第36卷第4期西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)Vol 36 No 42004年12月Xi'an Univ. of Arch. & Tech (Natural Science Edition)Dec.2004生活垃圾的熱解試驗(yàn)李琦,徐德龍,李輝,肖國先,王堤,吳華夏(西安建筑科技大學(xué)粉體工程研究所,陜西西安710055)摘要:利用實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的試驗(yàn)裝置實(shí)施了垃圾中溫?zé)峤庠囼?yàn),在400至600℃的條件下熱解混合有機(jī)垃圾.經(jīng)測定,熱解產(chǎn)生的半焦熱解達(dá)22460kJ/kg,同時(shí)產(chǎn)生了熱解氣體其熱值大約在21000kJ/m3以上,以及含水焦油的熱值近1500kJ/kg.熱解半焦因其影響熟料燒成的有害成份少又易于加工,可作為替代燃料用于水泥熟料鍛燒,熱解氣體和焦油可作燃料使用為熱解提供熱量.關(guān)鍵詞:熱解;半焦;城市生活垃圾中圖分類號(hào):X705文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-7930(2004)04-047903Research on the pyrolysis of MSWli Qi, XU De-long, LI Hui, XIAO Guo-rian, WANG Ti, wu hua-xia(Institude of Powder Eng. Xi'an Univ. of Arch. & Tech, Xi'an 710055, China)Abstract: An experimental project was carried out to dispose solid waste by thermal decomposition, using laboratoryfacilities. The tests were conducted under temperature ranging from 400 to 600C and decomposed solid organic wastemixture of various sources. Measurements indicated that the half-coke produced from thermal decomposition had theheat content of 22460kJ/kg. At he same time. the gases from thermal decomposition had the calorific value of about21000kJ/m". And the heat content in the water-containing-tar produced was about 15000kJ/kg. The thermal-derivedhalf-coke may be used as fuel because clinker firing for its constituents that are harmful to cement is minor and it iseasily handled by conventional jet burners. The thermal decomposed gases and water-containing tar may be used asuel to offer heat for the thermal processKey words pyrolysis; char from the mixed organic solid waste: MSW隨著城市化進(jìn)程的加快,生活垃圾旳產(chǎn)生量逐年增加,傳統(tǒng)旳垃圾墳埋和焚燒處理技術(shù)很難適應(yīng)對(duì)環(huán)境保護(hù)和能量利重要用日益嚴(yán)格的要求,外熱式垃圾熱解技術(shù)可以有效解決環(huán)境污染和能量利用的問題,是垃圾處理技術(shù)的研究和發(fā)展方向112.熱解法雖可得到有利用價(jià)值的中間原料,長期以來熱解產(chǎn)物的利用主要集中在熱解氣和焦油方面,而熱解半焦合理利用的研究卻很少.利用方式之一是將熱解產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為一種穩(wěn)定的儲(chǔ)存性能源,如單純的制氣和制油,實(shí)踐證明都不很成功;再次是將熱解產(chǎn)物進(jìn)一步燃燒,但該法和垃圾焚燒一樣都存在余熱利用的問題,一般的辦法是進(jìn)行余熱發(fā)電,而熱效率仍然很低.