城市生活垃圾處理畢業(yè)論文

1、 第1章 緒論1.1 城市生活垃圾的現(xiàn)狀城市生活垃圾是指在城市日常生活中和為日常生活提供服務(wù)的活動(dòng)中產(chǎn)生的固體廢棄物。包括一般性垃圾、人畜糞便、廚房廢物、污泥、垃圾殘?jiān)突覊m等固體物質(zhì)。隨著城市建設(shè)的發(fā)展和居民生活水平的提高，我國城市生活垃圾產(chǎn)生量與日俱增。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國城市居民每人每日平均產(chǎn)生垃圾1.2kg左右，自1979 年以來，我國城市生活垃圾平均以每年8.98% 的速度增長，2005年城市生活垃圾產(chǎn)生量已達(dá)1.52億噸，預(yù)計(jì)到2010年將達(dá)到3.1億噸1。城市生活垃圾帶來的危害很多。一是垃圾露天堆放，產(chǎn)生大量氨、硫化物等有害氣體，嚴(yán)重污染空氣；二是垃圾堆中的病原微生物、重金屬和有機(jī)污染物

2、，經(jīng)雨水滲入地下水或進(jìn)入地表水，造成水體污染；三是垃圾場往往是蚊、蠅、蟑螂和老鼠的孽生地，對(duì)居民生存環(huán)境造成嚴(yán)重危害；四是垃圾堆長時(shí)間堆放會(huì)形成甲烷氣體厭氧環(huán)境，易發(fā)生爆炸事故。近幾年來隨著我國城市生活水平的提高，城市生活垃圾的構(gòu)成及特性也發(fā)生了很大的變化。城市生活垃圾中有機(jī)成分占總量的60，無機(jī)物約占40，其中廢紙、塑料、玻璃、金屬、織物等可回收物約占總量的20。從成分構(gòu)成看，城市生活垃圾中的有機(jī)物含量及熱值較高，可以考慮能量轉(zhuǎn)化收集；而廢紙、金屬、玻璃、塑料等廢棄物是可以循環(huán)利用的再生資源。1.2 生活垃圾處理的方式城市生活產(chǎn)生垃圾的總量逐年上升，并且其種類和成分都在愈發(fā)的復(fù)雜和難以用常規(guī)

3、方式無害化處理?，F(xiàn)有的城市垃圾處理方式有：焚燒、填埋、壓縮處理、生物降解堆肥等。1.2.1 垃圾填埋將生活垃圾直接填埋在土地中?？梢岳酶鞯厮芴峁┑幕A(chǔ)條件，采用不同的填埋方式，滿足作業(yè)和消納的要求。垃圾填埋既可以處理城市的混合垃圾，也可以消納其他廢物處理工藝的剩料和不能再回收利用的廢物。垃圾衛(wèi)生填埋由于技術(shù)工藝簡單、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)被國內(nèi)外廣泛采用。隨著城市垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)的不斷應(yīng)用，其二次污染問題也越來越引起人們的重視。填埋場在使用過程中及封場后相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量填埋釋放物(滲濾液和填埋氣體)，它們對(duì)環(huán)境的即時(shí)和潛在危害很大。如不妥善處理，污染將持續(xù)幾十年甚至上百年，會(huì)對(duì)周圍的大

4、氣、土壤和水體造成嚴(yán)重危害。美國的臘芙運(yùn)河公害事件，就是填埋場二次污染事件，其危害人們至今記憶猶新。國內(nèi)近些年來垃圾填埋場爆炸事故不斷發(fā)生，已成為一個(gè)突出的社會(huì)問題。填埋場一般離城市較近，隨著城市化范圍的擴(kuò)大，填埋場帶來的景觀問題也日趨尖銳，成為困擾城市發(fā)展的焦點(diǎn)問題之一。因此采取有效措施防治二次污染，使填埋的垃圾及其產(chǎn)物與周圍的土壤、水體隔離，減少其對(duì)周圍環(huán)境的污染，并妥善進(jìn)行封場處理，具有重要的實(shí)際意義。是在填埋場建設(shè)和填埋操作中為防止和減少填埋釋放物對(duì)周圍環(huán)境的二次污染所必須著眼的問題及應(yīng)采取的措施。1.2.2 壓縮處理對(duì)于一些密度小、體積大的城市垃圾，經(jīng)過加壓壓縮處理后可以減小體積，便

5、于運(yùn)輸和填埋。有些垃圾經(jīng)過壓縮處理后，可成為高密度的惰性材料和建筑材料。1.2.3 垃圾堆肥生活垃圾堆肥作為生活垃圾處理的一項(xiàng)重要手段，以其無害化程度較高、減量化效果較為明顯、可以最大限度地實(shí)現(xiàn)生活垃圾處理資源化的特點(diǎn)，在我國目前經(jīng)濟(jì)條件下得到了較為廣泛的應(yīng)用。同時(shí)堆肥處理后產(chǎn)生的副產(chǎn)品垃圾堆肥，可以返回大自然作為一種資源在農(nóng)業(yè)和園林方面使用，符合當(dāng)今世界可持續(xù)發(fā)展的總體戰(zhàn)略，所以受到了越來越多的重視。但是垃圾堆肥實(shí)際運(yùn)行起來卻困難重重，原因主要有以下幾條：（1）對(duì)垃圾堆肥處理技術(shù)的定位不準(zhǔn)，認(rèn)識(shí)上存在誤區(qū)；（2）對(duì)堆肥工藝選擇不切合實(shí)際；（3）堆肥運(yùn)行成本偏高；（4）堆肥原料仍以混合垃圾為主

