第10期機(jī)械設(shè)計(jì)與制造2011年10月Machinery Design Manufacture241文章編號(hào):1001-3997(2011)00241-02垃圾氣化技術(shù)與設(shè)備研究←何慶王啟路(江蘇技術(shù)師范學(xué)院機(jī)械學(xué)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】垃圾氣化是一項(xiàng)新型能源開發(fā)及垃圾環(huán)倸處理的新技術(shù)。該技術(shù)將預(yù)先篩選、破碎的城市生活垃圾送入到氣化爐中,在氣化爐的控制條件下,使垃圾中的有機(jī)組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng),纖過一定f的處理手段,最終制得清潔可燃?xì)怏w供人們使用。分析了國(guó)內(nèi)外近年來垃圾熱分解技術(shù)的研究迸展,調(diào)明了垃圾氣化的化學(xué)原理,結(jié)合圖例及研究概況,分類介紹了垃圾氣化工藝及主要設(shè)備,最后,對(duì)垃圾氣化技術(shù)的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞:生活垃圾;熱分解;氣化爐[Abstract] The gas fication is a new technology in environme ntal treatment for municipal solid wastes iin new energy development, which is to feed municipal solid was tes, pretreated by filtrating and shreddingways,to the gasification stove, so that the waste reacts under the controlled conditions and clean gas fuels canbe obtained to be supplied to people afier certain treatment procedures. In this article the development item ofe waste 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 presented In the end, the application future of the technology is foreseen.Key words: Municipal solid wastes; Thermal decomposition; Gasification stove中圖分類號(hào):TH16文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A1前言2熱分解氣化原理垃圾氣化技術(shù)的研究開始于20世紀(jì)70年代,當(dāng)時(shí)的目的原城市生活垃圾中含有大量的有機(jī)物如塑料剩飯菜、紙類、是為了解決世界性石油危機(jī)想找到能替代石油的新能源但由于草木、樹枝等這些有機(jī)物都是可燃的。在無氧或缺氧條件下加制氣成本高昂故研究停滯不前。隨著當(dāng)前化石能源逐漸的枯竭尋熱,有機(jī)化合物在熱能的作用下化合鍵斷裂由大分子量化合物找新的能源途徑再次被提上了日程。在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家陸續(xù)出臺(tái)了轉(zhuǎn)化成小分子量的燃?xì)?、油或油脂液狀物及焦炭等小分子化合系列的城市垃圾管理?xiàng)l例,促使垃圾氣化技術(shù)重新得到重視成物。在垃圾燃燒氣化爐的特殊結(jié)構(gòu)條件下點(diǎn)燃?xì)饣癄t底周圍的為繼垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)后的研究新熱點(diǎn)垃圾氣化是把垃圾中的有垃圾(或助燃物)發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱量爐內(nèi)溫度隨之升高,機(jī)組分和水分通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化成CO、H2CH等清潔燃?xì)獾募计渖喜勘桓艚^空氣的、已干燥的垃圾與灼熱的碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng);術(shù)產(chǎn)生的氣體經(jīng)過濾、增壓等處理后可提供工業(yè)燃?xì)?