垃圾气化技术与设备研究

第10期机械设计与制造2011年10月MachineryDesign & Manufacture241文章编号: 1001 399(2011)10-0241-02垃圾气化技术与设备研究*何庆王启路(江苏技术师范学院机械学院，常州213001)Research on gasification technology and equipment of municipal solid wastesHE Qing, WANG Qi-lu(School of Mechanical Engineering,Jiangsu Teachers University of Technology ,Changzhou 213001 ,China)[摘要]垃圾气化是一项新型能源 开发及垃圾环保处理的新技术。该技术将预先筛选破碎的城市生活垃圾,送入到气化炉中,在气化炉的控制条件下,使垃圾中的有机组分发生化学反应,经过一定的处理手段,最终制得清洁可燃气体供人们使用。分析了国内外近年来垃圾热分解技术的研究进展,阐明了垃圾气化的化学原理,结合图例及研究概况,分类介绍了垃圾气化工艺及主要设备,最后,对垃圾气化技术的应用前景进行了展望。关键词:生活垃圾;热分解;气化炉[ Abstract] The gasificaion is a new technology in enwironmental treatment for municipal solid wastes& in new energy development, which is 1o feed municipal solid wastes, pretreated by filtrating and shreddingways. ,to the gasification stove ,s0 that the waste reacts under the controlled conditions and clean gas fiuels canbe obtained to be supplied to people after certain treatment procedures.In this article the development item ofthe uwaste thermal decomposition technology home or abroad is introduced and the chemical principle of thewaste gasification is expounded combing with graphic symbol and study profile as well as the gasification pro-cess and equipments is sorted and presentedIn the end ,the application future of the technology is foreseenKey words:Municipal solid wastes;Thermal decomposition;Gasification stove中图分类号:TH16文献标识码:A1前言2热分解气化原理垃圾气化技术的研究开始于20世纪70年代，当时的目的原城市生活垃圾中含有大量的有机物，如塑料、剩饭菜、纸类、是为了解决世界性石油危机，想找到能替代石油的新能源。但由于草木、树枝等,这些有机物都是可燃的。在无氧或缺氧条件下加制气成本高昂,故研究停滞不前。随着当前化石能源逐渐的枯竭，寻热, 有机化合物在热能的作用下化合键断裂,由大分子量化合物找新的能源途径再次被提上了日程。在欧美发达国家,陆续出台了转化成小分子量的燃气、油或油脂液状物及焦炭等小分子化合一系列的城市垃圾管理条例，促使垃圾气化技术重新得到重视,成 物。在垃圾燃烧气化炉的特殊结构条件下,点燃气化炉底周围的为继垃圾焚烧发电技术后的研究新热点。垃圾化是把垃圾中的有垃圾(或助燃物),发生氧化反应,产生热量,炉内温度随之升高，机组分和水分通过化学反应转化成CO.H2CH4等清洁燃气的技其上部被隔绝空气的、已干燥的垃圾与灼热的碳发生化学反应;术,产生的气体经过滤、增压等处理后可提供工业燃气(供应锅炉、此时垃圾中的水分和有机碳发生反应，最后生成以- -氧化碳、氢供热或热电厂),也可作为居民生活用气,这样可以代替价格不断上气和甲烷等为主体的燃料气体。在过量空气系数小于1的情况涨的化石类能源,既实现了废物利用，又保护了环境。下,垃圾进行不完全燃烧,产生的热量使炉温继续升高,加速反应在过去的20年间，世界范围内一些垃圾 气化处理项目已经的进行。垃圾气化过程是复杂的化学反应，主要发生有裂解反应、经过测试,投入了实际运行，如瑞士某公司研制的热选式气化炉风、还原反应煤气反应等。美国某公司研制的有多个型号的沸腾床垃圾气化炉、贝勒.哥伦布气化介质可以是空气、水燕汽、富氧空气等,用氧气作氧化实验室(BCL)研制的外供热式气化炉等。