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)Jun. 2003第24卷第2期Jourmal of Zhengzhou University ( Engineering Science )Vol.24 No.2文章编号:1671- 6833( 2003 )02-0105 - 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450045 2.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)洛可燃组分的热解特性.从实验结果可知, 垃圾中各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-种更容易和更有效地控制固体垃圾给城市带来的二次污染的技术.关键词:城市生活垃圾河燃物热解特性中图分类号:x 705文献标识码:A品被分成两类-类是可燃物,包括纸、布、塑料、食0引言品和橡胶:另-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 C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-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.近年来我国的城市垃圾中,有机质的式炉的高温陶瓷管内充氮气，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 ,CO2 ,CH4 H2 ,C2H2 ,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+ 152C,Hm.由于垃圾成分中可燃物的增加、垃圾热值的提高,2实验结果与分析焚烧成为垃圾处理的主要方式之一.焚烧可使垃圾减容95% ,重量减少75% ~ 85% ,并可以利用2. l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PCDD、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Hg、Pb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.热解产物中碳含量多少视不同的热解过程而定,因1实验部分为热解产物的残留物中含有卤素、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的提高这些成分更趋于表现为挥发份,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Tab .1 Proximate analysis of MSW( municipal solid wastes )碳分的比例.单位产气量/2.2城市 生活垃圾热解气体组分的分布样品挥发份/%固定碳/% 灰份/%(ml g-1)垃圾中各可燃物的热分解分两个温度段来讨纸71. 8516.2011.90138.83布73. 6518.706.70172. 16论即低温450 C以下和高温850 C试样约5 g.厨余45.5012.5041.75113.87通过各物质在管式炉热解后产生的气体分析，对塑料53.7019.8026.6086.39各可燃物的热解特性作进一步的探讨，分析结果草木63.6517.9518.40 .170.69 .橡胶49. 1519.2531.6087.72见表2.白塑料94.602.452.8545.65混合样56.9026.90106. 64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 lassified MSW pyrolysis组分的体积分数/%样品热值(kJ m-3)产量(mt:g-")H2CH4COCO2C2H4CH。3.937.6418.4422.750.500.566 164.0129.372.906.4846.5041.801.141.18 :9 978.78109.461.84 :2.208.2717.782.260.273 638.5128.91丝织物0.922.0124.2741.137.790.529 163.01 .118.5911.505.418.7716.060.850.585195.1213.23食品13.1610.16.16.900.453.162.4210 740.34108.214.826.061.072.772.596233. 8018.207.4111.534.7112.497.9315 516. 7071.0511.125.989.2522.003.500.897 300. 8328.76白塑料17.9011.16.20.4933.818.3813 236. 6031.95.12.749.7520.6641.510.390.598101.3825.21木屑16.4410.81.21.6940.591.241.5010 128. 85137.684.5312. 151.6916.482.163.428 604.7013.69 .4.119.102.0249.03.454.248 847.8171.764.783.753.0817.410.362 795 .6315.30混合物6.007.3516.5248.704.392.399 676.2491.33.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CO2的含量差别木料产生的热解气H2和CH4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CH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C2H4和CH6含量比其它种类要低,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C2H6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解过程与温度无关只与热解时间有关.很大差别的原因.以上所有分析都表明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出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-种单一的可燃物进第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.在这个反应中将出现有机物断链、异分两个阶段进行的.首先,城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-方面又使小经燃烧;另-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必然会对直接焚烧炉的设计带来困难,但由于它3结论们的热解具有共性,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参考文献:成是碳水化合物.相对于煤等固体燃料而言垃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 0. 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 municipal incinerators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 ,1997 6( 8 ):455 ~459.发物的热值较低.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:中国建筑工业出版社, 1991.Study 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 Instute of W ater Conservancy and Hydroeletric Power , Zhenghou 450045 , China ;2. Guangzhou Institute of Energy Conversion ,Chinese Academy of Sciences , Guanghou 510070 , China )Abstract : 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 from thetest data that there exists big difference among the combustibles on the composition and features. Therefore it is dif-ficult to design an incinerator of good performance for direct MSW incineration. Compared to direct incineration ofMSW , pyrolysis - combustion of MSW is easier to control the second pollution on cities.Key words : municipal solid wastes ( MSW ) ; combustibles ; pyrolysis characteristics