PDF《Pyrolysis》

? The Experimental Study on MSW Oxygen-Enriched Pyrolysis Haoran Yuan1 , Kobayashi Noriyuki2 , Huafang Guo1 , Hongyu Huang2 , Yong Chen3,* 1.

Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China, 2. Japan Nagoya University EcoTopia Science Institute,464-8603Nagoya University, Nagoya Japan, 3. Guangzhou division Academy, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510070, China Abstract: Oxygen-enriched pyrolysis technology for the treatment of municipal solid waste (MSW) was proposed in this paper. Its advantages with respect to air pyrolysis, such as high efficiency, lower heat loss and emissions, have been described based on the mechanism analysis and thermodynamic calculations. Suitable range of equivalence ratio (ER) was also presented. Effects of oxygen concentration, equivalence ratio and moisture content on gas products and their heat values were investigated and the experimental results were compared with the theoretically calculated results. It was find that with the increase of oxygen concentration the gas yield and heat values decrease, and with the increase of ER, the content of CO and CH4 decrease, while the content of H2 varied from increase into decrease with ER=0.27 as the turning point. When the ER exceed 0.30, the pyrolysis controlled reaction changed into the combustion controlled reaction. The most suitable ER for oxygen-enriched pyrolysis was the range from 0.2 to 0.3 and the moisture of MSW should be controlled in the range from 15% to 25% during the oxygen-enriched pyrolysis and gasification process. Therefore, the choice of ER was very important in oxygen-enriched pyrolysis process. Because it could not only control the heat values of gas products but also control the gas products components directionally. In addition gas product quality could be improved owing to the increase of oxygen concentration within a certain ER range. Keywords: MSW;

oxygen-enriched;

pyrolysis 城市固体废弃物富氧热解气化试验研究 袁浩然

1 , 小林敬幸

2 ,郭华芳

1 , 黄宏宇

2 , 陈勇3,*

1、中国科学院广州能源研究所,广州 510640;

2、名古屋大学环境友好型社会研究所,日本,名古屋,464-8603;

3、中国科学院广州分院,广州

510070 摘要: 本文提出了处理固体废弃物(MSW)的富氧热解气化技术路线.通过对 MSW 富氧热解气化机 理分析及热力学计算,得出了富氧热解气化相对于空气热解气化具有高效、低损耗、排烟少等优点的 结论,并给出了比较适宜的当量比范围.考察了氧浓度、当量比、水分含量等对气体产物、气体热值 等的影响,并将试验结果与理论计算结果进行了比较.通过研究可知,富氧量的增加可以大幅度增加 可燃气产量,提高气体产物热值;

随着当量比的增加 CO 和CH4 的含量递减,而H2 的含量由增变减,在 当量比 0.27 时出现明显的转变点;

当当量比大于 0.30 后,反应由热解控制向燃烧控制转变,因此, 当量比 0.2-0.3 是富氧热解气化最适合的范围;

富氧气化过程中 MSW 的水分应控制在 15%~25%. 因此,在富氧热解气化过程中,当量比的选择非常重要,不仅可控制气体产物热值,还可定向控 制产物组分,在一定当量比范围内,增加氧浓度有利于提高气体产物的品位. 关键词: 城市固体废弃物;

富氧;

热解气化 引言 固体废弃物包括一般性固体废弃物和极具危害性 固体废弃物两种[1] .本文主要针对一般性固体废弃物 中的城市固体废弃物(municipal solid waste,MSW), ? ? 指在城市居民生活中或为城市日常生活提供服务的活 动中产生的固体废弃物或半固体废弃物甚至液体废 物. 处理固体废物的方式大致分为填埋、部分回收、 部分发酵和热处置等几种[2] .由于垃圾热处置的效率 高、减容率大,部分能源可利用,又无需占用大量土 地资源,尤其是其热值不断提高,许多发达国家都采 用热处置法处理固体废弃物.热处置法中又分为焚烧 法和热解气化法,前者技术较为成熟,后者则是近几 年发展起来的新技术. 关于 MSW 热处置法的研究已很多,取得了一些 很有价值的理论和方法. Guo[3] 等对 MSW 燃烧动力学 研究发现:复杂的垃圾可燃物归纳成纤维类物质和聚 合物类物质二大类, 建立了 MSW 热解燃烧数学模型, 并提出热解燃烧可抑制二恶英等的生成理论.Galvagno[4] 和Dai[5] 等研究了废轮胎的热解转化机理及 工艺.李[6] 等通过对生活垃圾焚烧飞灰重金属特性分 析, 提出了重金属在燃烧过程的迁移规律和控制方法. Buekenws[7] 等研究了 MSW 燃烧过程二恶因的生成机 理和控制方法.另外,Wang[8] 和Mclachlan[9] 分别研究 了MSW 衍生燃料和农业废弃物的燃烧激励和特性. 但是,以上研究大多集中在燃烧过程或针对单一组分 上,今年,由于 MSW 热解气化可将尺度、物性、热 值不均的混合固体废弃物转化成均匀混合、用途多样 化的可燃气体,并且具有能源回收率高、污染小等优 点,因而热解气化技术受到广为关注.有关热解气化 理论和实验研究受到国内外的专家学者的重视[10-12] , 并取得一系列研究成果, 但离实际应用还有一段距离. 富氧燃烧技术,由Horne 和Steinburg 于1981 年提出 [13] ,具有燃烧充分、大幅减少排烟量、高效等优点. 富氧燃烧技术目前的主要研究应用于电站锅炉、磁流 体发电技术、 燃料电池、 IGCC 及联合能源生产系统 , 燃烧对象有煤粉、天然气及焦炉气等.国内学者张[13] 和刘[14] 等分别研究了流化床富氧燃烧技术和城市生 活垃圾富氧燃烧特性等. 单纯的热解气化或燃烧仍存在气体中惰性组分含 量高、热值低、排烟量大等问题,单纯的富氧燃烧技 术不能从根本上解决固相 (非均相) 燃烧控制难度大、 易产生二次污染等问题.为解决上述问题,本文提出 了MSW 富氧热解气化的技术路线,探索 MSW 富氧 热解气化的机理,并进行相关系统性研究,为MSW 转化为多用途的可燃气提供理论和实验依据.