我国的垃圾气化技术虽然研究时间不长，但也取得了一系剂时，垃圾气化得到的可燃气体低位发热量约为1000k J/m?,用列的进展，开发了几种适合我国实际情况的垃圾气化处理技术，空气作氧化剂时,由于氮气的稀释作用，气化得到的可燃气体低如中科院广州能源所进行了通空气作为气化剂的下吸式气化炉位发热量约为50kJ/m?,垃圾气化后的燃气气体组成一般比例处理城市生活垃圾的研究,实验结果显示,在(750-900)9C时气化为:CO%:50%、H2%: 14% .CH%:4%等。效果最佳.所得可燃气热值为40Jm';中国林业科学研究院利3 垃圾气化技术用流态化气化炉处理城市生活垃圾用,反应温度为(600~750)心垃圾热分解气化技术是指垃圾在缺氧的条件下,高温发生时,所得煤气热值为(6500-7500)kJm’。热化学反应,制取可燃气体的过程。在封闭的环境中,高温、高压*来稿日期:2010-12-11★ 基金项目:江苏省“青蓝工程”项目资助(KYQ09006)242何庆等:垃圾气化技术与设备研究第10期及较长的驻留时间甚至可以摧毁最复杂的有机化合物而产生可3.1.3 热选式气化技术回收利用的综合性燃气。残留的酸性气体及易发散的金属都在垃圾进入气化炉后,用大压力的压缩机将垃圾压缩到原体工艺区内加以处理回收，重金属成分可作为易管理的沉淀态加以积的 15,并将空气压出炉外，气化炉由600C左右的高温烟气加回收，气化炉产生的燃气可用于直接用作炊事加热锅炉或工业煤热,垃 圾在气化炉内停留几秒后被压向高温反应炉,在其内部发气,也可用于生活区供热或发电等,废物中的无机组分被熔化及生反应生 成燃气,并与气化炉产生气-起合成为粗制燃气,然后淬硬而形成有用的建筑材料。进入到炉温为1200C的叮燃气体改质塔中进行改质，在改质塔气化炉的主要形式有上吸式移动床、下吸式移动床、循环中为了使焦油完 全分解,烟气停留的时间要大于2s以上,再经急流化床喷流床型等,按照气化温度,垃圾气化可以分为低温气化剧冷 却和净化后得到清洁燃气。其中.未分解完全的炉渣再混同和高温气化技术。原料进入炉内进行二次熔融气化。3.1低温气化技术3.2高温直接气化技术低温气化技术主要是利用垃圾所具有的热能，对垃圾进行经过分析比较，高温直接气化可采用如图3所示的设备进热化学处理。首先,垃圾在(450 600)9C左右无氧或缺氧状态下气行。 该炉区域划分为:千燥区热分解气化区熔渣区,由上至下三化产生可燃气体,再将产生的可燃气体冷却、过滤,制成可燃气个区的温度从(300-1800)心。体,它主要包括以下三种技术。生活垃圾在300C左右的干燥层受高温烟气的预热作用,将3.1.1直接加热气化技术垃圾中的大部分水分蒸发掉;缓慢下降到温度为(300~1000)C的该气化炉的主要特征是有机物料混合向下流动(与气体产热分解气化区 ,此时垃圾中的有机物开始发生裂解反应,释放出生逆向流动)通过高温区,发生气化反应,物料由炉膛上部经垃圾热量,接 着进行还原反应,产生热解气,再经进一步的冷却、净化给料机送入,炉底通入空气,流化床内保持高温和还原性气氛,垃处理,便可作燃气。圾在移动状态下,被迅速加热和气化，部分垃圾燃烧提供气化所需要的热量,炉渣等不燃物由炉底部排出,可燃气由炉顶排出,再经过器冷却、过滤,就能得到可燃气,如图1所示。可燃气+热解气分解气冷过下燥区生流化床气化炉热分解气(化熔清区(2图3高温直接气化炉示意图一→炉渣垃圾的热解气化可有效控制二恶英的产生。该反应是- -个图1直接气化示意图;缺氧的过程，在垃圾热解过程中二恶英生成的氧源就得到了控3.1.2间接加热气化技术制,热解以后所产生的热解气体和裂解焦中的二恶英的含量都比垃圾首先在外热式回转窑内干燥并部分热解，然后进入热直接焚烧的方法要少得多。 热解气化产生的燃气进人炉内焚烧，分解炉内进行热解,如图2所示。在气化室内, 1000C左右的高温其温度1000公以上，此时热解产物中含有的少量二恶英就会自空气和垃圾组分混合反应，垃圾在缺氧的条件下不完全燃烧,其动分解 了,因此垃圾高温气化是可以有效控制二恶英的产生,以中的有机组分裂解并与水蒸汽、氧气等发生- - 系列的连锁反应，达到安全排放标准。产生熔渣和以CO、H2、CHL、N、水蒸汽等为主的垃圾气，该垃圾气当那些被干馏、热解的垃圾残留物或不可燃物如玻璃、小-部分作为气化炉的燃料自用,其余部分经过冷却 、过滤处理变石头等)，落人炉膛底部时,又被搅拌 器蝶旋刀片搅动、松散、翻成以CO、H2、CH4为主的清洁可燃气,供工业或居民生活使用;产转,不仅与限量空气混合形成湍流加速燃烧气化,而且更防止了生的熔渣由炉膛口排出,可用作建筑材料。这些垃圾残留物结焦结块，熔渣经过螺旋排渣机构排出炉外,可热空气分解燃气直接用在建材方面”。出口7燃气4结束语垃圾城市生活垃圾的气化是- -种新型的垃圾处理技术。 与填埋、焚烧等常规垃圾处理方法相比，该技术更具有清洁、环保性和可持续性。I冷却水槽它将生活垃圾变成再生能源资源(可燃性气体),在消除垃圾污染的同时,为人们提供了新型能源。