城市生活垃圾热解设备与特性的研究

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1、天津大学博士学位论文城市生活垃圾热解设备与特性的研究姓名：李新禹申请学位级别：博士专业：热能工程指导教师：张于峰20060601摘要国家经济水平的提高，促进了社会生活的消费，伴随而来的是生活垃圾的大量增加，垃圾问题已经困扰着我们的世界。传统的垃圾处理方式或污染环境、或浪费土地和资源，因此开发新的垃圾处理方法与工艺势在必行。相比其他垃圾处理方式，垃圾热解法具有环境友好性强、能源化比例高、有较高的经济效益等优势，成为垃圾处理方法的新的研究课题。本研究的重点是无筛分城市垃圾热解实用技术和设备的研发。针对我国城市

2、垃圾成分的特点，依靠垃圾自身热解产生的热量为热源，自行设计研制出日处理5吨垃圾的垃圾热解设备，完成全部运行调试工作。设备中主热解炉在起炉阶段使用煤碳作热源，运行后用垃圾自身热解后产生的垃圾碳作为热源。副热解炉利用主热解炉产生的热解气和烟气热作为热源，并有剩余的热解气作为能源输出，很好的完成了垃圾热解能源化和减量化的设计思想。在本文的热解设备的设计过程中，首次采用了外热式与内热式相结合、主热解炉与副热解炉耦合使用的具有连续工作能力的固定床垃圾热解设备。文中建立了城市垃圾热解数学模型，包括燃烧室、主热解炉和副

3、热解炉的数学模型。利用多孔介质理论对混合垃圾的热物性进行了分析，取得较好的模拟效果。通过与垃圾热解理论研究结果的对比分析，得到了垃圾热解实用装置在热解温度、产气量和产气规律等方面的特性，为垃圾热解技术的实用化提供了可参考的理论依据。本文还针对城市垃圾的主要成分，从其分子结构出发，依据热重和微分热重(TG／DTG)曲线、工业分析和元素分析数据，详细分析了热解过程可能出现的相●关化学反应，得出一些垃圾热解机理的模型。由此建立了生物质类和塑料类垃圾热解的动力模型，可应用该模型预测热解过程中任意时间或温度下原始成

4、分试样和各阶段产物的质量随温度的变化情况，以指导和优化反应器的设计和运行。研究的结果证明，对于同一类物质尽管由于添加的成分有一定的区别，导致热解过程在温度和时间上有一些差别，但总的热解机理基本相似。热解温度范围和热解时间间隔相近，可以用同一个热解模型进行模拟，得到了令人满意的结果。关键词：城市垃圾，热解，热解炉，传热模型，热重分析AbstractWiththedeVelopmentofthenationaleconomicleVel，theconsumptioninsociallifeaccelerate

5、d．HoweVer，whatcomeswitllmedeVelopmentistheincrementofhousehoIdsoIidwaste(HSW)whichalreadyattainedattentionsf-romgoVemment，researcher，medium，etaI．ThetmditionaImethodsofhouseholdso“dwastedisposalmaycauseeitherthepolIutiontoourenviroIlment，oroccupytheso订锄dot

6、herresources．，Therefore，todevelopnewmethod锄dtechniqueforhouseholdsolidwastedisposalisimpendence．ComparedwithothertraditionaldisposalwaysofhousehoIdsolidwastc，thepyrolysisofHSWhasmanyadvantages，suchasf}iendlyenVironmental，highrateofenergyexchangingandbette

7、r矗nancialbenefit．1tisbecominganewresearchdomainforHSWdisposal．ssue．ThekeypoilltofthisstudyisthepracticaItechnoIogyandequipmentofpyrolysisofHSWwithoutsorting．AccordingtothespecinccharacteristicsoftheHSWcomponentinthecitiesofChinaandreIyingontheene唱ythatpro

8、ducedbyitself-pyrolysis嬲theheatsource，锄equipmentf．0rt11eHSWpyrolysiswhjchc彻dealwith5tonsofHSWw嬲designed柏derected，andallthecirculationperformanceshavebeendone．In．thisequipment，thecoalisusedastheheatsourceinthemainpyr