供應(yīng)鍋爐、此時(shí)垃圾中的水分和有機(jī)碳發(fā)生反應(yīng),最后生成以一氧化碳?xì)涔峄驘犭姀S),也可作為居民生活用氣這樣可以代替價(jià)格不斷上氣和甲烷等為主體的燃料氣體。在過量空氣系數(shù)小于1的情況漲的化石類能源既實(shí)現(xiàn)了廢物利用,又保護(hù)了環(huán)境下,垃圾進(jìn)行不完全燃燒,產(chǎn)生的熱量使?fàn)t溫繼續(xù)升高加速反應(yīng)在過去的20年間,世界范圍內(nèi)些垃圾氣化處理項(xiàng)目已經(jīng)的進(jìn)行垃圾氣化過程是復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)主要發(fā)生有裂解反應(yīng)、經(jīng)過測(cè)試投入了實(shí)際運(yùn)行,如瑞土某公司研制的熱選式氣化爐、還原反應(yīng)、煤氣反應(yīng)等。美國(guó)某公司研制的有多個(gè)型號(hào)的沸騰床垃圾氣化爐、貝勒哥倫布?xì)饣橘|(zhì)可以是空氣、水蒸汽、富氧空氣等,用氧氣作氧化實(shí)驗(yàn)室(BCL)研制的外供熱式氣化爐等。劑時(shí),垃圾氣化得到的可燃?xì)怏w低位發(fā)熱量約為11000ym3,用我國(guó)的垃圾氣化技術(shù)雖然研究時(shí)間不長(zhǎng),但也取得了一系空氣作氧化劑時(shí)由于氮?dú)獾南♂屪饔?氣化得到的可燃?xì)怏w低列的進(jìn)展,開發(fā)了幾種適合我國(guó)實(shí)際情況的垃圾氣化處理技術(shù),如中科院廣州能源所進(jìn)行了通空氣作為氣化劑的下吸式氣化爐位發(fā)熱量約為5500J/m3,垃圾氣化后的燃?xì)鈿怏w組成一般比例為:CO%:50%、H2嫩果最佳所可燃?xì)鉄嶂禐?60從中國(guó)林業(yè)秤學(xué)研究院利3垃圾氣化中國(guó)煤化工CNMHG用流態(tài)化氣化爐處理城市生活垃圾反應(yīng)溫度為(600-750)℃垃圾熱分解氣化技術(shù)是指垃圾在缺氧的件下,高溫發(fā)生時(shí)所得煤氣熱值為(6500-7500)kJ/m3熱化學(xué)反應(yīng)制取可燃?xì)怏w的過程。在封閉的環(huán)境中高溫、高壓★來稿日期:2010-12-11*基金項(xiàng)目:江蘇省“青藍(lán)工程”項(xiàng)目資助(KYQ0906)242何慶等:垃圾氣化技術(shù)與設(shè)備研究第10期及較長(zhǎng)的駐留時(shí)間甚至可以摧毀最復(fù)雜的有機(jī)化合物而產(chǎn)生可3.1.3熱選式氣化技術(shù)回收利用的綜合性燃?xì)?。殘留的酸性氣體及易發(fā)散的金屬都在垃圾進(jìn)入氣化爐后,用大壓力的壓縮機(jī)將垃圾壓縮到原體工藝區(qū)內(nèi)加以處理回收重金屬成分可作為易管理的沉淀態(tài)加以積的15,并將空氣壓出爐外,氣化爐由600℃左右的高溫?zé)煔饧踊厥?氣化爐產(chǎn)生的燃?xì)饪捎糜谥苯佑米鞔妒录訜徨仩t或工業(yè)煤熱,垃圾在氣化爐內(nèi)停留幾秒后被壓向高溫反應(yīng)爐在其內(nèi)部發(fā)氣,也可用于生活區(qū)供熱或發(fā)電等廢物中的無機(jī)組分被熔化及生反應(yīng)生成燃?xì)獠⑴c氣化爐產(chǎn)生氣一起合成為粗制燃?xì)?然后淬硬而形成有用的建筑材料。進(jìn)入到爐溫為1200的可燃?xì)怏w改質(zhì)塔中進(jìn)行改質(zhì),在改質(zhì)塔氣化爐的主要形式有上吸式移動(dòng)床、下吸式移動(dòng)床門、循環(huán)中為了使焦油完全分解煙氣停留的時(shí)間要大于2s以上,再經(jīng)急流化床、噴流床型等按照氣化溫度,垃圾氣化可以分為低溫氣化劇冷卻和凈化后得到清潔燃?xì)?。其?未分解完全的爐渣再混同和高溫氣化技術(shù)。原料進(jìn)入爐內(nèi)進(jìn)行二次熔融氣化3.1低溫氣化技術(shù)32高溫直接氣化技術(shù)低溫氣化技術(shù)主要是利用垃圾所具有的熱能,對(duì)垃圾進(jìn)行經(jīng)過分析比較,高溫直接氣化可采用如圖3所示的設(shè)備進(jìn)熱化學(xué)處理。首先,垃圾在(450-600℃左右無氧或缺氧狀態(tài)下氣行。該爐區(qū)域劃分為:干燥區(qū)、熱分解氣化區(qū)、熔渣區(qū),由上至下三化產(chǎn)生可燃?xì)怏w,再將產(chǎn)生的可燃?xì)怏w冷卻、過濾,制成可燃?xì)鈧€(gè)區(qū)的溫度從(300-1800)℃。體,它主要包括以下三種技術(shù)。