6、，堆肥質(zhì)量不高；（5）堆肥產(chǎn)品的市場尚未打開；（6）政府對(duì)于堆肥處理方式的關(guān)注和支持不夠。因此，國內(nèi)對(duì)生活垃圾的處理方式仍然欠缺一種比較經(jīng)濟(jì)合理的辦法，并且能夠滿足垃圾的減量化、無害化以及資源化。1.2.4 垃圾焚燒將生活垃圾直接以氧化燃燒的方式處理，垃圾焚燒后產(chǎn)生的熱能，可用來生產(chǎn)蒸汽或電能，也可用于供暖或生產(chǎn)的需要。根據(jù)計(jì)算，每5噸的垃圾，可節(jié)省1噸標(biāo)準(zhǔn)燃料。不過垃圾焚燒工廠必須配備消煙除塵裝置，以降低向大氣排放的污染物質(zhì)。雖然焚燒是一種減少城市固體垃圾重量和體積的有效方法，但由于城市固體垃圾的成分相差很大，其焚燒操作方法較為復(fù)雜，并且通常的焚燒方法易于形成有害物質(zhì)，容易產(chǎn)生二次污染，人們

7、發(fā)現(xiàn)在垃圾的焚燒過程中產(chǎn)生大量的有毒物質(zhì)，其中最為危險(xiǎn)的當(dāng)屬被國際組織列為人類一級(jí)致癌物中毒性最強(qiáng)的二惡英（DIOXINs，DXNs）。二惡英主要是由垃圾中的塑料制品焚燒產(chǎn)生，它不僅具有強(qiáng)致癌性，而且具有極強(qiáng)的生殖毒性、免疫毒性和內(nèi)分泌毒性，并且越來越多的研究顯示，其對(duì)人類的遠(yuǎn)期危害遠(yuǎn)比我們目前掌握的情況嚴(yán)重。這種比氰化鉀毒性還要大1千多倍的化合物由于化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，親脂性高，又不能生物降解，因而具有很高的環(huán)境滯留性。無論存在于空氣、水還是土壤中，它都能強(qiáng)烈地吸附于顆粒上，借助于水生和陸生食物鏈不斷富集而最終危害人類。因此，世界各國已經(jīng)逐漸關(guān)停垃圾焚燒設(shè)備，改用其他方式處理生活垃圾。1.2.5

8、垃圾熱解對(duì)于之前提到的幾種城市生活垃圾的主要處理方法，都存在其自身的缺陷，因而無法完全滿足城市生活垃圾的減量化、無害化以及資源化處理。針對(duì)這些情況，垃圾的缺氧高溫?zé)峤馓幚沓蔀榱私陙沓鞘猩罾幚硌芯康囊淮蠓较?。熱解處理是把固體廢棄物在無氧或貧氧條件下加熱到一定溫度，用熱能使化合物的化合鍵斷裂，由大的相對(duì)分子質(zhì)量的有機(jī)物轉(zhuǎn)化成能源產(chǎn)品的中間產(chǎn)物，即小的相對(duì)分子質(zhì)量的可燃?xì)怏w、液體燃料和焦炭的過程，是一種非常有效的資源化處理方式。實(shí)現(xiàn)快速、顯著減容的同時(shí)，對(duì)廢物中有機(jī)成分加以充分利用。熱解過程是一個(gè)吸熱反應(yīng)，產(chǎn)物有液態(tài)焦油、固態(tài)焦炭和燃料氣等，有的也稱熱解為“干餾” 。與生化法相比，熱化學(xué)處理

9、優(yōu)勢(shì)在于處理周期短、占地面積小、可實(shí)現(xiàn)最大程度的減容、延長填埋場使用壽命，且對(duì)廢物的適用范圍更廣泛。從能源回收和污染控制等方面綜合比較，熱解比焚燒處理更為有利 ，因?yàn)闊峤庠谌毖趸驘o氧條件下進(jìn)行的，產(chǎn)生二次污染要比焚燒少得多，而熱解生成氣或液體燃料在空氣中燃燒與固體廢物直接燃燒相比，不僅燃燒效率高，所引起的大氣污染也低。熱解是任何熱化學(xué)處理過程的必經(jīng)階段，同時(shí)熱解作為一種獨(dú)立的固體廢物熱化學(xué)處理技術(shù)近年來也得到了一定程度的發(fā)展 。熱解氣是熱解過程的重要產(chǎn)物之一，研究影響熱解產(chǎn)氣的因素以及產(chǎn)氣成分和氣體熱值的變化對(duì)研究固體廢物熱解處理技術(shù)具有重要的意義2。第2章 實(shí)驗(yàn)設(shè)備2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備結(jié)構(gòu) 2.

