生活垃圾的热解试验

第36卷第4期西安建筑科技大学学报(自然科学版)Vol 36 No 42004年12月Xi'an Univ. of Arch. & Tech (Natural Science Edition)Dec.2004生活垃圾的热解试验李琦,徐德龙,李辉,肖国先,王堤,吴华夏(西安建筑科技大学粉体工程研究所,陕西西安710055)摘要:利用实验室规模的试验装置实施了垃圾中温热解试验,在400至600℃的条件下热解混合有机垃圾.经测定,热解产生的半焦热解达22460kJ/kg,同时产生了热解气体其热值大约在21000kJ/m3以上,以及含水焦油的热值近1500kJ/kg.热解半焦因其影响熟料烧成的有害成份少又易于加工,可作为替代燃料用于水泥熟料锻烧,热解气体和焦油可作燃料使用为热解提供热量.关键词:热解;半焦;城市生活垃圾中图分类号:X705文献标识码:A文章编号:1006-7930(2004)04-047903Research on the pyrolysis of MSWli Qi, XU De-long, LI Hui, XIAO Guo-rian, WANG Ti, wu hua-xia(Institude of Powder Eng. Xi'an Univ. of Arch. & Tech, Xi'an 710055, China)Abstract: An experimental project was carried out to dispose solid waste by thermal decomposition, using laboratoryfacilities. The tests were conducted under temperature ranging from 400 to 600C and decomposed solid organic wastemixture of various sources. Measurements indicated that the half-coke produced from thermal decomposition had theheat content of 22460kJ/kg. At he same time. the gases from thermal decomposition had the calorific value of about21000kJ/m". And the heat content in the water-containing-tar produced was about 15000kJ/kg. The thermal-derivedhalf-coke may be used as fuel because clinker firing for its constituents that are harmful to cement is minor and it iseasily handled by conventional jet burners. The thermal decomposed gases and water-containing tar may be used asuel to offer heat for the thermal processKey words pyrolysis; char from the mixed organic solid waste: MSW随着城市化进程的加快,生活垃圾旳产生量逐年增加,传统旳垃圾墳埋和焚烧处理技术很难适应对环境保护和能量利重要用日益严格的要求,外热式垃圾热解技术可以有效解决环境污染和能量利用的问题,是垃圾处理技术的研究和发展方向112.热解法虽可得到有利用价值的中间原料,长期以来热解产物的利用主要集中在热解气和焦油方面,而热解半焦合理利用的研究却很少.利用方式之一是将热解产物转化为一种稳定的储存性能源,如单纯的制气和制油,实践证明都不很成功;再次是将热解产物进一步燃烧,但该法和垃圾焚烧一样都存在余热利用的问题,一般的办法是进行余热发电,而热效率仍然很低.水泥工业,尤其是以新型干法水泥工艺为标志的现代水泥工业在生活垃圾处理方面具有许多独特的优点,其水泥煅烧系统不仅可以处理多种有害气体和重金属,且在使用燃气、燃油和低热值燃料方480西安建筑科技大学学报(自然科学版)第36卷面有着成熟的经验.因此,将垃圾热解,利用其热解产物,尤其是利用热解半焦作为水泥工业燃煤的替代燃料具有广阔的应用前景.