水泥工業(yè),尤其是以新型干法水泥工藝為標(biāo)志的現(xiàn)代水泥工業(yè)在生活垃圾處理方面具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),其水泥煅燒系統(tǒng)不僅可以處理多種有害氣體和重金屬,且在使用燃?xì)?、燃油和低熱值燃料?80西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第36卷面有著成熟的經(jīng)驗(yàn).因此,將垃圾熱解,利用其熱解產(chǎn)物,尤其是利用熱解半焦作為水泥工業(yè)燃煤的替代燃料具有廣闊的應(yīng)用前景.為此進(jìn)行了垃圾熱解試驗(yàn).1混合垃圾試樣的?；捎谠煞輳?fù)雜,且隨季節(jié)和氣候的改變而波動(dòng)很大,為了使研究結(jié)果更具有普遍性和代表性,并考慮我國的實(shí)際情況和熱解必要的預(yù)處理方式,參考上海市1998年燃?xì)獾貐^(qū)生活垃圾組成(見表1)2,以除去垃圾中的無機(jī)物成份、廚余和果皮的混合垃圾作為?；??；煞菀姳?,垃圾的原始物理組份的工業(yè)分析和熱值見表3.表1上海市1998年生活垃圾成份表Tab. 1 Constituents in MSw of Shanghai in 1998含量余果皮紙類布類塑膠竹木金屬玻璃渣石合計(jì)53.2314.100.732熱解試驗(yàn)裝置及方案表2模化生活垃圾成份表Tab 2 Mode Constituents of Msw本次試驗(yàn)的熱解反應(yīng)器為立式固定床熱含量紙類布類塑料橡膠木材合計(jì)解爐,其加熱方式采用外熱式中溫?zé)峤?熱解%34.57.535.317.75試驗(yàn)系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成:垃圾熱表3垃圾組份的工業(yè)分析和熱值表解裝置、氣體和焦油冷卻裝置、氣體水洗裝Tab. 3 Analysis of Wastes constituents and calorific value置.熱解試驗(yàn)系統(tǒng)見圖1.應(yīng)用基重量/%本試驗(yàn)中垃圾由頂部加入,熱解氣體從垃圾組份水份揮發(fā)份固定碳灰份熱值/kJ·kg頂部引出,熱解半焦由爐底排出紙類5.9781.1211.481.4316750熱解爐爐體內(nèi)徑170mm,高1400mm,布類084.343.462.2其中加熱段750mm,采用上下三組電阻絲穿塑料0.2098.540.072570橡膠1.2083.984.949.8323260繞在碳化硅耐火材料內(nèi),熱解溫度經(jīng)插入物木類20.0067.89--1.310.808610料中的熱電偶回饋后由溫控儀控制熱解氣體的冷凝裝置為蛇形銅管式換熱熱解氣佧器,底部裝有S形焦油和蒸氣收集器,氣體冷卻采用循環(huán)冷卻水間接冷卻.熱解氣體氣體瞬時(shí)流量的測定由流量計(jì)完成,累計(jì)流量通過一定間隔的瞬時(shí)流量累計(jì)計(jì)算得不同溫度下混合垃圾的熱解產(chǎn)物魯<⑧出.氣體采樣通過采氣袋獲得3試驗(yàn)結(jié)果3.1熱解產(chǎn)物↓焦出4.從上表可以看出,隨著熱解溫度的提高,?；蛦谓M份基本遵循同樣的規(guī)律,即熱1.溫控儀2.熱電偶3.加熱電阻爐4.冷卻水箱5.冷凝管6.焦油和水排除7.洗氣水箱8流量計(jì)解氣體產(chǎn)量上升,焦油和半焦產(chǎn)量下降圖1熱解試驗(yàn)裝置示意圖3.2熱解氣體for thermal decomposition tests不同熱解溫度時(shí)?；臒峤饫塾?jì)產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率分別見圖2和圖3.熱解氣體的成份分析見表5由表5可以看岀:?；措S著溫度升高,熱解氣體中CO2含量降低,H含量增加第4期李琦等:生活垃圾的熱解試驗(yàn)481表4熱解產(chǎn)物匯總表Tab. 4 A summary of products from thermal decomposition450T=600400熱解產(chǎn)物減重=350|-△-r-400熱解溫度焦油和水氣體半焦kg·kg/m3·kg-/kg·kg二‘250400C0.137500C0.2450.29350的△600C0.2180.4020.25874.2表5熱解氣體的成分分析100Tab. 5 constituents in thermal de composed gas加熱時(shí)間min熱解溫加熱時(shí)氣體成份/%熱值度/C間/ min CO2 CH CO CH1H2/kJ·m-3圖2?