2003年6月鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)Jun. 2003第24卷第2期Jourmal of Zhengzhou University ( Engineering Science )Vol.24 No.2文章編號(hào):1671- 6833( 2003 )02-0105 - 03城市生活垃圾中可燃物的熱解特性實(shí)驗(yàn)分析王秋紅' ,熊祖鴻2 ,黃海濤2 ,李海濱?(1.華北水利水電學(xué)院動(dòng)力系,河南鄭州450045 2.中國科學(xué)院廣州能源研究所,廣東廣州510070 )摘要:從工業(yè)分析和熱解氣體組分等方面詳細(xì)討論分析了城市生活垃圾(MSW)洛可燃組分的熱解特性.從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知, 垃圾中各可燃物的組成及性質(zhì)存在很大的差異直接焚燒處理必然會(huì)對(duì)焚燒爐的設(shè)計(jì)帶來困難.熱解燃燒處理技術(shù)是-種更容易和更有效地控制固體垃圾給城市帶來的二次污染的技術(shù).關(guān)鍵詞:城市生活垃圾河燃物熱解特性中圖分類號(hào):x 705文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A品被分成兩類-類是可燃物,包括紙、布、塑料、食0引言品和橡膠:另-類是不可燃物質(zhì),包括土、玻璃和金垃圾是人類在日常生產(chǎn)生活中不可避免地產(chǎn)屬等.將可燃垃圾在溫度110 C下干燥2h測得其生的廢棄物.隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展人民生活含水量再進(jìn)-步處理成實(shí)驗(yàn)樣品.水平的提高, 廢棄物的產(chǎn)量日益增長,且成分也熱解實(shí)驗(yàn)在管式加熱爐里進(jìn)行實(shí)驗(yàn)中向管在發(fā)生變化.近年來我國的城市垃圾中,有機(jī)質(zhì)的式爐的高溫陶瓷管內(nèi)充氮?dú)猓孕纬啥栊詺怏w環(huán)含量明顯上升其中廢塑料、橡膠等增長顯著.這境.熱解產(chǎn)生的氣體再經(jīng)過GC- 20色譜分析儀些物質(zhì)在自然條件下分解緩慢,且密度小,體進(jìn)行分析，得出CO ,CO2 ,CH4 H2 ,C2H2 ,C2H,氣體積大.成分在不同溫度下的含量，從而計(jì)算出氣體熱值.傳統(tǒng)的垃圾處理方式主要以露天堆放或填埋氣體的熱值實(shí)際上是單位氣體產(chǎn)物中各種可為主這一方面會(huì)占用大量的寶貴土地,另一方面燃成分燃燒熱的總和亦即2]:還會(huì)對(duì)大氣、土壤和地下水造成嚴(yán)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、垃圾熱值的提高,2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析焚燒成為垃圾處理的主要方式之一.焚燒可使垃圾減容95% ,重量減少75% ~ 85% ,并可以利用2. l城市生活垃圾工業(yè) 分析結(jié)果討論其熱能來供熱和發(fā)電.但是垃圾焚燒存在許多問從表1中可以看出在相同條件下,不同垃圾題如劇毒含氯高分子化合物PCDD、PCDF。PCB,成分其揮發(fā)份含量、固定碳含量、灰含量及單位產(chǎn)(統(tǒng)稱二惡英類物質(zhì))以及含Hg、Pb的飛灰等造氣量是不相同的,且單位產(chǎn)氣量與揮發(fā)份含量不成大氣環(huán)境污染等1].曾有研究發(fā)現(xiàn)無論何種可存在正比例關(guān)系，如白塑料中的揮發(fā)份含量最燃物其氣體成分和熱值都較接近,因此認(rèn)為熱高達(dá)94.6% ,但其產(chǎn)氣量卻最小.這主要是因?yàn)榻夥贌^直接焚燒有利.白塑料熱分解過程中一方面大分子裂解成小分子解決城市垃圾問題,首先要對(duì)垃圾本身的性直至氣體另一方面又使小分子聚合成較大分子，質(zhì)作全面的了解.即部分揮發(fā)份又變成了較大分子的液體油份.熱解產(chǎn)物中碳含量多少視不同的熱解過程而定,因1實(shí)驗(yàn)部分為熱解產(chǎn)物的殘留物中含有鹵素、硫、氮,隨著溫實(shí)驗(yàn)樣品為城市生活垃圾,首先將原始垃圾樣度的提高這些成分更趨于表現(xiàn)為揮發(fā)份,使得垃收稿日期2003-01-29 ;修訂日期2002-03-21作者簡介王秋紅( 1973- )女河南省偃師市人華北水利水電學(xué)院助教碩士研究生主要從事熱能動(dòng)力及能源方106鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)2003年表1城市生活垃圾工業(yè)分析結(jié)果圾熱解產(chǎn)生更多的揮發(fā)性物質(zhì)相反低溫則增加Tab .1 Proximate analysis of MSW( municipal solid wastes )碳分的比例.