为此进行了垃圾热解试验.1混合垃圾试样的模化由于原生垃圾成份复杂,且随季节和气候的改变而波动很大,为了使研究结果更具有普遍性和代表性,并考虑我国的实际情况和热解必要的预处理方式,参考上海市1998年燃气地区生活垃圾组成(见表1)2,以除去垃圾中的无机物成份、厨余和果皮的混合垃圾作为模化垃圾,模化垃圾成份见表2,垃圾的原始物理组份的工业分析和热值见表3.表1上海市1998年生活垃圾成份表Tab. 1 Constituents in MSw of Shanghai in 1998含量余果皮纸类布类塑胶竹木金属玻璃渣石合计53.2314.100.732热解试验装置及方案表2模化生活垃圾成份表Tab 2 Mode Constituents of Msw本次试验的热解反应器为立式固定床热含量纸类布类塑料橡胶木材合计解炉,其加热方式采用外热式中温热解.热解%34.57.535.317.75试验系统主要由以下几个部分构成:垃圾热表3垃圾组份的工业分析和热值表解装置、气体和焦油冷却装置、气体水洗装Tab. 3 Analysis of Wastes constituents and calorific value置.热解试验系统见图1.应用基重量/%本试验中垃圾由顶部加入,热解气体从垃圾组份水份挥发份固定碳灰份热值/kJ·kg顶部引出,热解半焦由炉底排出纸类5.9781.1211.481.4316750热解炉炉体内径170mm,高1400mm,布类084.343.462.2其中加热段750mm,采用上下三组电阻丝穿塑料0.2098.540.072570橡胶1.2083.984.949.8323260绕在碳化硅耐火材料內,热解温度经插入物木类20.0067.89--1.310.808610料中的热电偶回馈后由温控仪控制热解气体的冷凝装置为蛇形铜管式换热热解气佧器,底部装有S形焦油和蒸气收集器,气体冷却采用循环冷却水间接冷却.热解气体气体瞬时流量的测定由流量计完成,累计流量通过一定间隔的瞬时流量累计计算得不同温度下混合垃圾的热解产物鲁<⑧出.气体采样通过采气袋获得3试验结果3.1热解产物↓焦出4.从上表可以看出,随着热解温度的提高,模化垃圾和单组份基本遵循同样的规律,即热1.温控仪2.热电偶3.加热电阻炉4.冷却水箱5.冷凝管6.焦油和水排除7.洗气水箱8流量计解气体产量上升,焦油和半焦产量下降图1热解试验装置示意图3.2热解气体for thermal decomposition tests不同热解温度时模化垃圾的热解累计产气量和产气速率分别见图2和图3.热解气体的成份分析见表5由表5可以看岀:模化垃圾即随着温度升高,热解气体中CO2含量降低,H含量增加第4期李琦等:生活垃圾的热解试验481表4热解产物汇总表Tab. 4 A summary of products from thermal decomposition450T=600400热解产物减重=350|-△-r-400热解温度焦油和水气体半焦kg·kg/m3·kg-/kg·kg二‘250400C0.137500C0.2450.29350的△600C0.2180.4020.25874.2表5热解气体的成分分析100Tab. 5 constituents in thermal de composed gas加热时间min热解温加热时气体成份/%热值度/C间/ min CO2 CH CO CH1H2/kJ·m-3图2模化垃圾产气量变化图4027.913.820.129.58.7215042 Model variation in gas yields from10016.617.21637.812.426206wastes decomposition7013.813.86.847.917.7273027010.714.96.741.526.226543鲁一r=5001016.4640.726.927081117.321.226.434.15251911000.619,217.721,740.8248583表6不同温度下模化垃圾热解焦油热值分析Tab. 6 Analysis of calorific value of the thermal decomposedtar from model Wastes at three temperature levels020406080100120|40热解终温/C加热时向/min400焦油热值/KJ·kg-11449014670149403.4热解半焦图3模化垃圾气体产率变化图模化垃圾在不同温度下热解半焦的工业分析和热Fig 3 Model variation in gas yields fromr unit值分析见表7,半焦灰份分析见表8表7热解半焦的工业分析和热值表4结论Tab. 