【摘要】：可燃固體廢棄物主要是指具有一定熱值的固態(tài)廢棄物,可作為可再生能源利用。氣化制氣是可燃固體廢棄物處理處置的一個重要發(fā)展方向。但是,該工藝目前依然存在氣化反應不完全、燃氣熱值不高、焦油污染問題難以解決等技術(shù)瓶頸,制約了可燃固體廢棄物氣化技術(shù)的廣泛應用。本文提出了兩段式富氧高溫氣化方法,進行了單元及系統(tǒng)耦合試驗研究,獲得了可燃固體廢棄物兩段式富氧高溫氣化特性。針對所提出的流化床低溫氣化+旋風爐高溫熔融氣化的兩段式富氧氣化方法,基于吉布斯自由能最小化原理建立了該系統(tǒng)的預測模型�？疾炝藴囟�、氣化劑氧濃度、水蒸氣通入量、原料含水率及原料種類等對系統(tǒng)耗氧量、燃氣品質(zhì)及氣化效率的影響,并進行了流化床氣化單元氣化劑氧濃度、過程碳損失率等典型參數(shù)的靈敏度分析。根據(jù)模擬結(jié)果,流化床在通入氧濃度為30-50%的富氧氣體、限定當量比在小于0.2時,能實現(xiàn)650-750℃的低溫富氧初步氣化。旋風爐通過通入70-90%的高濃度富氧氣體,并控制兩段式氣化系統(tǒng)當量比在0.2-0.3,保證1200-1400℃下高溫深度氣化的進行。在自行設(shè)計建造的流化床氣化裝置上,進行了樹皮、木屑、秸稈及污泥等典型可燃固體廢棄物的單元氣化試驗,研究了不同溫度、當量比、水蒸氣通入比、氣化劑氧濃度、床料及氣化原料下的流化床低溫氣化特性,獲得了相應的燃氣組分、熱值及氣化效率等特性指標。試驗發(fā)現(xiàn)通過低當量比氣化可有效解決流化床富氧氣化易超溫結(jié)渣的問題,實現(xiàn)氧濃度為21-50%范圍內(nèi)的低溫富氧氣化。較低當量比下的富氧氣化燃氣以裂解產(chǎn)氣為主,呈現(xiàn)燃氣熱值高、氣體產(chǎn)率低的特點,溫度、氧濃度的升高及合適的水蒸氣通入比、物料混合比均可改善低溫氣化燃氣品質(zhì)。但由于低溫富氧氣化后殘?zhí)恐泻^多的固定碳及揮發(fā)分、焦油產(chǎn)量較高的特點,燃氣利用范圍有限且能量轉(zhuǎn)化率較低,需考慮通過進一步的高溫氣化提升燃氣品質(zhì)及氣化效率。根據(jù)灰熔融性測定結(jié)果,在還原性氣氛下,樹皮、秸稈及污泥等可燃固體廢棄物灰熔點在1100-1200℃左右,并在1200℃以上基本呈流動狀態(tài),表明可燃固體廢棄物灰分可以通過高溫氣化熔融流動與燃氣完全分離。利用高溫管式爐進行了可燃固體廢棄物灰分及氣化殘?zhí)康母邷厝廴谔匦匝芯?分析不同環(huán)境氣氛、溫度條件及殘?zhí)亢剂繉θ廴谛Ч叭墼匦缘挠绊憽＝Y(jié)果表明,還原性氣氛相比氧化性氣氛及惰性氣氛下熔融反應速率高,熔點相對較低；溫度升高促進殘?zhí)咳廴诜磻潭炔粩嗉哟?熔渣趨于致密均勻化；相同氣氛下,殘?zhí)亢剂吭礁邥r,實現(xiàn)其熔融流動所需溫度越高。兩段式氣化系統(tǒng)中,旋風熔融爐的設(shè)置溫度應大于等于1300℃以實現(xiàn)殘?zhí)康娜廴诹鲃�。在以上研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計建造了兩段式富氧高溫氣化中試系統(tǒng),開展了流化床低溫氣化與旋風爐高溫熔融氣化的耦合聯(lián)動試驗,獲取了系統(tǒng)耦合氣化的燃氣組分、碳轉(zhuǎn)化率及氣化效率等。