10、1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備的材料本試驗(yàn)所使用儀器、設(shè)備均由自行設(shè)計(jì)，高溫?zé)峤馊萜魇褂媚透邷靥胤N不銹鋼制造，保證試驗(yàn)高溫加熱過程中，設(shè)備可以正常運(yùn)行，保持完整、不變形。設(shè)備的其余部分，如氣體管道、冷卻循環(huán)水、冷卻水套、循環(huán)水箱以及焦油收集罐均由普通不銹鋼制成，在滿足試驗(yàn)要求的情況下，盡量降低制造試驗(yàn)裝置的資金開銷。試驗(yàn)中使用的濕式氣體流量計(jì)為防腐型，因?yàn)樵囼?yàn)的熱解氣體中含有的酸性物質(zhì)，雖然在進(jìn)入流量計(jì)之前已經(jīng)通過NaOH溶液的吸收，但是仍然不能徹底予以去除。所以必須使用防腐的型號(hào)。裝置的氣體管道接頭、熱解容器的密封頂蓋、焦油采集罐與系統(tǒng)的連接處均需要嚴(yán)格按要求進(jìn)行密封。氣體管道接頭、焦油采集罐與系統(tǒng)的連接

11、處采用法蘭連接，另外在密封處必須在法蘭之間加密封墊圈，保證其密封效果。由于熱解容器工作時(shí)的高溫環(huán)境，所以不能用普通墊圈，改用鋼質(zhì)墊圈。2.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)裝置如圖2-1所示，按圖中編號(hào)將詳細(xì)結(jié)構(gòu)及其功能介紹如下。（1）雙旋流燃燒器，提供熱解物料的熱量，通過全新設(shè)計(jì)，燃燒器的燃?xì)馀c鼓風(fēng)呈兩個(gè)向逆方向，沿切向旋轉(zhuǎn)射入燃燒室，使空氣與燃?xì)獬浞謴氐谆旌?，燃燒效果非常?yōu)秀，可以提供充足的熱解用熱量，是理想的實(shí)驗(yàn)加熱燃燒器。（2）加熱爐，提供熱解反應(yīng)器加熱的腔室，其中用耐火磚將爐腔與爐體的鐵板隔開，保護(hù)爐體的同時(shí)，起到隔熱保溫的效果。（3）熱解反應(yīng)器，填裝熱解物料，是熱解反映的中心裝置。使用耐高

12、溫不銹鋼制造，耐火溫度可達(dá)1200。分為容器桶體，以及頂蓋兩部分。兩部分用高強(qiáng)度不銹鋼螺栓以法蘭形式連接，縫隙之間加入鋼墊圈保證密封。整個(gè)熱解反應(yīng)器再次以螺栓固定在加熱爐上，保證加熱過程中容器與爐體的穩(wěn)定。（4、5）熱電偶，用于探測(cè)反映過程中反應(yīng)器內(nèi)部的溫度。兩個(gè)熱電偶分別監(jiān)視反映過程中，容器底部物料的溫度，和容器空腔中的溫度。而空腔溫度也即生成熱解氣的氣體溫度。（6）電控柜，用于控制冷卻水循環(huán)水泵、雙旋流燃燒器，上方的兩個(gè)顯示器分別顯示了反應(yīng)器中兩個(gè)熱電偶所測(cè)的溫度，另外包括一個(gè)緊急停機(jī)按鈕，以防實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)生意外。（7）冷卻器，主要作用是將熱解氣中的焦油蒸汽冷卻，將其與其他氣體分離。一共三

13、組，保證焦油的充分冷凝。（8）焦油收集器，一共有三個(gè)收集罐，與三組冷卻器相對(duì)應(yīng)。保證焦油徹底被冷卻，盡量減少焦油在管道中的殘留量。（9）空氣開關(guān)，控制熱解產(chǎn)氣是否被回收。打開后，熱解氣直接進(jìn)入熱解爐的燃?xì)夤艿?，參與加熱熱解器的燃燒。若關(guān)閉此閥，并打開熱解氣燃燒器(5)閥門，熱解氣將進(jìn)入此燃燒器被燃燒，得以處理。 （10）循環(huán)水箱，容納在冷卻器及加熱爐水套中循環(huán)的冷卻水，同時(shí)也有為循環(huán)水泵吸入口定壓的作用，保證水泵工作的環(huán)境穩(wěn)定。（11）酸性氣體吸收（反應(yīng)）器，用于吸收熱解氣體中的酸性物質(zhì)，一方面保護(hù)了系統(tǒng)下游濕式氣體流量計(jì)和氣體管道不被腐蝕；另一方面通過稱重，比較試驗(yàn)前后吸收器中堿性溶液的增重

