本文關(guān)鍵詞：村鎮(zhèn)生活垃圾熱解氣化爐參數(shù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化產(chǎn)氣研究

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【摘要】：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和新農(nóng)村建設(shè)事業(yè)的快速發(fā)展,村鎮(zhèn)生活垃圾的無(wú)害化處理、資源化再利用,成為我國(guó)重大民生工程和環(huán)境能源工程領(lǐng)域熱點(diǎn)課題。研究開(kāi)發(fā)熱解氣化技術(shù),將垃圾資源化再利用和抑制二VA英產(chǎn)生,對(duì)于節(jié)約土地資源和保護(hù)環(huán)境、節(jié)能減排具有重要意義。本文以?xún)?yōu)化垃圾熱解氣化條件和開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)熱解氣化爐為目標(biāo),以福建某地區(qū)生活垃圾為對(duì)象,研究垃圾熱解過(guò)程表觀動(dòng)力學(xué)參數(shù)、熱解氣化爐參數(shù)優(yōu)化、運(yùn)行條件優(yōu)化和用水蒸氣對(duì)可燃?xì)獾母馁|(zhì)。為熱解氣化爐的設(shè)計(jì)與運(yùn)行提供依據(jù)。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果包括:以生活垃圾中典型組分為對(duì)象,利用熱重分析儀分析在等速升溫條件下,分析生活垃圾典型單組份(樹(shù)葉、PE、PVC、橡膠、織物、紙張和木屑)的熱解特性、實(shí)際生活垃圾混合組分熱解特性、以及典型單組份按實(shí)際垃圾比例混合的熱解特性。得出:PE活化能最大(323.6 kJ/mol),織物次之(206.6 kJ/mol),PVC第二熱解段和樹(shù)葉第一熱解段的活化能較小(14 kJ/mol);實(shí)際混合垃圾與擬合混合垃圾的熱解TG曲線在400℃以前熱解趨勢(shì)基本相同,400℃后,擬合混合垃圾熱解剩余產(chǎn)物含量較少(18.9%),而實(shí)際混合垃圾熱解失重率為36%。垃圾熱解溫度區(qū)間基本相同,且熱解活化能隨溫度的增加呈逐漸降低趨勢(shì),溫度升高有利于垃圾熱解�；诟＝车貐^(qū)實(shí)際生活垃圾,按處理能力10t/d的要求,進(jìn)行回轉(zhuǎn)窯垃圾熱解爐和上吸式固定床氣化爐優(yōu)化設(shè)計(jì)。計(jì)算分析表明:在回轉(zhuǎn)窯內(nèi),除去垃圾中的不可燃組分,垃圾在自然析出水分至含水率為21.8%時(shí),其在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)能進(jìn)行自熱解,無(wú)需外熱源供熱,窯內(nèi)冷態(tài)填充率13%、斜度2.5%、垃圾停留時(shí)間40 min、爐體體積5.36 m3,長(zhǎng)6.8 m,直徑1.16 m;氣化爐的尺寸設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜,一般按高徑比在3:1左右,設(shè)計(jì)氣化爐氣化強(qiáng)度270 kg/(h.m~2),截面面積1.3 m~2,內(nèi)壁涂抹20~30 mm粘土耐火層,氣化爐高度為3.9 m。氣化產(chǎn)氣量756 m3/h,換熱量285.576 MJ/h,換熱面積1.07m~2,采用管徑DN15 mm,長(zhǎng)度11.3m,冷凝水流速2 m/s。以福建某垃圾氣化爐為對(duì)象,選取氣化溫度、氣化媒介通入量、料層高度進(jìn)行單因素分析,利用正交試驗(yàn)法選取最佳氣化條件。結(jié)果表明:溫度升高可提高垃圾氣化效率,但有一定局限,750℃以后,氣化效率隨氣化段溫度的升高增長(zhǎng)緩慢;ER0.36后,風(fēng)量超過(guò)氣化爐自平衡能力,氣化效率會(huì)迅速下降;H/D在3:1時(shí)效果最好。對(duì)于處理量50t/d垃圾氣化爐(Φ3×16 m),溫度750℃、風(fēng)量2600 m3/h、料層高度9 m時(shí),氣化效率最大(79.3%);各影響因素中,風(fēng)量的影響最大,溫度次之,料層高度最小。氣化氣中焦油含量為9.2~22.5 g/m3,碳轉(zhuǎn)化率為74.5~85.9%。對(duì)熱解污染物進(jìn)行檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn):二VA英含量遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),煙氣黑度為1,氣體污染物中,除二氧化硫外,其余污染物均很好的符合國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。以上吸式固定床氣化爐產(chǎn)出的氣化氣為對(duì)象,利用Fluent軟件改變氣化氣產(chǎn)氣工藝,通過(guò)控制水蒸氣與碳的比例(S/C),通入水蒸氣對(duì)氣化氣進(jìn)行改質(zhì)。模擬結(jié)果表明:產(chǎn)氣熱量由13198MJ/h提升至S/C為2時(shí)的29971MJ/h,繼續(xù)增加水蒸氣輸入量后分別提升至S/C為2.5時(shí)的31345MJ/h和S/C為3時(shí)的31116.4MJ/h。氣化爐出口焦油量約9.2~22.5 g/m3,單位小時(shí)產(chǎn)熱量13608MJ/h,經(jīng)過(guò)改質(zhì)后提升熱量約16363~17737MJ/h,說(shuō)明水蒸氣對(duì)氣化氣改質(zhì)效果顯著。
【關(guān)鍵詞】：生活垃圾 無(wú)害化處理 熱解氣化 氣化效率 優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：北京建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：X799.3
