城市生活垃圾中可燃物的热解特性实验分析

2003年6月郑州大学学报(工学版)第24卷第2期Journal of Zhengzhou University( Engineering Science)Vol 24 No. 2文章编号1671-683x2003)2-0105-03城市生活垃圾中可燃物的热解特性实验分析王秋红,熊祖鸿2,黄海涛2,李海滨1.华北水利水电学院动力系,河南郑州4500452.中国科学院广州能源研究所,广东广州510070)摘要:从工业分析和热解气体组分等方面详细讨论分析了城市生活垃圾MSW胳可燃组分的热解特性.从实验结果可知,垃圾中眢可燃物的组成及性质存在很大的差异直接焚烧处理必然会对焚烧炉的设计带来困难.热解燃烧处理技术是一种更容易和更有效地控制固体垃圾给城市带来旳二次污染旳技术关键词:城市生活垃圾河燃物热解特性中图分类号:X705文献标识码:A0引言品被分成两类,类是可燃物包括纸、布、塑料、食品和橡胶焗一类是不可燃物质包括土、玻璃和金垃圾是人类在日常生产生活中不可避免地产属等.将可燃垃圾在温度110℃下干燥2h测得其生的废弃物.随着工业现代化的发展,人民生活含水量再进一步处理成实验样品水平的提高,废弃物的产量日益增长,且成分也热解实验在管式加热炉里进行实验中向管在发生变化.近年来我国旳城市垃圾中有机质的式炉的高温陶瓷管內充氮气以形成惰性气体环含量明显上升其中废塑料、橡胶等增长显著.这境.热解产生的气体再经过GC-20色谱分析仪些物质在自然条件下分解缓慢,且密度小,体进行分析得出CO,CO2CH4H2C2H2,C2H气体积大成分在不同温度下的含量从而计算出气体热值传统的垃圾处理方式主要以露天堆放或填埋气体的热值实际上是单位气体产物中各种可为主这一方面会占用大量的宝贵土地另一方面燃成分燃烧热的总和亦即2还会对大气、土壤和地下水造成严重的二次污染Q=30.2C0+25.8H2+85.8CH4+152CnH由于垃圾成分中可燃物的增加、垃圾热值的提高焚烧成为垃圾处理的主要方式之一.焚烧可使垃2实验结果与分析圾减容95%重量减少75%~85%,并可以利用2.1城市生活垃圾工业分析结果讨论其热能来供热和发电.但是垃圾焚烧存在许多问从表1中可以看出在相同条件下不同垃圾题如剧毒含氯高分子化合物PCD、PCDF、PCB、成分其挥发份含量、固定碳含量、灰含量及单位产统称二恶英类物质)以及含IgPb的飞灰等造气量是不相同的,且单位产气量与挥发份含量不成大气环境污染等1.曾有研究发现无论何种可存在正比例关系.如白塑料中的挥发份含量最燃物其气体成分和热值都较接近,因此认为热高达94.6%但其产气量却最小.这主要是因为解焚烧较直接焚烧有利白塑料热分解过程中一方面大分子裂解成小分子解决城市垃圾问题首先要对垃圾本身的性直至气体另一方面又使小分子聚合成较大分子质作全面的了解即部分挥发份又变成了较大分子的液体油份.热1实验部分解产物中碳含量多少视不同的热解过程而定因中国煤化工有卤素、硫氮随着温实验样品为城市生活垃圾首先将原始垃圾样度CNMHG表现为挥发份使得垃收稿日期2003-01-29修订日期2002-03-21作者简介王秋红(1973-)女河南省偃师市人华北水利水电学院助教硕士研究生主要从事热能动力及能源方万方106郑州大学学报(工学版)2003年表1城市生活垃圾工业分析结果圾热解产生更多的挥发性物质相反低温则增加ab. 1 Proximate analysis of Msw( municipal solid wastes)碳分的比例样品挥发份/%固定碳/%灰份/%单位产气量2.2城市生活垃圾热解气体组分的分布(mg-1)垃圾中各可燃物的热分解分两个温度段来讨11.90布73.6518.706.70172.16论即低温450℃以下和高温850℃试样约5g厨余45.5012.5041.75113.8通过各物质在管式炉热解后产生的气体分析对塑料53.7019.8086.39草木63.6517.9518.40各可燃物的热解特性作进一步的探讨,分析结果橡胶491519.2531.60见表2白塑料94.602.452.8545.65混合样56.9016.2026表2生活垃圾分类样品热解气体组分和产量Tab 2 Gases yield and distribution of classified MSw pyrolysis样品组分的体积分数/%CHACOCHa热值(km-3)产量(18.440.500.566164.01纸8.270.273638.51丝织物0.9241.137.790.52118.5911.508.770.850.58食品13.1610.160.453.162.410740.34108.21塑料4.821.072.772.596233.801812.497.797.9315516.70白塑料1.123.500.897300.8328.7617.90l1.16204933.818.38213236.6012.740.390.598101,38木屑6.4421.691.2410128.8537.682.163.428604.7013.69橡胶9,103,454.248847.813.750.500.362795.63混合物7.3548.704.3929676.2491.33从表2中数据可以看出尽管各种可燃物的保持气体状态.