【摘要】： 依托于國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No.50076037)，本文開展了固體廢物回轉(zhuǎn)式熱解制取潔凈燃料(氣、油和炭)和化學(xué)原料(芳香油、活性炭或炭黑)的基礎(chǔ)研究。內(nèi)容主要包括三部分：回轉(zhuǎn)窯內(nèi)固體傳輸和傳熱過程特征的研究；微型規(guī)模(TGA)和小型實(shí)驗(yàn)室規(guī)模固體廢物熱解的機(jī)理和基礎(chǔ)研究；基于廢輪胎為目標(biāo)的連續(xù)性中試規(guī)模回轉(zhuǎn)窯熱解工藝初步試驗(yàn)評估和熱解產(chǎn)物的應(yīng)用前景研究。 (1)反應(yīng)器傳輸和傳熱特征研究：首先，采用DPIV技術(shù)定性地分析了回轉(zhuǎn)窯滾落運(yùn)動模式(Rolling Regime)的機(jī)理特征；并在該模式下開展了混合固體廢物(MSW)在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)輸運(yùn)和擴(kuò)散過程試驗(yàn)研究，詳細(xì)探討了物料性質(zhì)、操作條件(轉(zhuǎn)速和傾角)、結(jié)構(gòu)條件(擋板和內(nèi)構(gòu)件)等因素對物料停留時(shí)間(MRT)和體積流率(MVF)的影響；在Saeman和Gupta單顆粒軌道模型(PTM)基礎(chǔ)上，采用了矢量分析方法重新求解了單歷程內(nèi)顆粒運(yùn)動的軌跡方程，進(jìn)而結(jié)合顆粒分離特征參數(shù)σ_(?)發(fā)展了隨機(jī)顆粒軌道模型，并對MSW在窯內(nèi)停留時(shí)間分布實(shí)現(xiàn)了數(shù)值計(jì)算，模型計(jì)算值和試驗(yàn)結(jié)果取得了良好一致；在低料床填充率假沒條件下，從顆粒軌道模型中導(dǎo)出了MRT和MVF的簡化計(jì)算公式，該公式完全優(yōu)于現(xiàn)有的傳統(tǒng)計(jì)算公式，從而構(gòu)成了回轉(zhuǎn)窯熱解爐或焚燒爐優(yōu)化設(shè)計(jì)或放大的基礎(chǔ)。 其次，在國際研究綜述的基礎(chǔ)上分析了回轉(zhuǎn)窯內(nèi)傳熱途徑或機(jī)理特征，著重考慮了筒體回轉(zhuǎn)對各項(xiàng)傳熱系數(shù)的影響，尤其是創(chuàng)見性地將流化床和固定床中廣泛存在“熱滲透”模型加以發(fā)展，巧妙解決了窯內(nèi)轉(zhuǎn)動壁面和覆蓋料床之間傳熱系數(shù)的計(jì)算；建立了內(nèi)熱式回轉(zhuǎn)窯軸向一維傳熱模型，并采用該模型對卑詩大學(xué)Barr et al.試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了仿真，無論是窯內(nèi)溫度場還是熱量場，試驗(yàn)值和仿真值均取得了十分理想的吻合，隨后將軸向傳熱模型擴(kuò)展到了外熱式，并應(yīng)用其對I.D.0.3×1.8m外熱式熱解爐進(jìn)行了傳熱校核。 傳輸和傳熱特征研究表明：回轉(zhuǎn)窯是一個(gè)慢加熱速率的反應(yīng)裝置，但具有廣泛進(jìn)料適應(yīng)性、良好物料混合特性以及靈活物料輸運(yùn)特性等諸多優(yōu)點(diǎn)。因此，回轉(zhuǎn)窯作為熱解反應(yīng)器比較適用于兩種情況：對加熱速率依賴性較低的廢輪胎的熱解；以生物質(zhì)為基體的各種粒徑和形態(tài)混合廢物的熱解。 (2)微型和小型規(guī)模熱解機(jī)理研究：以廢輪胎為主要目標(biāo)(生物質(zhì)混合廢物作為比較)，從微型熱天平和小型實(shí)驗(yàn)室規(guī)模角度系統(tǒng)地研究了其熱解機(jī)理。首先，TG-DTG特性表明，與煤和生物質(zhì)等進(jìn)化燃料不同，廢輪胎熱解實(shí)質(zhì)上是250℃～520℃之間各具體化學(xué)配方成分(NR、BR、SBR和添加油)獨(dú)立熱解的線性疊加，而且熱解反應(yīng)對加熱速率依賴性不大；進(jìn)而在國外一些學(xué)者平行研究基礎(chǔ)上提出了多膠體模型(Multi-Elastomer-Model)，成功地實(shí)現(xiàn)了廢輪胎熱解反應(yīng)動力學(xué)的模擬。其后，在1kg小型批量熱解爐上全面研究了廢輪胎熱解的氣體、液體和固體產(chǎn)物的平衡、成分和性質(zhì)，不僅探討了溫度和轉(zhuǎn)速等參數(shù)的影響、完善了熱解產(chǎn)物的分析方法，而且結(jié)合試驗(yàn)研究首創(chuàng)性地提出了熱解過程的“3R(初熱解反應(yīng)、揮發(fā)相二次反應(yīng)以及炭氣化反應(yīng))+2T(溫度和氣相停留時(shí)間)”準(zhǔn)則。該準(zhǔn)則不僅能夠成 摘要(^bs traet) 功地解釋廢輪胎熱解過程中各種現(xiàn)象，而且也為回轉(zhuǎn)窯熱解工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)和中試研究提 供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 (3)中試熱解系統(tǒng)的初步試驗(yàn)評估研究二以回轉(zhuǎn)窯為基礎(chǔ)爐型成功地完成了20kglh中 試規(guī)模廢輪胎熱解的工藝發(fā)展裝置(POU)設(shè)計(jì)，并在450℃一650℃內(nèi)范圍內(nèi)開展了該戶OU 工藝的初步評估試驗(yàn)。熱解目標(biāo)產(chǎn)物是固體炭和液體油，前者收率約為38.8·43.9%，而 后者則為42.7、45.1%，熱解產(chǎn)物平衡可由“3R+2T’’準(zhǔn)則合理解釋。熱解油具有粘度低 (1 .6一3.7cs)、熱值高(4O一42 MJlkg)的優(yōu)點(diǎn)，可直接或摻混作為重質(zhì)燃料油使用;此外， 通過對熱解高溫?zé)峤庥驼羝侠砬懈畛刹煌s份使用，既可以從中提取出高價(jià)值的粗苯、 蘭烯和道路瀝青等化學(xué)原料，又能夠?qū)⑻崛『蟮氖Ｓ辔镒鳛槿剂鲜褂�。盡管和商業(yè)炭黑相 比，熱解炭中灰分高達(dá)，2訓(xùn)5%，但在一些基本指標(biāo)如日E丁面積、OSp吸油值和吸碘值 方面熱解炭指標(biāo)并未發(fā)生太大變化，因此適當(dāng)炭化、酸洗后的熱解炭可以用作中等補(bǔ)強(qiáng)作 用低品質(zhì)炭黑使用;孔隙分布研究表明，熱解炭主要由中孔或大孔組成，微孔結(jié)構(gòu)沒有商 業(yè)活性炭發(fā)達(dá)，活化后熱解炭隨著燒失率的提高BE丁面積也可提高到3oomZlg，比之原始 炭提高了約200%，因而對苯酚和碘的吸附性能也有較大提高，尤其是亞甲基蘭的吸附性 能已基本接近商業(yè)活性炭，因此適度活化后熱解炭可以考慮作為廢水或煙氣處理中一些大 分子污染物(如重金屬或二惡英)的吸附劑。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2002
【分類號】：X705
【圖文】：