生活垃圾气化实验表明，图2间接加热气化示意图主要可燃气成份为H,CO.CH,CH.CH等,气化处理技术具有第10期机械设计与制造2011年10月Machinery Design & Manufacture243文章编号: 1001-39972011 )10 -0243-03从生产工厂的产出综合效能到整厂综合效能的研究*於骞洪跃金士良(上海大学机械工程及自动化学院，上海200072)Study from overall throughput effectiveness to overall factory effectivenessin manufacturing factoryYU Qian,HONE Yue ,JIN Shi-liang(School of Mechatronics Engineering and Automation, Shanghai University , Shanghai 200072,China)[摘要]为了研究一台设备运行性能，人们提出了设备综合效能OEE。 而为了研究生产系统(单元)中设备之间的关系,探讨系统运行性能的情况,2003年一些科研人员在0EE的基础上提出了产出综合效能OTE。在介绍一台机器的设备综合效能OEE和生产系统(单元)的产出综合效能OTE的基础之上,引出了制造型工厂的整厂综合效能OFE的计算方法,并且通过Witness仿真软件建模和仿真来验证OFF计算方法的正确性,最后将其应用在太阳能电池制造厂的生产实际当中。关键词:产出综合效能;整厂综合效能;Witness建模仿真[Abstract] In order to study the operation performance of one equipment, overall equipment effec-tiveness(OEE )is pul forward. Then in 2003 ,Huang mentioned OTE for performance of system based on OEEin order to sludy the relationship of equipment in manufacturing and discuss operation situation of the sys-temThen one calculaion method for OFE of the manufacturing factory is put forward based on OverallThroughput Effectiveness(OTE )of manufacturing system( unit )and Overall Equipment Effectiveness (OEE)of one machine ,which corectness is verified through modeling and simulating with the help of W itness andis applied in a solar factory for practice.Key words:OTE;OFE;Modeling and simulation by Witness中图分类号:TH16,TPI86,TP391文献标识码:A1引言OEE的这三个基本元素可以由以下公式计算得:OEE到OTE是一个从设备到系统或单元的过程"类似的，A=R=T-T(2)将在OTE的基础上引出整厂综合效能OFE(Overall Factory EfePNORxSR=朵xR__Rx骨(3)ctiveness),从OTE到OFE是一个从系统或单元到整个制造厂的过程。对于引入的OFE计算公式.我们将用Witness仿真软件进行QF(4)建模与仿真来验证它的正确性。最后将OFE应用在实际工厂中。式中:T- -设备实际加工时间;T- -设备的停机时间;Tr设备计2设备综合效能OEE划工作时间或观察时间;NOR-净生产率;SR- 速度效率;OEE的计算公式或定义如下(Nakajima 1988):T一设备的生产时间;R..-设备的实际加I速度;Ra- -设备0EF=A xPxQ(1)的理论加工速度;P- -设备的合格品产出量;P:-设备在观式中:A一时间开动率;察时间里加工数量。P性能开动率;通过控制或改善其定义中的各参数，可以提高- -台设备的Q -质量合格率。OEE值,从而可以提高设备的合格品产出。★来稿日期:2010-12-10★ 基金项H:上海大学研究生创新基金SHUCX1022032010-03)高效的能源利用率和良好的环保特性,而且,成本低、污染小、使报,2002(2):260-264.用方便;垃圾气化如与熔融技术相结合,可以使垃圾中有机成分[3]王华,胡建杭.无害化城市生活垃圾直接气化熔融焚烧技术的实验研被分解利用的同时.又能消除二恶英等二次污染问题,因此有着究[J]工业加热,2004(3):16-19.[4]汪群慧叶暾毖,谷庆宝.固体废物处理及资源化[M].北京:化学工业广阔的应用和发展前景。出版社,2004.参考文献[5]熊祖鸿,李海滨下吸式气化炉处理城市生活垃圾[]环境技术治理与[1]蔣釗眷.戴伟娣城市坟圾气化实检研究初探[J].可再生能源,2003设备.2005(8):75-78.(8):14-17.[6]王岁春,李雄,赵由才污泥F化与焚烧技术[M]北京:冶金工业出版[2]王华,何芳二恶英零排放生活垃圾气化熔触制气技术[].太阳能学社.2010.