14、情況，得出反應(yīng)中生成酸性氣體的質(zhì)量。通過化學(xué)檢驗(yàn)方式，還可確定酸性氣體的成分。（12、21）濕式氣體流量計(jì)，分別測(cè)量了熱解產(chǎn)氣和熱解爐消耗燃?xì)獾捏w積。通過統(tǒng)計(jì)氣體產(chǎn)量與耗量，還可進(jìn)一步得到熱解產(chǎn)氣回收，并用于繼續(xù)加熱熱解爐的情況下，節(jié)約燃?xì)獾男Ч?。?3）氣體采樣器（詳細(xì)結(jié)構(gòu)見圖2-2），從系統(tǒng)引出的氣體先經(jīng)過焦油過濾器，濾除焦油和其他顆粒型雜質(zhì)；再通過裝有變色硅膠的氣體干燥器，去除氣體中的剩余水蒸氣，使取樣氣體徹底干燥；最后經(jīng)過活性炭過濾器，吸附剩余氣體雜質(zhì)，保證氣體潔凈。采用實(shí)驗(yàn)專用氣袋，各個(gè)過濾器之間用內(nèi)徑與氣袋入口外徑稍小的橡膠管，以保證密封程度。（14）循環(huán)水泵，為冷卻水循環(huán)提供流動(dòng)

15、力。（15）熱解氣燃燒器（詳細(xì)結(jié)構(gòu)見圖2-3），具體結(jié)構(gòu)包括：風(fēng)機(jī)、小型雙旋流燃燒器兩部分。燃燒器燃?xì)庥梢夯蜌馄?6)供。當(dāng)進(jìn)行不回收產(chǎn)氣的實(shí)驗(yàn)時(shí)，將產(chǎn)氣以燃燒的方式處理，保證實(shí)驗(yàn)室內(nèi)人員安全。（16）液化石油氣瓶，提供熱解爐燃燒所用燃?xì)?。?7、20）壓力表，分別監(jiān)視燃?xì)庠谌細(xì)?空氣比例調(diào)節(jié)閥前后的壓力。通過其示數(shù)輔助調(diào)節(jié)燃燒器的空氣、燃其比例。圖2-2 氣體采樣器圖2-3 熱解氣燃燒器（18、22）電磁閥，控制燃?xì)獾墓┙o，共有兩個(gè)。由控制柜通過燃?xì)夤艿郎嫌蔚膲毫z測(cè)器的壓力信號(hào)控制，當(dāng)檢測(cè)到燃?xì)鈮毫M足正常點(diǎn)火運(yùn)行壓力時(shí)，控制柜向小流量空氣開關(guān)發(fā)出打開信號(hào)。穩(wěn)定點(diǎn)火后，大流量空氣開關(guān)自

16、動(dòng)打開，開始高強(qiáng)度燃燒。（19）燃?xì)?、空氣比例調(diào)節(jié)閥，通過鼓風(fēng)量自動(dòng)調(diào)節(jié)燃?xì)夤┙o量的裝置，保證燃?xì)饬坎徽摴娘L(fēng)量如何變化，始終與空氣的混合比例不變。（23）助燃風(fēng)機(jī)，用于加熱爐燃燒器的鼓風(fēng)。2.2 設(shè)備的改進(jìn)2.2.1 熱解氣管道形狀的改進(jìn)圖2-4 對(duì)熱解器出口處管道形狀的改進(jìn)如圖2-4將管道改為傾斜狀態(tài)，有利于此段管道沿途冷凝下的焦油回流到熱解爐內(nèi)，并且減少了管道長度，這兩點(diǎn)都有效改善了管道內(nèi)因焦油結(jié)塊而堵塞管道的問題。2.2.2 加裝加熱帶在如圖2-5中所標(biāo)記粗線的管道處加裝了加熱帶。之前這些部分的管道的保溫處理為石棉保溫層，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，效果不是很理想。之后改用加熱帶，為管道不僅達(dá)到了保溫

17、效果，而且對(duì)管道加熱還有加速管道內(nèi)冷凝焦油流動(dòng)的效果，改善了焦油的收集情況，也對(duì)管道淤積焦油的問題有很大改善。尤其是實(shí)驗(yàn)完畢后，“1、2號(hào)”加熱帶同時(shí)工作，對(duì)焦油向收集罐流動(dòng)的加強(qiáng)效果十分顯著，甚至可以達(dá)到清潔管道的效果。圖2-5 管道的必要部分加裝加熱帶2.2.3 酸性氣體吸收裝置在之前的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，時(shí)常發(fā)現(xiàn)濕式氣體流量計(jì)因腐蝕而滲漏的情況，經(jīng)過有關(guān)資料3，發(fā)現(xiàn)熱解生成的氣體中，含有大量的氯元素，尤其氯化氫（HCl）氣體，是強(qiáng)烈的酸性物質(zhì)，會(huì)對(duì)儀器和設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕。針對(duì)這個(gè)問題，在熱解氣管道進(jìn)入流量計(jì)之前，加裝了酸性氣體吸收裝置。裝置內(nèi)加裝氫氧化鈉（NaOH）溶液，堿、水比例為120