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 緒論10-21
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義10-12
• 1.1.1 生活垃圾處理方式變化趨勢(shì)與特點(diǎn)11-12
• 1.1.2 村鎮(zhèn)生活垃圾處理的必要性12
• 1.2 村鎮(zhèn)生活垃圾熱解氣化技術(shù)分類(lèi)及應(yīng)用12-16
• 1.2.1 生活垃圾熱解氣化技術(shù)分類(lèi)12-14
• 1.2.2 生活垃圾熱解氣化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀14-16
• 1.3 熱解爐氣化影響因素文獻(xiàn)調(diào)研16-19
• 1.3.1 氣化媒介對(duì)熱解氣化爐特性研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3.2 催化劑對(duì)熱解氣化爐氣化特性研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3.3 催化劑除焦油特性研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3.4 垃圾含水率對(duì)熱解氣化特性研究現(xiàn)狀19
• 1.4 選題依據(jù)與研究?jī)?nèi)容19-20
• 1.4.1 選題依據(jù)19-20
• 1.4.2 研究?jī)?nèi)容20
• 1.5 課題來(lái)源20-21
• 第2章 基于生活垃圾熱解動(dòng)力學(xué)分析21-31
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料與方法21-22
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料21-22
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與實(shí)驗(yàn)條件22
• 2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析22-30
• 2.2.1 等速升溫條件下垃圾單組份熱解分析22-24
• 2.2.2 等速升溫條件下垃圾單組份熱解參數(shù)的確定24-28
• 2.2.3 等速升溫條件下模擬混合垃圾熱解對(duì)比分析28-30
• 2.3 本章小結(jié)30-31
• 第3章 垃圾熱解氣化爐系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)31-43
• 3.1 外熱式回轉(zhuǎn)窯熱解爐系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)31-35
• 3.1.1 垃圾熱解爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)31
• 3.1.2 垃圾熱解爐尺寸設(shè)計(jì)31-32
• 3.1.3 垃圾熱解反應(yīng)熱分析計(jì)算32-34
• 3.1.4 熱解系統(tǒng)與尾氣凈化系統(tǒng)明細(xì)34-35
• 3.2 上吸式固定床氣化爐系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)35-42
• 3.2.1 垃圾氣化爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)35
• 3.2.2 垃圾氣化爐尺寸設(shè)計(jì)35-38
• 3.2.3 垃圾氣化氣能量平衡及冷凝系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算38-42
• 3.3 本章小結(jié)42-43
• 第4章 福建某垃圾氣化處理廠試驗(yàn)分析43-51
• 4.1 垃圾氣化處理廠工藝流程43-44
• 4.2 實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)方法44-45
• 4.2.1 氣化爐最佳氣化效率檢測(cè)方法44
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)試方法44-45
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析45-49
• 4.3.1 氣化段溫度對(duì)垃圾氣化特性的影響45-46
• 4.3.2 空氣當(dāng)量比ER對(duì)垃圾氣化特性的影響46
• 4.3.3 料層高徑比H/D對(duì)垃圾氣化特性的影響46-47
• 4.3.4 正交試驗(yàn)法最大氣化效率的確定47-48
• 4.3.5 熱解產(chǎn)出物與后處理分析48-49
• 4.4 本章小結(jié)49-51
• 第5章 水蒸氣對(duì)氣化提質(zhì)數(shù)值模擬分析51-62
• 5.1 物理模型簡(jiǎn)介51-52
• 5.2 數(shù)學(xué)模型52-56
• 5.2.1 流體力學(xué)基本控制方程52-54
• 5.2.2 湍流模型54-55
• 5.2.3 輸運(yùn)和化學(xué)反應(yīng)模型55-56
• 5.3 模型網(wǎng)格劃分與邊界條件設(shè)置56-57
• 5.3.1 計(jì)算區(qū)域網(wǎng)格劃分56
• 5.3.2 計(jì)算區(qū)域邊界條件設(shè)置56-57
• 5.4 計(jì)算結(jié)果與分析57-61
• 5.4.1 不同S/C比對(duì)氣化氣成分分布的影響58-60
• 5.4.2 水蒸氣改質(zhì)對(duì)氣化氣熱值的影響60-61
• 5.5 本章小結(jié)61-62
• 第6章 總結(jié)與展望62-64
• 6.1 總結(jié)62-63
• 6.2 展望63-64
• 參考文獻(xiàn)64-68
• 在校研究成果68-69
• 致謝69

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