城市生活垃圾兩步法氣化熔融焚燒技術(shù)研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和居民生活水平的提高,“垃圾圍城”現(xiàn)象日益嚴(yán)重,生活垃圾的有效處置已經(jīng)關(guān)系到我國社會、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,開發(fā)適合我國國情的高效垃圾處理技術(shù)迫在眉睫。氣化熔融焚燒技術(shù)是在直接焚燒基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新一代廢物處理技術(shù),該技術(shù)可以實現(xiàn)徹底的無害化、顯著的減容性、廣泛的物料適應(yīng)性和高效的能源與物資回收,被認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ睦幚砭C合利用技術(shù)。 為了促進(jìn)氣化熔融焚燒技術(shù)在我國的應(yīng)用,本文結(jié)合我國城市生活垃圾特

2、點,提出了兩步法氣化熔融焚燒工藝——流化床低溫氣化-旋風(fēng)爐高溫熔融焚燒系統(tǒng),并建立了系統(tǒng)試驗裝置,在研究并掌握我國城市生活垃圾組分低溫氣化特性基礎(chǔ)上,分別在該試驗裝置上進(jìn)行城市生活垃圾流化床低溫氣化單元試驗研究和氣化熔融聯(lián)動試驗研究,檢驗該工藝系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的同時,對我國城市生活垃圾的低溫氣化特性、熔融特性和氣化熔融后污染物生成特性進(jìn)行了研究和分析。 在熱重-差熱分析儀和固定床試驗裝置上,研究了我國城市生活垃圾典型組分及其混合

3、物的低溫氣化失重規(guī)律和氣化氣體生成特性,并采用分布活化能模型(Distributed ActivationEnergy Model,簡稱DAEM)分析TG-DTG曲線,獲得了各組分反應(yīng)活化能分布函數(shù)。研究表明：典型組分及其混合物氣化過程中,失重速率峰隨升溫速率增大逐漸向高溫側(cè)移動,失重率隨反應(yīng)終溫升高而增大,失重主要發(fā)生在200℃～550℃溫度區(qū)間；紙類和聚乙烯的氣化反應(yīng)活化能均隨反應(yīng)深入而不斷增大,廚余的氣化反應(yīng)活化能變化曲線呈先增大

4、后減小的趨勢,三者混合物的反應(yīng)活化能隨氣化反應(yīng)的進(jìn)行,在經(jīng)過三次小幅波動后持續(xù)增大；氣化反應(yīng)過程中,H2O的參與能明顯促進(jìn)H2的生成,CO2的參與有助于生成更多的CO,氣化氣體中H2、CH4和C2H4的生成量均隨反應(yīng)溫度升高而增大；混合物氣化反應(yīng)過程不是組分的簡單迭加,存在各組分之間的相互作用。 在常壓循環(huán)流化床單元試驗裝置上,研究了城市生活垃圾組分在不同溫度和過量空氣系數(shù)(Equivalence Ratio,簡稱ER)下的低

5、溫氣化規(guī)律。研究表明：氣化產(chǎn)氣率隨ER的增大而顯著增大,隨溫度變化不明顯；生成氣化氣體低位熱值隨ER增大而減小,隨溫度的升高而增大；化學(xué)能轉(zhuǎn)化率的變化范圍：聚乙烯為57％～97％,木塊為23％～45％,聚乙烯和木塊混合物(混合物a)為40.6％～86.1％,廚余類混合物(混合物b)為23％～57.4％；聚乙烯的碳轉(zhuǎn)化率和能量轉(zhuǎn)化率均為100％,爐渣不完全反應(yīng)熱損失率為0;其余三種物料的碳轉(zhuǎn)化率分別高于90％、93％和87％,能量轉(zhuǎn)化率分

6、別高于92％、95％和92％,爐渣不完全反應(yīng)熱損失率分別低于0.4％、0.3％和0.5％；與固定床相比,流化床作為低溫氣化反應(yīng)器可提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率和氣化強度。 在流化床氣化-旋風(fēng)爐熔融焚燒試驗裝置上,進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)動試驗,研究了我國城市生活垃圾的氣化熔融特性和污染物生成特性。研究表明：隨氣化溫度的升高,氣化氣體中可燃組分含量均增大,氣化氣體低位熱值增高,氣化產(chǎn)氣率變化不顯著,能量轉(zhuǎn)化率和碳轉(zhuǎn)化率呈現(xiàn)增大的趨勢；隨ER的增大,氣化

7、氣體中可燃組分含量減小,氣化氣體低位熱值減小,產(chǎn)氣率增大,能量轉(zhuǎn)化率和碳轉(zhuǎn)化率呈現(xiàn)增大的趨勢；垃圾中適當(dāng)保持一定水分含量,有利于提高其氣化氣體的熱值；熔融爐溫度在1200℃時,生成的飛灰融渣表面基本熔融,但內(nèi)部仍有少量未熔融轉(zhuǎn)變成玻璃相；與低溫氣化段生成的多環(huán)芳烴(PAHs)的含量和毒性相比,氣化熔融后生成的PAHs的含量和毒性均明顯降低,且其分布具有從固相向氣相遷移的趨勢；生成的融渣中難揮發(fā)性重金屬Cr和Ni的固熔率均大于90％。通過

8、流化床氣化-旋風(fēng)爐熔融焚燒裝置系統(tǒng)運行試驗表明,兩步法氣化熔融焚燒工藝--流化床氣化-旋風(fēng)爐熔融工藝系統(tǒng)設(shè)計基本合理,整個系統(tǒng)能夠協(xié)調(diào)穩(wěn)定運行,城市生活垃圾流化床氣化生成氣體燃燒可為后部熔融系統(tǒng)提供所需熱源,使熔融爐達(dá)到飛灰熔融溫度,固融飛灰中的重金屬,有效降低尾氣中PAHs的生成量,因此,該工藝能夠?qū)崿F(xiàn)城市生活垃圾的減量化、無害化和資源化處理。 在試驗研究的基礎(chǔ)上,本文采用gibbs自由能最小化方法建立了城市生活垃圾兩步法氣