18、:500.，在外部調(diào)配好溶液后，灌入吸收罐內(nèi)。加裝酸性氣體吸收罐后，新的問題再次出現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)管內(nèi)堿液與酸性氣體發(fā)生反應(yīng)的過程中，外加少量焦油對(duì)溶液粘度有所增加，容器內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量泡沫。泡沫隨氣體大量涌出吸收罐，使堿液外泄。一方面嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)完畢后對(duì)堿液重量的精確測(cè)量，另一方面堿液流入系統(tǒng)管道也會(huì)腐蝕系統(tǒng)管壁、損壞設(shè)備。所以此酸性氣體吸收裝置必須加以改進(jìn)。進(jìn)一步改進(jìn)的方案，將吸收罐出口處再接一個(gè)空腔較大的空罐。這樣，大量泡沫會(huì)先涌入空罐，而不是直接進(jìn)入系統(tǒng)。泡沫在空罐內(nèi)的流動(dòng)過程中，逐漸破裂，剩下的堿液會(huì)積存在空罐的底部，而氣體從空罐頂部的出口流入下游的流量計(jì)。至此，設(shè)計(jì)的酸性氣體吸收裝置終于

19、達(dá)到了即除酸又保證氣體中無泡沫的效果。（最終設(shè)計(jì)的裝置詳細(xì)結(jié)構(gòu)見圖2-6）圖2-6 酸性氣體吸收裝置2.2.4 水蒸氣發(fā)生器在熱解反應(yīng)平穩(wěn)進(jìn)行時(shí)向熱解容器中加入水蒸氣，改善物料熱解效果。發(fā)生器為不銹鋼制造，主要部分是帶有兩個(gè)出口的密封罐，其中加入清水。通過加熱使水沸騰，產(chǎn)生大量水蒸氣，供熱解反應(yīng)之用。通過反應(yīng)時(shí)加入水蒸氣，水蒸氣與焦炭發(fā)生反應(yīng)，生成“水煤氣”?？梢詼p少殘?zhí)康馁|(zhì)量，使物料更加徹底的熱解；另外加入的水蒸氣也會(huì)和高溫的煤焦油發(fā)生反應(yīng)，使煤焦油也進(jìn)一步熱解成為可燃?xì)怏w，是熱解效果更加的同時(shí)，也減輕了管道中凝結(jié)焦油的量，有效的減輕了管道堵塞的問題。（設(shè)備詳細(xì)結(jié)構(gòu)見圖2-7）圖2-7 水蒸

20、氣發(fā)生器通過以上改進(jìn)，設(shè)備已經(jīng)可以完全實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)。改進(jìn)后的最終設(shè)備原理圖如下圖2-8：2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備的清理和保養(yǎng)每次實(shí)驗(yàn)完成過后，對(duì)設(shè)備進(jìn)行完善的清理工作是十分重要的。首先，從保護(hù)設(shè)備的角度，必須及時(shí)將各個(gè)管道中的殘余熱解產(chǎn)物清理。比如含有強(qiáng)烈酸性的殘余液體，會(huì)腐蝕甚至破壞管道；另外，及時(shí)將管道中的殘余焦油清理出來，防止淤積過多造成管道堵塞。管道一旦堵塞，嚴(yán)重影響熱解產(chǎn)氣的流動(dòng)，實(shí)驗(yàn)過程中設(shè)備內(nèi)部壓力會(huì)嚴(yán)重超出正常水平，可能引起熱解氣體管道的接頭處發(fā)生漏氣，甚至噴出高溫焦油，燙傷人員、污染實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。其次，對(duì)焦油收集罐以及酸性氣體吸收裝置的清洗液十分重要，以為這兩個(gè)設(shè)備是以重量計(jì)入實(shí)驗(yàn)結(jié)果

21、的，如果清理不徹底，罐內(nèi)留有殘?jiān)?，?huì)影響下次試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。所以，每次實(shí)驗(yàn)完成過后對(duì)設(shè)備的清理工作有著重要的實(shí)際意義。2.3.1 熱解氣管道內(nèi)淤積物質(zhì)的清理實(shí)驗(yàn)過后，管道中殘余的物質(zhì)主要是煤焦油，另外還帶有少量酸性液體以及細(xì)小的殘?zhí)款w粒和硬塊。一般的情況下，只需要通過打開加熱帶，對(duì)管道進(jìn)行加熱。當(dāng)管道達(dá)到焦油的流動(dòng)溫度后，即會(huì)沿管壁下流至出口，從而得以清除。有時(shí)候管道內(nèi)存在較硬的焦炭殘?jiān)梢允褂闷胀矣霉艿朗柰ㄆ鬟M(jìn)行手動(dòng)疏通，將殘?jiān)蛩槿コ?。如果管道?nèi)殘?jiān)俜e嚴(yán)重，很難通過普通加熱和疏通方式解決，還可使用小型燃燒器從外部灼燒管道堵塞處，使管道達(dá)到很高溫度，焦油即會(huì)液化甚至氣化，夾雜著焦炭碎

