摘要：本項(xiàng)目可以為先進(jìn)的垃圾熱解技術(shù)提供基礎(chǔ)研究，試驗(yàn)物料為垃圾中的典型有機(jī)組分、生物質(zhì)廢棄物和有害固體廢棄物。熱解溫度：500-800℃，垃圾熱解產(chǎn)生的三部分產(chǎn)物：氣體、焦油和半焦。

關(guān)鍵詞：有機(jī)，固體廢棄物，熱解技術(shù)
 
研究?jī)?nèi)容

①固體廢棄物熱解產(chǎn)氣特性；②固體廢棄物熱解焦油特性；③生物質(zhì)熱解半焦特性；④根據(jù)上述研究提出外熱式垃圾熱解系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、?；枷?，并提出大型垃圾熱解系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)實(shí)施方案。

1.固體廢棄物熱解產(chǎn)氣特性：

熱解氣體的主要成分是H₂、CH₄、CO、CO₂、C₂H₂、C₂H₄、C₂H₆等，產(chǎn)物氣體經(jīng)過凈化， 可以作為中高熱值的燃?xì)?；本?xiàng)目通過正交分析預(yù)判斷影響熱解產(chǎn)物的因素大小。影響產(chǎn)氣率的因素大小依次為加熱方式、熱解終溫、填實(shí)率和粒徑；影響氣體平均熱值的因素大小依次為熱解終溫、粒徑、填實(shí)率和加熱方式。
 
物料性質(zhì)對(duì)物料產(chǎn)氣率的影響主要是由物料的揮發(fā)分含量決定性的。對(duì)于生物質(zhì)固體廢棄物800℃熱解條件下，稻草、稻殼、酒糟、蒿草、樹葉、玉米稈、干樹枝、鋸末、茄稈的產(chǎn)氣率分別為0.14、0.315、0.355、0.355、0.51、0.515、0.54、0.635、0.655kg/kg。對(duì)于有害固體廢棄物800℃熱解條件下，油漆、電路板、橡膠、醫(yī)療垃圾的產(chǎn)氣率分別為0.012、0.013、0.027、0.039kg/kg。試驗(yàn)考察了加熱方式對(duì)熱解氣體產(chǎn)率和析出速率的影響，得到了快加熱方式熱解氣體產(chǎn)生量和析出速率遠(yuǎn)大于慢加熱方式的結(jié)論。

2.固體廢棄物熱解焦油特性：

熱解終溫對(duì)熱解產(chǎn)物有較大影響，通過試驗(yàn)茄稈在500℃、800℃熱解溫度下產(chǎn)氣率分別為0.305kg/kg、0.655kg/kg,氣體熱值分別為25.8kJ/kg、25.3kJ/kg。2.固體廢棄物熱解焦油特性：焦油是寶貴的化工原料，從中可以提取酚、萘、蒽等，并能生產(chǎn)洗油，黏結(jié)劑、防腐劑、催化加氫制取汽油、柴油等，還可以用作工業(yè)溶劑、涂料等；在實(shí)驗(yàn)工況下熱解終溫、加熱方式、粒徑和填實(shí)度等因素對(duì)生物質(zhì)熱解焦油產(chǎn)率、焦油密度及pH值的影響程度如下：

（1）熱解焦油產(chǎn)率：加熱方式>熱解終溫>粒徑大小>填實(shí)度；

（2）焦油密度（含水）：熱解終溫>粒徑大小>加熱方式>填實(shí)度；

（3）焦油pH值：加熱方式>熱解終溫>填實(shí)度>粒徑大小物料特性對(duì)焦油產(chǎn)率的影響最大，熱解終溫為600℃時(shí)PVC、PE塑料、廢報(bào)紙、棉布、木塊、廢輪胎、紙板、青菜的產(chǎn)氣率分別為0.1、0.25、0.39、0.5、0.5、0.532、0.577、0.65kg/kg。對(duì)于有害廢棄物在熱解終溫為710℃時(shí)的醫(yī)療廢物、電路板、橡膠、油漆的焦油和水的產(chǎn)率分別為0.190、0.340、0.400、0.886kg/kg。玉米稈、稻草、酒糟、樹葉、鋸末、稻殼、茄稈、樹枝、蒿草0.300、0.345、0.345、0.350、0.350、0.375、0.520、0.570、0.640kg/kg。

