生活垃圾热解技术

生活垃圾热解技术

本期目录

综述

• ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 1 政策、标准

•国外相关法律法规 ---------------------------------------------------------------------------------- 13 新闻动态

• ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 1 院内信息

•科技管理 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 18

•标准管理 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 19

综述

定义

热解(Pyrolysis)就是指生活垃圾在没有氧化剂(空气、氧气、水蒸气等)存在或只提供有限氧的条件下,加热到逾500℃,通过热化学反应将生物质大分子物质(木质素、纤维素与半纤维素)分解成较小分子的燃料物质(固态炭、可燃气、生物油)的热化学转化技术方法。

通式

有机固体废物(H2、CH4、CO、CO2等)气体＋(有机酸、焦油等)有机液体＋碳黑＋炉渣

产物

热解的产物主要有可燃气、生物油与固体黑炭。

可燃气(合成气)可用于民用炊事与取暖,烘干谷物、木材、果品、炒茶,发电,区域供热,工业企业用蒸汽等。在生物质能开发水平较高的国家,还用气化燃气作化工原料,如合成甲醇、氨等,甚至考虑作燃料电池的燃料。

生物油就是高能量载体,基本上不含硫、氮与金属成分,就是一种绿色燃料。

固体黑炭可用作工业燃料,制作碳基肥,改善土壤性能等。

优势

1、由于就是缺氧分解,排气量少,有利于减轻对大气环境的二次污染;

2、废物中的硫、重金属等有害成分大部分被固定在固体炭黑中;

3、由于保持还原条件,Cr3+不会转化为Cr6+;(4)NO x的产生量少。

原理

从化学反应的角度对热解进行分析,生物质在热解过程中发生了复杂的热化学反应,包括分子键断裂、异构化与小分子聚合等反应。木材、林业废弃物与农作物废弃物等的主要成分就是纤维素、半纤维素与木质素。热重分析结果表明,纤维素在52℃时开始热解,随着温度的升高,热解反应速度加快,到350~370℃时,分解为低分子产物,其热解过程为:

(C6H10O5)n→nC6H10O5

C6H10O5→H2O+2CH3-CO-CHO

CH3-CO-CHO+H2→CH3-CO-CH2OH

CH3-CO-CH2OH+H2→CH3-CHOH-CH2+H2O

半纤维素结构上带有支链,就是木材中最不稳定的组分,在225～325℃分解,比纤维素更易热分解,其热解机理与纤维素相似。

从物质迁移、能量传递的角度对其进行分析,在生物质热解过程中,热量首先传递到颗粒表面,再由表面传到颗粒内部。热解过程由外至内逐层进行,生物质颗粒被加热的成分迅速裂解成木炭与挥发分。其中,挥发分

由可冷凝气体与不可冷凝气体组成,可冷凝气体经过快速冷凝可以得到生物油。一次裂解反应生成生物质炭、一次生物油与不可冷凝气体。在多孔隙生物质颗粒内部的挥发分将进一步裂解,形成不可冷凝气体与热稳定的二次生物油。同时,当挥发分气体离开生物颗粒时,还将穿越周围的气相组分,在这里进一步裂化分解,称为二次裂解反应。

分类

根据反应条件与控制参数的不同,生物质热解工艺基本上可以分为慢速热解(炭化,carbonization)、快速热解(液化fast pyrolysis)、气化(gasification)、烘培(torrefaction)等。

工艺

城市垃圾常见的热解工艺包括:

(1)新日铁系统

该系统就是将热解与熔融一体化的设备,通过控制炉温与供氧条件,使垃圾在同一炉体内完成干燥、热解、燃烧与熔融。干燥段温度约为300℃,热解段温度为300～1000℃,熔融段温度为1700～1800℃,可燃烧性气体热值6276-10460 kJ/m3。投料口采用双重密封阀结构,可燃性气体导入二燃室进一步燃烧.并利用尾气的余热发电。灰渣中残存的热解固相产物——炭黑与从炉下部通入的空气在燃烧区发生燃烧反应,通过添加焦炭来补充碳源。

图1新日铁系统工艺流程图

(2)Purox系统

又称为U、C、C、纯氧高温热分解法,采用竖式热解炉,破碎后的垃圾从塔顶投料口进入.依靠垃圾的自重在由上向下移动的过程中,完成垃圾的干燥与热解。底部燃烧温度:1650℃。

该系统主要的能量消耗就是垃圾破碎过程与1t垃圾热解需要的0、2t氧气的制造过程。该系统每处理1kg 垃圾可以产生热值为11168kJ/m3的可燃性气体0、712m3,该气体以90％的效率在锅炉中燃烧回收热量,系统总体的热效率为58％。

图 2 Purox系统工艺流程图

(3)Torrax系统

由气化炉、二燃室、一次空气预热器、热回收系统与尾气净化系统构成。垃圾不经预处理直接投入竖式气化炉中。垃圾干燥与热解所需的热量由炉底部通入的预热至1000℃的空气与炭黑燃烧提供。二次燃烧室温度1400℃,出口气体温度1150～1250℃。

垃圾热值的大约35％用于助燃空气的加热与设施所需电力的供应,提供给余热锅炉的热量达57％,即相当