在不同的温度下对垃圾热解和水蒸气气化特性的影响。结果表明:增加反应温度可以降低焦油和焦炭产率,提高气体产量;粒径越小气体产量越高,焦油和焦炭量越低;粒径的影响随着温度的升高逐渐减小;热解和气化燃气中H2和CO的含量随着粒径的减小而增加,CO2降低;热解和气化温度越高,原料粒径越小,反应进行的越完全,残留的焦炭中C和H元素含量越低,灰分的含量相对增加。 (4)以自行研制的垃圾压缩装置作为实验平台,探讨垃圾粒径和压力对垃圾体积压缩比的影响。在自制的连续性进料的固定床催化热解炉中进行了中试研究,探讨粒径和进料压力对垃圾催化热解产气特性的影响,得出了以下结论:减小原料粒径和增加进料压力能够增加垃圾体积压缩比,减小垃圾粒径都能够减低垃圾催化热解燃气中氧气和氮气的含量,提高燃气质量。


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