生活垃圾在300℃左右的干燥層受高溫?zé)煔獾念A(yù)熱作用,將3.1.1直接加熱氣化技術(shù)垃圾中的大部分水分蒸發(fā)掉;緩慢下降到溫度為(300-1000)℃的該氣化爐的主要特征是有機(jī)物料混合向下流動(dòng)(與氣體產(chǎn)熱分解氣化區(qū),此時(shí)垃圾中的有機(jī)物開始發(fā)生裂解反應(yīng)釋放出生逆向流動(dòng))通過高溫區(qū),發(fā)生氣化反應(yīng),物料由爐膛上部經(jīng)垃圾熱量,接著進(jìn)行還原反應(yīng),產(chǎn)生熱解氣,再經(jīng)進(jìn)一步的冷卻凈化給料機(jī)送入,爐底通入空氣,流化床內(nèi)保持高溫和還原性氣氛,垃處理便可作燃?xì)??；谝苿?dòng)狀態(tài)下,被迅速加熱和氣化,部分垃圾燃燒提供氣化所需要的熱量,爐渣等不燃物由爐底部排出,可燃?xì)庥蔂t頂排出,再經(jīng)過器冷卻、過濾就能得到可燃?xì)?如圖1所示可燃?xì)鉄峤鈿夥纸鈿鈎生活流化床于燥區(qū)垃圾氣化爐熱分解氣化區(qū)清區(qū)圖3高溫直接氣化爐示意圖垃圾的熱解氣化可有效控制二惡英的產(chǎn)生。該反應(yīng)是一個(gè)圖1直接氣化示意圖缺氧的過程,在垃圾熱解過程中二惡英生成的氧源就得到了控12間接加熱氣化技術(shù)制,熱解以后所產(chǎn)生的熱解氣體和裂解焦中的二惡英的含量都比垃圾首先在外熱式回轉(zhuǎn)窯內(nèi)干燥并部分熱解,然后進(jìn)入熱直接焚燒的方法要少得多。熱解氣化產(chǎn)生的燃?xì)膺M(jìn)人爐內(nèi)焚燒,分解爐內(nèi)進(jìn)行熱解如圖2所示。在氣化室內(nèi),1000右的高溫其溫度1000℃以上,此時(shí)熱解產(chǎn)物中含有的少量二惡英就會(huì)自空氣和垃圾組分混合反應(yīng),垃圾在缺氧的條件下不完全燃燒,其動(dòng)分解了,因此垃圾高溫氣化是可以有效控制二惡英的產(chǎn)生,以中的有機(jī)組分裂解并與水蒸汽、氧氣等發(fā)生一系列的連鎖反應(yīng),達(dá)到安全排放標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)生熔渣和以CO、H2、CH、N2、水蒸汽等為主的垃圾氣,該垃圾氣當(dāng)那些被干餾、熱解的垃圾殘留物或不可燃物(如玻璃、小部分作為氣化爐的燃料自用,其余部分經(jīng)過冷卻、過濾處理變石頭等)落入爐膛底部時(shí)又被攪拌器螺旋刀片攪動(dòng)松散、翻成以CO、H2、CH為主的清潔可燃?xì)夤┕I(yè)或居民生活使用;產(chǎn)轉(zhuǎn)不僅與限量空氣混合形成湍流加速燃燒氣化,而且更防止了生的熔渣由爐膛口排出,可用作建筑材料。這些垃圾殘留物結(jié)焦結(jié)塊,熔渣經(jīng)過螺旋排渣機(jī)構(gòu)排出爐外,可熱空氣直接用在建材方面。4結(jié)束語(yǔ)垃圾城市生活垃圾的氣化是一種新型的垃圾處理技術(shù)。與填埋、焚燒等常規(guī)垃圾處理方法相比,該技術(shù)更具有清潔環(huán)保性和可冷卻水槽持續(xù)性。中國(guó)煤化工它將生CNMHG燃性氣體),在消除垃圾污染的同時(shí),八坐能你?；罾鴼饣瘜?shí)驗(yàn)表明,圖2間接加熱氣化示意圖主要可燃?xì)獬煞轂镠2,CO,CH4,C2H4,CH等,氣化處理技術(shù)具有第10期機(jī)械設(shè)計(jì)與制造201年-10月 Machinery DesigManufacture243文章編號(hào):1001-3997(2011)0-0243-03從生產(chǎn)工廠的產(chǎn)出綜合效能到整廠綜合效能的研究於騫洪躍金士良(上海大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)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】為了研究一臺(tái)設(shè)備運(yùn)行性能,人們提出了設(shè)備綜合效能OFE。而為了研究生產(chǎn)系統(tǒng)(單元)中設(shè)備之間的關(guān)系,探討系統(tǒng)運(yùn)行性能的情況,2003年一些科研人員在OEE的基礎(chǔ)上提出了產(chǎn)出綜合效能OTE。在介紹一臺(tái)機(jī)器的設(shè)備綜合效能OEE和生產(chǎn)系統(tǒng)(單元)的產(chǎn)出綜合效能OTE的基礎(chǔ)之上,引出了制造型工廠的整廠綜合效能OFE的計(jì)算方法,并且通過 Witness仿真軟件建模和仿真來驗(yàn)證OFE計(jì)算方法的正確性,最后將其應(yīng)用在太陽(yáng)能電池制造廠的生產(chǎn)實(shí)際當(dāng)中。