木料在低温和高温阶段产生的热组成有很大的差异但其热解气的组成却很相似.解气体含量基本相等这表明两个温度的热解过除了塑料、白塑料、橡胶产气量较低外其他物质程是相似的只是在高温阶段产生出更多的热解产气量都很大这是因为塑料、白塑料、橡胶为高气体分子化合物热解后产生的挥发份部分转化为焦从表2还可以得知橡胶的热解气体在低温油的结果.废纸的热解气体组分CO含量是最高和高温两个阶段的热值差别很小.橡胶的热解气的塑料和橡胶是最低的.食品、塑料、白塑料和体在低温和高温两个阶段除了CO,的含量差别木料产生的热解气H2和CH含量较高而布产生很大外其它组分的差别很少但由于在高温阶段的热解气H2和(含量很低.木料和纸产生的产生出更多的热解气体因而热解气体的总热值热解气中CH和CH含量比其它种类要低洏而在高温阶段还是增加的.由以上分析可推断热塑料产生的热解气C2H4和C2H含量是最高的解只有达到高温阶段才是完整的木料和橡胶的由此可分析出木料和纸的热值与其它种类相比有热凵中国煤化工热解时间有关很大差别的原因CNMHG城市固体垃圾的成分从表2也可知几乎所有的样品都是在高温多样且每种成分都有自己的热解特性这意味着阶段产生岀大部分热解气体而白塑料在低温和不能把城市固体垃圾看作是一种单一的可燃物进高温两个阶段产生的热解气体量基本相等这是行研究因为热解过程饗部分白塑料液化只有一部分相比较而言热解燃烧是一种有前景的城市第2期王秋红等城市生活垃圾中可燃物的热解特性实验分析107固体垃圾处理技术在这种技术中热解和燃烧是化学过程.在这个反应中将岀现有机物断链、异分两个阶段进行的.首先堿市固体垃圾经热解构等反应其热解的中间产物一方面进行大分子产生可燃气体这种成分比较一致的热解气体再裂解成小分子直至气体的过程另一方面又使小经燃烧溻一方面热解过程需要的热量可从燃烧分子聚合成较大的分子阶段的放热反应供给垃圾中各种可燃物的组成及性质的很大差异3结论必然会对直接焚烧炉的设计带来困难但由于它们的热解具有共性因此可以设想垃圾热解后再由城市生活垃圾的工业的分析可知物料含焚烧将会大大提高垃圾的利用率有较多的挥发分,对垃圾中的可燃物其主要构成是碳水化合物.相对于煤等固体燃料而言垃参考文献:圾可燃物是一种非常杂乱的松散结构具有比煤「1] OLIE K ,VERMEULEN P L HUTZINGER O. Chlorodiben更多的长侧链因而其热解的反应活性在较低温zo-p- dioxins and chlorodibenzofurans are trace compo度时就可显示出来.而且由于垃圾可燃物元素nents of fly ash and flue gas of some muni中含有较多的氧元素氢元素相对较少所以其挥in the Netherland J Chemosphere 199768):455发物的热值较低459垃圾热解过程是一个复杂的、同时的连续的[2]王中民,城市垃圾处理与处置M]北京冲国建筑工业出版社,1991Study on Pyrolysis Mechanism of Combustibles in Municipal Solid Wastes( MSw)WANG Qiu-hong, XIONG Zu-hong, HUANG Hai-tao, LI Hai-bin2(1. Department of Power North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power, Zhengzhou 450045, China;2, Guangzhou Institute of Energy Conversion Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510070, ChinaAbstract: Based on the experimental results of proximate and pyrolysis analysis the pyrolysis characteristics ofcombustibles in municipal solid wastes( MSW ) are discussed and analyzed in this paper. It can be known fromest data that there exists big difference among the combustibles on the composition and features. Therefore it isficult to design an incinerator of good performance for direct MSW incineration. Compared to direct incineration ofysis-combustion of MSw is easier to control the second pollution on citiesKey words: municipal solid wastes( MsW): combustibles pyrolysis characteristics中国煤化工CNMHG