PDF《Pyrolysis》

1 实验系统和实验材料 1.1 实验系统 研究用的实验主要装置为处理量为 5kg/h 的小型 下吸式气化炉,实验系统如图

1 所示: Fig

1 MSW Experimental system 图1MSW 实验系统 1.料仓;

2.螺旋进料器;

3.气化炉主体;

4.气化段炉体;

5.炉排;

6. 灰烬;

7.排灰阀;

8.接灰桶;

9.灌装氧气;

10.灌装氮气;

11.气体流 量计;

12 混合罐;

13.采样口;

14.除灰器;

15.水洗箱;

16.罗茨风机;

17.排气管;

T.测温点;

P.测压点 实验中通过调节氧气配比、流量、氧气和可燃物 的当量比以及物性进行 MSW 富氧热解气化实验研 究,并对气体产物进行分析. 1.2 实验材料 为了使所做的试验具有普遍性以及工业适用性, 本文使用安徽芜湖南陵县垃圾回收站中的 MSW 作为 原料.MSW 经过前处理,水分经过挤压装置压榨、 烘干等预处理过程,达到了部分干化的效果,然后送 入MSW 热解气化系统中. 所取的 MSW 为?=520kg/m3 、形状不规则的混 合物,经过初筛后,主要成份有塑料、纸、布、草木、 白塑料、厨余等,元素分析见表 1,其中对于干基可 燃组分的元素分析我们没有将灰分列入,其表中组分 总和与

1 之差为灰分的含量. Tab

1 Elemental analysis of experimental materials 表1实验材料元素分析 干基可燃组分元素分析 垃圾干基元素分析 应用基 C(%) 43.79% 29.25% 13.06% H(%) 5.87% 3.92% 1.75% N(%) 0.60% 0.40% 0.18% ? ? S(%) 0.39% 0.26% 0.12% O(%) 21.53% 14.38% 6.42%

2 MSW 富氧热解气化机理分析 2.1MSW 富氧热解气化反应 MSW 主要组成元素为 C、H、O,具有 N、S 等 元素含量较少,挥发份、固定碳含量较高,在热转化 过程中 N、S 元素所形成的污染排放量相对较少等特 点, 这些特点都决定了 MSW 较为适宜气化. MSW 富 氧热解气化整个过程可分为四步:干燥、热解、氧化 和还原,化学反应步骤如下[10] : ( )

2 2 C s O CO ? ? (1) ( )

2 2 C s CO CO ? ? (2) ( )

2 2 C s H O CO H ? ? ? (3)

2 2

2 CO H O CO H ? ? ? (4) ( )

2 2

4 C s H CH ? ? (5)

4 2

2 CH H O CO H ? ? ? (6) MSW 中的有机成分在干馏层内干馏产生部分燃 气CnHm(主要成分 CH4) ,还原层的物料碳层主要发 生水煤气反应及从氧化层而来的 CO2 的还原反应,氧 化层内为氧气与垃圾碳的氧化反应,所以燃气成分主 要为 CO、H

2、CnHm 等[11] .MSW 在干燥区内与热解 设备的高温壁面以及其他反应区生成的热气体产物进 行干燥及脱水,为进一步的大分子裂解环节做准备 [12] . 热解区是 MSW 热化学反应较强的一个区域.热 解过程的所需热量主要由部分可燃物氧化反应提供. 热解反应主要包括裂解、脱氢等反应

2 6

2 4

2 C H C H H ? ? ? ? ? (7)

2 4

4 C H CH C ? ? ?? ? (8)

2 4

2 CH C H ? ? ? ? ? (9) 热解过程中,MSW 中有机物化合键断裂,产生 小分子物质及固体残渣.聚合物在高温条件下可加速 聚合物分子的运动,使其化学键断裂,产生自由基. 这种极不稳定的自由基又与周围各类分子或自由基发 生反应,使之断裂形成更多的自由基,从而引起聚合 物的降解和交联. 结合能较低的键容易在受热时断裂, 对应的元素或基团是结构上的弱点,成为热解的活跃 点[15,16] . 热解反应最终使 MSW 转化为各种含碳物质, 包括:碳原子为 1~5 的烃类、氢、CO 为主的可燃性 气体;

碳原子在

5 个以上的烃类、焦油类物质;

固体 碳及灰分[17,18] . 2.2 MSW 富氧热解气化相关理论计算 MSW 富氧热解气化理论温度的计算是通过将气 化过程中的燃烧产物发热焓值相........