關(guān)鍵詞:產(chǎn)出綜合效能;整廠綜合效能; Witness建模仿真[Abstract] In order to study the operation performance of one equipment, overall equipment effectiveness(OEE )is put forward. Then in 2003, Huang mentioned OTE for peformance of system based on OEE fin order to study the relationship of equipment in manufacturing and discuss operation situation of the sys-tem. Then one calculation method for OFE of the manufacturing factory is put forward based on OverallThroughput Efectiveness(OtE )of manufacturing system (unit ) and Overall Equipment Efectiveness (OEE)of one machine, which correctness is verified through modeling and simulating with the help of witness andfactory forKey words: OTE: OFE: Modeling and simulation by witness中圖分類號(hào):TH16,TP186,TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A1引言O(shè)EE的這三個(gè)基本元素可以由以下公式計(jì)算得OEE到OTE是一個(gè)從設(shè)備到系統(tǒng)或單元的過程",類似的將在OTE的基礎(chǔ)上引出整廠綜合效能OFE( Overall Factory EfePNORXSR=ctiveness),從OTE到OFE是一個(gè)從系統(tǒng)或單元到整個(gè)制造廠的見“x過程。對(duì)于引入的OFE計(jì)箅公式我們將用 Witness仿真軟件進(jìn)行建模與仿真來驗(yàn)證它的正確性。最后將OFE應(yīng)用在實(shí)際工廠中。式中:T設(shè)備實(shí)際加工時(shí)間;7設(shè)備的停機(jī)時(shí)間;T設(shè)備計(jì)2設(shè)備綜合效能OEE劃工作時(shí)間或觀察時(shí)間;NOR一凈生產(chǎn)率SR一速度效率;OEE的計(jì)算公式或定義如下( Nakajima1988)T設(shè)備的生產(chǎn)時(shí)間;R。一設(shè)備的實(shí)際加工速度;R。設(shè)備OEF=A×PQ(1)的理論加工速度;P設(shè)備的合格品產(chǎn)出量;P。設(shè)備在觀式中:A一時(shí)間開動(dòng)率;察時(shí)間里加工數(shù)量。P性能開動(dòng)率;通過控制或改善其定義中的各參數(shù),可以提高一臺(tái)設(shè)備的Q質(zhì)量合格率。OEE值從而可以提高設(shè)備的合格品產(chǎn)出。*來稿日期:2010-12-10★基金項(xiàng)H:上海大學(xué)研究生創(chuàng)新基金SHCX102203201003)髙效的能源利用率和良好的環(huán)保特性,而且,成本低、污染小使報(bào),2002(2):260-264.用方便;垃圾氣化如與熔融技術(shù)相結(jié)合,可以使垃圾中有機(jī)成分[3]王華胡建抗無害化城市生活垃圾直接氣化熔融焚燒技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研被分解利用的同時(shí),又能消除二惡英等二次污染問題,因此有著究[門]工業(yè)加熱,2004(3):16-19廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。[4]汪群慧葉暾旻,谷慶寶固體廢物處理及資源化[M]北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004參考文獻(xiàn)[5]熊祖鴻,李海濱下蔣劍春戴偉弟城市垃圾氣化實(shí)驗(yàn)研究初探門可再生能源2003設(shè)備,2058):75YH把要m(8):14-17[6]王羅春,李雄趙由才污泥于化與焚燒技術(shù)M北京:冶金工業(yè)出版[2]王華何芳二惡英零排放生活垃圾氣化熔融制氣技術(shù)[門太陽(yáng)能學(xué)社,2010.