；a(chǎn)氣量變化圖4027.913.820.129.58.7215042 Model variation in gas yields from10016.617.21637.812.426206wastes decomposition7013.813.86.847.917.7273027010.714.96.741.526.226543魯一r=5001016.4640.726.927081117.321.226.434.15251911000.619,217.721,740.8248583表6不同溫度下?；鵁峤饨褂蜔嶂捣治鯰ab. 6 Analysis of calorific value of the thermal decomposedtar from model Wastes at three temperature levels020406080100120|40熱解終溫/C加熱時(shí)向/min400焦油熱值/KJ·kg-11449014670149403.4熱解半焦圖3模化垃圾氣體產(chǎn)率變化圖?；诓煌瑴囟认聼峤獍虢沟墓I(yè)分析和熱Fig 3 Model variation in gas yields fromr unit值分析見表7,半焦灰份分析見表8表7熱解半焦的工業(yè)分析和熱值表4結(jié)論Tab. 7 Analysis of constituents and heatcontent and thermal decomposed half-coke①隨著熱解爐內(nèi)熱解溫度上升,?；a(chǎn)氣量增加當(dāng)熱解終溫由0提高至60c熱解溫度灰分/%揮發(fā)分%園定碳%熱值時(shí),氣體產(chǎn)量由137l/kg增至402l/kg;氣體中400c39.1618880可燃?xì)怏w含量增加,熱值開始呈上升趨勢,隨溫9.3222.9923200度繼續(xù)升高,氣體熱值隨即出現(xiàn)波動(dòng),大約在600C59.7221000~28000kJ/m3之間表8熱解半焦的灰分分析②氣體各成份隨溫度升高也呈現(xiàn)出規(guī)律性ab8 Analysis of constituents of the ash的變化,氣體中CO2含量顯著降低,至600C時(shí)in the thermal decomposed half coke近乎為零,CnH含量先增后減,CO含量也有顯S2 AlO Fe, O3 Ca mgo K,o nao全SC其它著下降,CH的含量呈先增后減的趨勢,而H222.2012.127.4941.785.180.790.862.770.396.42的含量增加迅速⑧熱解半焦的產(chǎn)量隋熱解溫度卜升昴著下降,由0,402kg/kp降至0.58kg/kg,半焦組成中灰份先第4期劉淑茹等:陜西省經(jīng)濟(jì)增長方式轉(zhuǎn)變的量化綜合評(píng)估497效益和生態(tài)環(huán)境,但其評(píng)估分值隨時(shí)間推移也呈遞減變化,應(yīng)引起政府有關(guān)部門的高度重視;(4)從總體看,陜西省經(jīng)濟(jì)增長方式轉(zhuǎn)變的綜合評(píng)估分值很低,距離目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)差距仍很大為了便于政府有步驟地推進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長方式轉(zhuǎn)變這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),根據(jù)事物不斷發(fā)展論和發(fā)展階段論,在此將經(jīng)濟(jì)增長方式劃分為高度粗放增長階段、中度粗放增長階段、低度粗放増長階段、準(zhǔn)集約增長階段(見下表2).當(dāng)綜合評(píng)分值達(dá)到100%,即達(dá)到集約增長階段,實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)增長方式由粗放型向集約型的轉(zhuǎn)變(當(dāng)然,經(jīng)濟(jì)增長方式轉(zhuǎn)變是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、相對(duì)的過程,當(dāng)轉(zhuǎn)變目標(biāo)實(shí)現(xiàn)之后,仍要不斷推進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長質(zhì)量與效益的提高).據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)可以看岀,陜西省經(jīng)濟(jì)增長方式目前處于中度粗放階段,接近低度粗放增長階段的下限,經(jīng)濟(jì)增長的粗放程度仍很高.