單位產(chǎn)氣量/2.2城市 生活垃圾熱解氣體組分的分布樣品揮發(fā)份/%固定碳/% 灰份/%(ml g-1)垃圾中各可燃物的熱分解分兩個(gè)溫度段來討紙71. 8516.2011.90138.83布73. 6518.706.70172. 16論即低溫450 C以下和高溫850 C試樣約5 g.廚余45.5012.5041.75113.87通過各物質(zhì)在管式爐熱解后產(chǎn)生的氣體分析，對(duì)塑料53.7019.8026.6086.39各可燃物的熱解特性作進(jìn)一步的探討，分析結(jié)果草木63.6517.9518.40 .170.69 .橡膠49. 1519.2531.6087.72見表2.白塑料94.602.452.8545.65混合樣56.9026.90106. 64表2生活垃圾分 類樣品熱解氣體組分和產(chǎn)量Tab.2 Gases yield and distribution of lassified MSW pyrolysis組分的體積分?jǐn)?shù)/%樣品熱值(kJ m-3)產(chǎn)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絲織物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.從表2中數(shù)據(jù)可以看出盡管各種可燃物的保持氣體狀態(tài).木料在低溫和高溫階段產(chǎn)生的熱組成有很大的差異但其熱解氣的組成卻很相似.解氣體含量基本相等，這表明兩個(gè)溫度的熱解過除了塑料、白塑料、橡膠產(chǎn)氣量較低外其他物質(zhì)程是相似的只是在高溫階段產(chǎn)生出更多的熱解產(chǎn)氣量都很大,這是因?yàn)樗芰?、白塑料、橡膠為高氣體.分子化合物熱解后產(chǎn)生的揮發(fā)份部分轉(zhuǎn)化為焦從表2還可以得知橡膠的熱解氣體在低溫油的結(jié)果.廢紙的熱解氣體組分CO含量是最高和高溫兩個(gè)階段的熱值差別很小.橡膠的熱解氣的塑料和橡膠是最低的.食品、塑料、白塑料和體在低溫和高溫兩個(gè)階段除了CO2的含量差別木料產(chǎn)生的熱解氣H2和CH4含量較高而布產(chǎn)生很大外其它組分的差別很少但由于在高溫階段的熱解氣H2和CH含量很低.木料和紙產(chǎn)生的產(chǎn)生出更多的熱解氣體,因而熱解氣體的總熱值熱解氣中C2H4和CH6含量比其它種類要低,而在高溫階段還是增加的.由以上分析可推斷熱塑料產(chǎn)生的熱解氣C2H4和C2H6含量是最高的.解只有達(dá)到高溫階段才是完整的,木料和橡膠的由此可分析出木料和紙的熱值與其它種類相比有熱解過程與溫度無關(guān)只與熱解時(shí)間有關(guān).很大差別的原因.以上所有分析都表明城市固體垃圾的成分從表2也可知幾乎所有的樣品都是在高溫多樣,且每種成分都有自己的熱解特性這意味著階段產(chǎn)生出大部分熱解氣體而白塑料在低溫和不能把城市固體垃圾看作是-種單一的可燃物進(jìn)第2期王秋紅等城市生活垃 圾中可燃物的熱解特性實(shí)驗(yàn)分析107固體垃圾處理技術(shù)在這種技術(shù)中熱解和燃燒是化學(xué)過程.在這個(gè)反應(yīng)中將出現(xiàn)有機(jī)物斷鏈、異分兩個(gè)階段進(jìn)行的.首先,城市固體垃圾經(jīng)熱解構(gòu)等反應(yīng)其熱解的中間產(chǎn)物一方面進(jìn)行大分子產(chǎn)生可燃?xì)怏w,這種成分比較一致的熱解氣體再裂解成小分子直至氣體的過程,另-方面又使小經(jīng)燃燒;另-方面熱解過程需要的熱量可從燃燒分子聚合成較大的分子.階段的放熱反應(yīng)供給.垃圾中各種可燃物的組成及性質(zhì)的很大差異必然會(huì)對(duì)直接焚燒爐的設(shè)計(jì)帶來困難,但由于它3結(jié)論們的熱解具有共性,因此可以設(shè)想垃圾熱解后再由城市生活垃圾的工業(yè)的分析可知,物料含焚燒將會(huì)大大提高垃圾的利用率.有較多的揮發(fā)分.對(duì)垃圾中的可燃物其主要構(gòu)參考文獻(xiàn):成是碳水化合物.相對(duì)于煤等固體燃料而言垃圾可燃物是一種非常雜亂的松散結(jié)構(gòu)具有比煤[ 1] OLIE K ,VERMEULEN P L HUTZINGER 0. Chlorodiben-更多的長側(cè)鏈,因而其熱解的反應(yīng)活性在較低溫zo- p - dioxins and chlorodibenzofurans are trace compo-度時(shí)就可顯示出來.而且,由于垃圾可燃物元素nents of fly ash and flue gas of some municipal incinerators中含有較多的氧元素氫元素相對(duì)較少所以其揮in the Netherland[ J ]. Chemosphere ,1997 6( 8 ):455 ~459.發(fā)物的熱值較低.垃圾熱解過程是一個(gè)復(fù)雜的、同時(shí)的、連續(xù)的[2] 王中民.城市垃圾處理與處置[ M].北京:中國建筑工業(yè)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