22、渣等流出管道。管道疏通后，用鼓風(fēng)機(jī)從管道一側(cè)向管道中鼓風(fēng)，在另一側(cè)檢測(cè)處出風(fēng)是否通暢，驗(yàn)證疏通效果。2.3.2 焦油收集罐內(nèi)殘?jiān)那謇硎紫扔脠?bào)紙或布將焦油盡量多的從焦油收集罐清理出來。對(duì)于剩下難于清除的部分，使用熱堿液進(jìn)行浸泡，等待十分鐘后使之與焦油發(fā)生反應(yīng)。然后用刮片將已經(jīng)軟化的殘余物從管壁上刮除。清理完畢后，用清水多次沖洗，防止堿液殘余影響下次試驗(yàn)結(jié)果。2.3.3 酸性氣體收集罐的清理此設(shè)備是存在焦油等污染物，但影響最清的部分。一般倒出堿性吸收液后，通過多次用清水沖洗即可保證罐內(nèi)基本無殘余物質(zhì)。但是設(shè)備使用多次后，也應(yīng)定期打開罐體，查看其中是否有過多的殘余物淤積。打開吸收罐之前注意法蘭連接

23、的相對(duì)位置，因?yàn)檫B接螺栓較多，容易在安裝的時(shí)候造成混淆。2.3.4 風(fēng)道的定期排污因?yàn)闊峤鈿饣厥蘸?，從鼓風(fēng)管道進(jìn)入加熱爐燃燒，所以當(dāng)熱解氣所夾帶的水蒸氣在沿途冷凝為液體后，進(jìn)而溶解酸性物質(zhì)生成酸性液體，流入鼓風(fēng)管道，淤積其中造成風(fēng)道鋼管的腐蝕。因此也需要隔一段時(shí)間后，打開接口進(jìn)行檢查，排出淤積的腐蝕性液體。2.3.5 其他需要清理的部分濕式氣體流量計(jì)定期換水，防止工作環(huán)境長期與熱解產(chǎn)氣接觸造成過分污染，影響儀表正常工作。各個(gè)部分的氣壓表定期檢查是否工作正常、靈敏，檢查氣壓表入口處是否被堵塞。檢查加熱容器內(nèi)水蒸氣出口是否被熱解殘?jiān)氯?，疏通后通入水蒸氣，使其從出口噴出，觀察氣體流出是否通暢，驗(yàn)證

24、清理效果。第3章 實(shí)驗(yàn)方案3.1 實(shí)驗(yàn)思路本實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象是城市生活垃圾，在試驗(yàn)過程中，以木材、PVC塑料等代表物質(zhì)作為熱解物料。實(shí)驗(yàn)之前，將物料加入熱解容器，實(shí)驗(yàn)時(shí)，在同一組實(shí)驗(yàn)中，將容器加熱至統(tǒng)一溫度，使物料在高溫環(huán)境下進(jìn)行徹底熱解，從熱解容器中生成的氣體經(jīng)過一系列冷卻、除焦油、除酸性氣體以及體積測(cè)量裝置，對(duì)其成分進(jìn)行分析，從而得到不同物料在不同的熱解條件下，生成氣體成分以及體積分?jǐn)?shù)的情況，進(jìn)行統(tǒng)一比較、分析，最終得到熱解物料的熱解特性。3.2 實(shí)驗(yàn)步驟1.試驗(yàn)開始前，先將物料用熱風(fēng)烘干柜干燥34個(gè)小時(shí)，去除物料中夾雜的水分，以防外界帶入生成的水蒸氣與實(shí)驗(yàn)中生成的水蒸氣相混合，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果

25、的精確性。物料用天平精確稱重，然后均勻加入熱解容器中。密封好容器頂蓋后，再經(jīng)過一遍設(shè)備檢查，確定各個(gè)閥門的開閉情況、設(shè)備密封蓋和接口的氣密性、以及管路的連接情況完全滿足實(shí)驗(yàn)要求后，實(shí)驗(yàn)開始。2.實(shí)驗(yàn)開始，啟動(dòng)冷卻水循環(huán)水泵，以及氣體導(dǎo)管上的加熱帶。當(dāng)循環(huán)水能夠穩(wěn)定流動(dòng)，并且氣體導(dǎo)管被加熱到適合的溫度（200左右）后，加熱爐點(diǎn)火。點(diǎn)火時(shí)，將爐內(nèi)風(fēng)量設(shè)置在較小流量，以保證點(diǎn)火時(shí)爐內(nèi)比較穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生劇烈的點(diǎn)燃爆炸。點(diǎn)火成功后，開始計(jì)量燃?xì)庀牧恳约盁峤鈿怏w產(chǎn)氣量。與此同時(shí)，均勻地將爐內(nèi)風(fēng)量調(diào)大，使熱解容器能夠迅速升溫至600，開始高效熱解物料。于此同時(shí)，開始等間隔采集反應(yīng)生成的氣體，作為實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物待

26、實(shí)驗(yàn)完畢后進(jìn)行成分、含量分析。3.反應(yīng)過程中，物料熱解生成氣體的速率，在開始的時(shí)候會(huì)有一定波動(dòng)，成不穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí)應(yīng)注意系統(tǒng)末端排氣閥的調(diào)節(jié)，以保證系統(tǒng)的工作壓力基本恒定（保持在35Kpa）。系統(tǒng)運(yùn)行5分鐘后，氣體產(chǎn)率基本進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)產(chǎn)氣量大，而且氣流穩(wěn)定，調(diào)壓閥門基本不需要調(diào)節(jié)。熱解反應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)定階段后，開始向熱解容器中加入水蒸氣。目的是可以減少殘?zhí)康馁|(zhì)量，使物料更加徹底的熱解；另外加入的水蒸氣也會(huì)和高溫的煤焦油發(fā)生反應(yīng)，使煤焦油也進(jìn)一步熱解成為可燃?xì)怏w，是熱解效果更加的同時(shí)，也減輕了管道中凝結(jié)焦油的量，有效的減輕了管道堵塞的問題。此時(shí)應(yīng)注意酸性氣體的吸收裝置的工作運(yùn)行情況，由于酸堿反應(yīng)