第二章回轉(zhuǎn)窯內(nèi)固體廢物輸運(yùn)和擴(kuò)散的試驗(yàn)和模型圖2.13所示是回轉(zhuǎn)窯傾角對MSW運(yùn)動特性的影響。隨著傾角從0.620提高到2.400，由11.28min降低到5.58min，而物料體積流率則從2.181/min升高到3.731/min。原:傾角的增加使料床表面層內(nèi)沿物料滾落方向的傾斜度增加，從而增大了料床表面料的前進(jìn)方向的重力分力，所以物料的軸向運(yùn)動速度加大，物料的平均截面速度加，減少而MVF增大。4出口擋板的影響1.1’住10.5‘20

.2.6壁面粗糙度對停留時(shí)間的影響圖2.18一2.19還列出了不同壁面粗糙度下MSw的停留時(shí)間和體積流率的比較。壁面粗糙度對MRT的影響主要源自料床床態(tài)的改變。當(dāng)內(nèi)壁光滑即f較小(0.48)時(shí)，MSw在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)床態(tài)為滑移(sliping)，物料將作為一個(gè)整體向前運(yùn)動，此時(shí)平均截面速度較高，MRT也就較小;當(dāng)窯壁敷設(shè)細(xì)砂布即f提高到1.00時(shí)，料床由滑移(sliPing)向塌落(slumping)或滾落(rolling)床態(tài)轉(zhuǎn)變，新床態(tài)下的物料平均截面速度較低，因而MRT增加到1.41倍、MVF減少到0.81倍;當(dāng)窯壁敷設(shè)粗砂布時(shí)，f的進(jìn)一步提高(l.25)不再構(gòu)成床態(tài)明顯的變化，則其MRT的變化也較小，為光壁下的1.47倍

內(nèi)構(gòu)件形式圖2.18內(nèi)構(gòu)件對停留時(shí)間的影響(Msw)內(nèi)構(gòu)件形式圖219內(nèi)構(gòu)件對停留時(shí)間的影響〔石英砂)2.6壁面粗糙度對停留時(shí)間的影響圖2.18一2.19還列出了不同壁面粗糙度下MSw的停留時(shí)間和體積流率的比較。壁面粗度對MRT的影響主要源自料床床態(tài)的改變。當(dāng)內(nèi)壁光滑即f較小(0.48)時(shí)，MSw在回轉(zhuǎn)內(nèi)床態(tài)為滑移(sliping)，物料將作為一個(gè)整體向前運(yùn)動，此時(shí)平均截面速度較高，MRT就較小;當(dāng)窯壁敷設(shè)細(xì)砂布即f提高到1.00時(shí)，料床由滑移(sliPing)向塌落(slumping)或落(rolling)床態(tài)轉(zhuǎn)變，新床態(tài)下的物料平均截面速度較低，因而MRT增加到1.41倍、VF減少到0.81倍;當(dāng)窯壁敷設(shè)粗砂布時(shí)，f的進(jìn)一步提高(l.25)不再構(gòu)成床態(tài)明顯的變，則其MRT的變化也較小，為光壁下的1.47倍，同時(shí)MVF為原來的0.76倍。一.一光滑窯壁一母一繃砂布璧面-今~粗砂布璧面灰J口﨑4口曰，J1..‘壓謐衣11仁u一巨/l\端哥

本文編號：2760083