研究結(jié)果表明,兩段式富氧高溫氣化系統(tǒng)燃氣熱值可以達到10 MJ/Nm3以上,固定碳轉(zhuǎn)化率在99%以上,氣化效率可以達到80%左右。系統(tǒng)燃氣焦油濃度僅為流化床出口燃氣焦油濃度的5%以下,其組分遠沒有流化床氣化焦油復雜,僅含有萘、芘等多環(huán)芳烴及少量酚類。流化床氣化殘?zhí)拷?jīng)旋風爐熔融氣化后可以完全熔融形成液態(tài)熔渣,熔渣中固定碳含量低至1%以下。耦合聯(lián)動試驗表明,可燃固體廢棄物兩段式富氧高溫氣化中試系統(tǒng)能實現(xiàn)可靠運行,在獲得高能量轉(zhuǎn)化效率的同時有效減少焦油的排放。
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持續(xù)發(fā)展的必由么路。逡逑中國固體廢棄物的年增長比例平均在８－１０％，２０１３年城市固體廢棄物清運量達到１．７２億噸，而逡逑歷年堆積固體廢棄物總量已超過７０億噸，侵占王地５億多平方米，圖１－１所示為我國近年來城市固逡逑體廢棄物（ＭＳＷ）的清運量及無害化處理情況據(jù)統(tǒng)計，２０１３年我國固體廢棄物無害化處理率逡逑為８９．３0／0，處理方式包括衛(wèi)生填埋、堆肥及焚燒等，其中７０％左右的固體廢棄物采用填埋處理Ｗ。逡逑雖然填埋具有工藝簡單、成本低、適應性廣等優(yōu)點，但填埋方法不僅占用大量±地，還會由于滲濾逡逑液泄漏造成地下水、空氣及王壤等的污染【４’５］。因此，歐盟等發(fā)達國家己計劃在２０２０年前基本停止逡逑廢棄物填埋處理［６’７１。堆肥處理可將固體廢棄物中可降解有機廢物轉(zhuǎn)化為有機肥，相比填埋技術(shù)具有逡逑占地面積小、資源化利用率高等優(yōu)勢【８’９］。但由于堆肥實質(zhì)為生物降解及轉(zhuǎn)化過程，因此堆肥處理周逡逑期長、產(chǎn)能低，并受原料和環(huán)境溫度影響很大同時，由于我國固體廢棄物分類系統(tǒng)的不完善，逡逑目前堆肥品質(zhì)較低

邐＾ＨＨＨＨＨＢＰ＾邋＾邋ａｓｈ逡逑圖１－２上吸式氣化爐原理圖ｔ４３ｌ邐圖１－３下吸式氣化爐原理圖Ｗ逡逑２）流化床氣化逡逑流化床中氣化劑レッ足夠速度通過惰性床料層并維持床料懸浮，可燃固廢由流化床下部加入，在逡逑密相區(qū)與床料充分混合升溫并發(fā)生熱解及不完全燃燒反應，反應后的氣相產(chǎn)物及小顆粒焦炭等上升逡逑至流化床稀相區(qū)，繼續(xù)發(fā)生氣相重整及焦油、焦炭轉(zhuǎn)化反應，最終生成可燃氣１４４＂＾６１。與固定床相比，逡逑流化床內(nèi)物料混合均勻，床料熱容量高，溫度波動小，，氣化反應速率也較高。流化床內(nèi)大量可燃物逡逑的存在有利于實現(xiàn)氣化系統(tǒng)自熱式運行，氣化強度大、可處理多種類型的固體廢棄物，更易實現(xiàn)裝逡逑置的大規(guī)模應用。流化床氣化反應器有兩種類型：鼓泡流化床及循環(huán)流化床，如圖１－４及圖＾５所示，逡逑循環(huán)流化床通常包含床料的再循環(huán)過程，可有效提氋物料在床內(nèi)的停留時間＾７１。但受到廢棄物灰烙逡逑點的制約
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：X705


本文編號：2613650