27、會(huì)放出很大熱量，所以必須注意檢查其溫度是否過高，適當(dāng)調(diào)節(jié)其冷卻水的流量，以保證其在正常的溫度下穩(wěn)定吸收產(chǎn)出氣體中的酸性物質(zhì)。另外，還要注意吸收裝置出口是否有吸收溶液被高速氣流帶出。這是因?yàn)樵谌芤何账嵝詺怏w的過程中，由于少量煤焦油對(duì)溶液的粘性有所增加，因而會(huì)在與氣體接觸反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生大量泡沫，從出口被氣體攜帶出來，影響最終試驗(yàn)完畢后，對(duì)堿性溶液增重情況的測(cè)量，使測(cè)量結(jié)果偏小。解決辦法是將吸收裝置的出口接一段較高的垂直導(dǎo)管，泡沫在上升過程中逐漸破裂，溶液又流回裝置，避免了溶液外流。4.反應(yīng)過程中會(huì)對(duì)生成的熱解氣體進(jìn)行取樣，取樣氣體的出口接自氣體流通線路中，氣體流量計(jì)之后。這樣做是為了讓所有的產(chǎn)氣都通

28、過流量計(jì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)測(cè)量，保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。從系統(tǒng)引出的氣體先經(jīng)過焦油過濾器，濾除焦油和其他顆粒型雜質(zhì)；再通過裝有變色硅膠的吸收罐，去除氣體中的剩余水蒸氣，使取樣氣體徹底干燥；最后經(jīng)過活性炭過濾器，吸附剩余氣體雜質(zhì)，保證氣體潔凈。采用實(shí)驗(yàn)專用氣袋，氣體出口采用內(nèi)徑與氣袋入口外徑稍小的橡膠管。采氣時(shí)，按順序取用氣袋。先打開系統(tǒng)采氣閥門，待35秒（新生成的氣體將管內(nèi)剩余氣體徹底排除后），再將氣袋與氣體出口連接，然后把氣袋閥門逆時(shí)針旋開，開始采氣。大概1分鐘后（隨反應(yīng)的強(qiáng)烈程度時(shí)間可能會(huì)隨之變化），氣袋膨脹至68cm厚度，即可保證氣體色譜儀進(jìn)行一次驗(yàn)氣的所需氣量。關(guān)閉系統(tǒng)產(chǎn)氣采樣閥門，旋緊氣袋閥門，

29、將氣袋與橡膠管拔開。氣袋按順序放置氣袋收集箱內(nèi)，待實(shí)驗(yàn)完畢后進(jìn)行進(jìn)一步分析。5.實(shí)驗(yàn)經(jīng)過1725分鐘后，基本不再有氣體熱解生成，即可關(guān)閉加熱器。同時(shí)停止燃?xì)庖约爱a(chǎn)氣的流量計(jì)數(shù)。此時(shí)注意，保持“1號(hào)”加熱帶繼續(xù)加熱，并且馬上打開“2號(hào)”加熱帶。保證冷凝水套包裹處氣體通道管壁上的焦油可以順利流下，都進(jìn)入焦油收集罐中，保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精密性。于此同時(shí)，冷卻繼續(xù)水循環(huán)，直至加熱爐內(nèi)溫度降至200以下。這樣做是為了保護(hù)加熱爐上部未進(jìn)行隔熱處理的部分。然后盡快斷開酸性氣體吸收罐與系統(tǒng)的鏈接（先斷開出口一端），以防止系統(tǒng)內(nèi)因氣體冷卻體積縮小，系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)壓，造成堿水倒吸。一方面會(huì)減少堿水的質(zhì)量，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精

30、確性，另一方面堿水流入設(shè)備氣體管道中，會(huì)腐蝕管壁，使設(shè)備損壞。6.試驗(yàn)結(jié)束后，加熱帶1、2號(hào)繼續(xù)加熱半小時(shí)以上，保證管道中焦油徹底流出，進(jìn)入焦油收集罐。然后即可拆下三個(gè)收集罐，分別進(jìn)行稱重，與空罐的質(zhì)量作差，得出焦油的產(chǎn)量。稱重后的焦油導(dǎo)入專用的焦油回收桶，進(jìn)一步無害化處理。待加熱爐內(nèi)容器溫度降至200以下后，從爐中取出容器，沿著圓周分多次均勻松開各個(gè)螺栓，打開容器。此時(shí)注意口鼻的保護(hù)，防止剩余熱解氣體對(duì)人體造成刺激和傷害。開蓋后放置容器于通風(fēng)處冷卻、散去剩余熱解氣體。冷卻后將容器內(nèi)殘?zhí)啃⌒牡钩?，進(jìn)行稱重。另外注意容器頂蓋上殘留的焦油和殘?zhí)康那謇怼Ｒ环矫姹ＷC下次試驗(yàn)時(shí)的管道暢通，另一方面將殘余