加熱方式也影響焦油和水產(chǎn)的產(chǎn)率?？旒訜岱绞绞沟梦锪系纳郎乜?，析出的揮發(fā)分析出速度高。

3.生物質(zhì)熱解半焦的特性：

半焦經(jīng)過活化后可以作為活性炭使用，具有很高的商業(yè)價(jià)值，可以實(shí)現(xiàn)能源的再利用。在實(shí)驗(yàn)工況下熱解終溫、加熱方式、粒徑和填實(shí)度等因素對(duì)生物質(zhì)熱解半焦產(chǎn)率的影響程度如下：粒徑大小>熱解終溫>加熱方式>填實(shí)度。

在熱解終溫為500℃、快加熱方式下它們的熱解半焦產(chǎn)率都達(dá)到了45%%。而茄稈、木屑熱解半焦的產(chǎn)率僅有17.5%%。熱解終溫的提高，半焦產(chǎn)率減少。在相同的熱解終溫下，慢加熱方式的熱解半焦產(chǎn)率高于快加熱方式的熱解半焦產(chǎn)率。生物質(zhì)熱解半焦的密度都較小，所有工況下半焦的密度均在0.058—0.340g/cm3之間。熱解終溫和加熱方式對(duì)半焦密度的影響有兩種情況，一種情況是稻殼、木屑、樹葉和酒糟的熱解半焦的密度隨熱解終溫的生高而升高，慢加熱方式下比快加熱方式下??；另一種情況是茄稈、稻草、樹枝和玉米稈熱解半焦的密度隨熱解終溫的升高而降低。慢加熱方式下比快加熱方式下大。熱解終溫的上升，所有物料的熱解半焦中的揮發(fā)分含量降低，熱解半焦中的灰分隨溫度的升高，其含量也升高，半焦中的固定炭的含量是隨著熱解終溫的上升而略有下降。熱解終溫的上升，熱解半焦的熱值呈下降趨勢(shì)；快加熱方式下的熱值明顯高于慢加熱方式下的熱值；隨著熱解終溫的提高，9種生物質(zhì)的熱解半焦的氣化反應(yīng)的活化能是呈增大的趨勢(shì)。

4.固體廢棄物熱解經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)模型的建立。

建立了固體廢棄物在外熱式固定床熱解爐中熱解微分方程。在工程應(yīng)用中，人們更關(guān)心的是各種熱解產(chǎn)物的產(chǎn)率和性質(zhì)而非熱解產(chǎn)物的析出過程?；谝陨显颍瑢?duì)實(shí)際熱解工藝熱解產(chǎn)物的建模是比較復(fù)雜的，與很多因素有關(guān)。從復(fù)雜的機(jī)理出發(fā)，采用因次分析法，建立以相似準(zhǔn)則數(shù)的關(guān)系方程，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定關(guān)系方程的系數(shù)。

研究的創(chuàng)造性

低污染排放，由于該熱解系統(tǒng)在無(wú)氧氣氛下進(jìn)行，所以NOx、SOx、PCBs、PCDD/F等污染物的生成量幾乎可以忽略，在節(jié)省尾部?jī)艋O(shè)施的建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用的同時(shí)，二次污染的排放仍然比焚燒處理低。單臺(tái)機(jī)組的容量可以作得很大（日處理垃圾量可達(dá)10000噸）；垃圾經(jīng)該工藝處理后，所有不可燃物質(zhì)，如金屬（黑色金屬及鋁），玻璃及無(wú)活性的灰燼將剩下，垃圾得到了很大程度的減容，形成的惰性殘?jiān)叭紵笮纬傻幕覊m可用作筑路材料，并且從中回收金屬，進(jìn)一步地減少環(huán)境污染。

本研究基于一種全新的垃圾熱化學(xué)處理方法，可將生活垃圾、醫(yī)療垃圾及工業(yè)垃圾轉(zhuǎn)換成可回收利用的金屬、玻璃以及無(wú)活性灰分。該方法不需要對(duì)原始垃圾進(jìn)行分選和分類。

本基礎(chǔ)研究采用的系統(tǒng)能夠采用廢棄物自身的熱解氣體在密封的內(nèi)循環(huán)設(shè)備中實(shí)現(xiàn)能量循環(huán)，運(yùn)行過程中只需加入少量的附加燃料，可降低能耗和處理成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

該系統(tǒng)尾氣處理工藝得到了最大程度的簡(jiǎn)化，因此其尾氣處理設(shè)備的投資遠(yuǎn)低于垃圾焚燒尾氣處理工藝設(shè)備的投資，同時(shí)其運(yùn)行費(fèi)用也遠(yuǎn)低于其他傳統(tǒng)的垃圾焚燒設(shè)備。

熱解方式選為外熱式多室固定床廢棄物熱解系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了單室為間歇外熱式熱解，總體為連續(xù)運(yùn)行的熱解系統(tǒng)。該技術(shù)思想可以實(shí)現(xiàn)垃圾處理量的任意大型化。
 

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