目前的目標(biāo)應(yīng)是推進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長方式由中度粗放增長階段向低度粗放增長階段過渡表2經(jīng)濟(jì)增長方式轉(zhuǎn)變的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)Tab. 2 The Judgment standard for the changing way of the economic increase綜合評(píng)估分值/%評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)高度粗放度粗低度粗放準(zhǔn)集約增長階段增長階段增長階段增長階段在中度粗放階段,由于受發(fā)展階段的制約,科技水平落后,科技對(duì)經(jīng)濟(jì)增長的貢獻(xiàn)低:經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不合理,資源利用率低,宏微觀經(jīng)濟(jì)效益差;經(jīng)濟(jì)增長速度較高,但其增長的穩(wěn)定性差,經(jīng)濟(jì)增長旳社會(huì)效益不穩(wěn)定等.因而,在這一階段政府的主要任務(wù)應(yīng)是加速完成經(jīng)濟(jì)體制的轉(zhuǎn)變,建立健全市場化機(jī)制;大力推進(jìn)企業(yè)改革,建立現(xiàn)代企業(yè)經(jīng)營機(jī)制;轉(zhuǎn)變政府職能,加強(qiáng)和改善宏觀調(diào)控;大力發(fā)展科學(xué)技術(shù)及教育事業(yè),加快人力資源開發(fā),促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長方式的轉(zhuǎn)變;大力調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),提高資源配置效率;采取有力措施縮小地區(qū)發(fā)展不平衡;擴(kuò)大對(duì)外開放,提高對(duì)外開放水平等.同時(shí),由于我國經(jīng)濟(jì)目前正處于轉(zhuǎn)軌時(shí)期,產(chǎn)業(yè)、部門、地區(qū)等經(jīng)濟(jì)發(fā)展很不平衡,政府在具體推動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長方式轉(zhuǎn)變時(shí),應(yīng)因地制宜,實(shí)行差別化戰(zhàn)略.在轉(zhuǎn)變條件具備的地區(qū)、部門、產(chǎn)業(yè),應(yīng)積極全面推動(dòng)經(jīng)濟(jì)集約型增長,在條件不完全具備的地區(qū)、部門和產(chǎn)業(yè),適當(dāng)允許經(jīng)濟(jì)粗放型增長,并積極創(chuàng)造條件,經(jīng)過一個(gè)過渡時(shí)期,最終實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的全面集約型增長參考文獻(xiàn)1]馬成文:農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)增長方式轉(zhuǎn)變的檢測研究[].經(jīng)濟(jì)理論與經(jīng)濟(jì)管理,1999,(1):69-712]文兼武,余芳東經(jīng)濟(jì)增長質(zhì)量的中外比較[冂].統(tǒng)計(jì)研究,1998,(5):30-33.[3]國家統(tǒng)計(jì)局.中國統(tǒng)計(jì)年鑒[M].北京:中國統(tǒng)計(jì)出版社,2002[4]劉洪.國際統(tǒng)計(jì)年鑒[M].北京:中國統(tǒng)計(jì)出版社,19995]《陜西統(tǒng)計(jì)年鑒》編委會(huì).陜西統(tǒng)計(jì)年鑒[M].北京:中國統(tǒng)計(jì)岀版社,200(編輯白茂瑞)(上接第481頁)①熱解焦油產(chǎn)量隨熱解溫度提高顯著減少,含水焦油的熱值一般在14490~14940kJ/kg參考文獻(xiàn)Ⅰ」國家環(huán)境保護(hù)局污染控制司.堿市固體廢物管理與處理處置技術(shù)[M].北京:中國石化岀版社,2002]聶永豐.三廢處理工程技術(shù)手冊(固體廢物卷)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,20003]張益,趙由才.生活垃圾焚燒技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,20004]胡宏泰朱祖培,陸純暄.水泥制造與應(yīng)用[M].濟(jì)南:山東科學(xué)技術(shù)出版社,194.