7 Analysis of constituents and heatcontent and thermal decomposed half-coke①随着热解炉内热解温度上升,模化垃圾产气量增加当热解终温由0提高至60c热解温度灰分/%挥发分%园定碳%热值时,气体产量由137l/kg增至402l/kg;气体中400c39.1618880可燃气体含量增加,热值开始呈上升趋势,随温9.3222.9923200度继续升高,气体热值随即出现波动,大约在600C59.7221000~28000kJ/m3之间表8热解半焦的灰分分析②气体各成份随温度升高也呈现出规律性ab8 Analysis of constituents of the ash的变化,气体中CO2含量显著降低,至600C时in the thermal decomposed half coke近乎为零,CnH含量先增后减,CO含量也有显S2 AlO Fe, O3 Ca mgo K,o nao全SC其它著下降,CH的含量呈先增后减的趋势,而H222.2012.127.4941.785.180.790.862.770.396.42的含量增加迅速⑧热解半焦的产量隋热解温度卜升昴著下降,由0,402kg/kp降至0.58kg/kg,半焦组成中灰份先第4期刘淑茹等:陕西省经济增长方式转变的量化综合评估497效益和生态环境,但其评估分值随时间推移也呈递减变化,应引起政府有关部门的高度重视;(4)从总体看,陕西省经济增长方式转变的综合评估分值很低,距离目标的实现差距仍很大为了便于政府有步骤地推进经济增长方式转变这一目标的实现,根据事物不断发展论和发展阶段论,在此将经济增长方式划分为高度粗放增长阶段、中度粗放增长阶段、低度粗放増长阶段、准集约增长阶段(见下表2).当综合评分值达到100%,即达到集约增长阶段,实现了经济增长方式由粗放型向集约型的转变(当然,经济增长方式转变是一个动态的、相对的过程,当转变目标实现之后,仍要不断推进经济增长质量与效益的提高).据此标准可以看岀,陕西省经济增长方式目前处于中度粗放阶段,接近低度粗放增长阶段的下限,经济增长的粗放程度仍很高.目前的目标应是推进经济增长方式由中度粗放增长阶段向低度粗放增长阶段过渡表2经济增长方式转变的评判标准Tab. 2 The Judgment standard for the changing way of the economic increase综合评估分值/%评判标准高度粗放度粗低度粗放准集约增长阶段增长阶段增长阶段增长阶段在中度粗放阶段,由于受发展阶段的制约,科技水平落后,科技对经济增长的贡献低:经济结构不合理,资源利用率低,宏微观经济效益差;经济增长速度较高,但其增长的稳定性差,经济增长旳社会效益不稳定等.因而,在这一阶段政府的主要任务应是加速完成经济体制的转变,建立健全市场化机制;大力推进企业改革,建立现代企业经营机制;转变政府职能,加强和改善宏观调控;大力发展科学技术及教育事业,加快人力资源开发,促进经济增长方式的转变;大力调整产业结构,提高资源配置效率;采取有力措施缩小地区发展不平衡;扩大对外开放,提高对外开放水平等.同时,由于我国经济目前正处于转轨时期,产业、部门、地区等经济发展很不平衡,政府在具体推动经济增长方式转变时,应因地制宜,实行差别化战略.在转变条件具备的地区、部门、产业,应积极全面推动经济集约型增长,在条件不完全具备的地区、部门和产业,适当允许经济粗放型增长,并积极创造条件,经过一个过渡时期,最终实现经济的全面集约型增长参考文献1]马成文:农业经济增长方式转变的检测研究[].经济理论与经济管理,1999,(1):69-712]文兼武,余芳东经济增长质量的中外比较[冂].统计研究,1998,(5):30-33.[3]国家统计局.中国统计年鉴[M].北京:中国统计出版社,2002[4]刘洪.国际统计年鉴[M].北京:中国统计出版社,19995]《陕西统计年鉴》编委会.陕西统计年鉴[M].北京:中国统计岀版社,200(编辑白茂瑞)(上接第481页)①热解焦油产量随热解温度提高显著减少,含水焦油的热值一般在14490~14940kJ/kg参考文献Ⅰ」国家环境保护局污染控制司.堿市固体废物管理与处理处置技术[M].北京:中国石化岀版社,2002]聂永丰.三废处理工程技术手册(固体废物卷)[M].北京:化学工业出版社,20003]张益,赵由才.生活垃圾焚烧技术[M].北京:化学工业出版社,20004]胡宏泰朱祖培,陆纯暄.水泥制造与应用[M].济南:山东科学技术出版社,194.