31、物收集好進(jìn)行稱重，加入殘?zhí)康闹亓恐?，確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。3.3 檢測(cè)熱解氣成分 實(shí)驗(yàn)完畢后，將實(shí)驗(yàn)樣氣利用大連科瑞科技有限公司生產(chǎn)的GS-2010 (Z) 型氧化鋯氣相色譜儀進(jìn)行成分分析，具體步驟如下：1.先打開氫氣發(fā)生器之前，先將泄壓旋鈕關(guān)閉，然后打開發(fā)生器開關(guān)。待產(chǎn)氣穩(wěn)定，并且氫氣發(fā)生器的氣體壓力保持恒定不變以后，打開色譜儀電源。觀察色譜儀的兩個(gè)浮子式流量計(jì)，流量穩(wěn)定后，開始加載色譜柱加熱橋流，從小至大，緩慢將兩個(gè)色譜柱溫度分別升至80和90。打開電腦端的色譜儀工作站軟件，準(zhǔn)備接受色譜儀的數(shù)據(jù)。2.將收集熱解氣的氣袋緊密連接到色譜儀檢測(cè)氣入口，打開氣體入口開關(guān)，平穩(wěn)地將熱解氣壓入色譜儀檢測(cè)

32、管道后，關(guān)閉氣體入口閥門。打開工作站軟件開始檢測(cè)開關(guān)的同時(shí)，打開色譜儀的開始檢測(cè)開關(guān)，同步運(yùn)行檢測(cè)程序。此后色譜儀會(huì)在軟件中繪制出熱解氣的色譜圖，并分析出其他有關(guān)數(shù)據(jù)。待6至8分鐘熱解氣徹底檢測(cè)完畢后，保存色譜儀工作站軟件的數(shù)據(jù)記錄。3.熱解氣檢測(cè)完畢后，關(guān)閉色譜儀色譜柱的加熱橋流開關(guān)，繼續(xù)通入氫氣，待兩個(gè)色譜柱的溫度均下降至50以后，方可關(guān)閉色譜儀電源開關(guān)。然后關(guān)閉氫氣發(fā)生器，并打開發(fā)生器的氫氣泄壓開關(guān)，放掉發(fā)生器中的剩余氫氣，使儀器內(nèi)部壓力為零。最后整理所有儀器，關(guān)掉總電源。兩個(gè)儀打開壓力.第4章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的整理及分析4.1 熱解產(chǎn)物的概況4.1.1 停機(jī)后熱解反應(yīng)的情況熱解實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，設(shè)

33、備仍然處于高溫狀態(tài)下，熱解容器內(nèi)物料的熱解反應(yīng)仍在繼續(xù)，隨著熱解爐內(nèi)的溫度逐漸冷卻下來，最終反應(yīng)徹底停止。設(shè)備的冷凝、收集裝置一端冷卻較快，靠近熱解爐的一端冷卻十分緩慢，尤其是爐內(nèi)溫度下降更加遲緩，實(shí)驗(yàn)完畢34小時(shí)后爐內(nèi)溫度仍然可達(dá)200以上。卸下和開啟熱解容器的過程中必須注意安全，防止余熱造成燙傷。4.1.2 熱解產(chǎn)出焦油的特性隨著熱解設(shè)備溫度的逐步降低，首先是管道和熱解容器內(nèi)部所存在的高溫焦油蒸汽，以及其他熱解產(chǎn)出成分逐漸在管壁處冷凝。由于在蒸汽容易冷凝的管道部分已經(jīng)安裝有加熱帶，所以冷凝下的物質(zhì)不會(huì)馬上因溫度過低而凝固在管道中，而是以液態(tài)形式流入焦油收集罐或者熱解容器內(nèi)，在罐內(nèi)進(jìn)一步冷卻

34、為難以流動(dòng)的膏狀或護(hù)體形態(tài)。待至少2小時(shí)，設(shè)備基本冷卻后，從冷凝器上將焦油收集罐卸下。在熱解PVC塑料的實(shí)驗(yàn)中，會(huì)觀察到罐內(nèi)有大量膏狀物質(zhì)，其中絕大部分是非水溶性焦油。于此不同的是，在熱解木材的實(shí)驗(yàn)中，最終在收集罐中會(huì)有大量的液態(tài)物質(zhì)，即水溶性焦油，膏狀的非水溶性焦油較少。4.1.3 熱解爐內(nèi)殘余固體的情況設(shè)備基本冷卻后，打開熱解容器頂蓋，可觀察到不同物料熱解后有很大差異。PVC塑料熱解過后，成沸騰的波浪狀，融化的物料最終結(jié)成一個(gè)整體，非常易碎，不耐任何擠壓和變形，內(nèi)部為疏松多孔結(jié)構(gòu)，質(zhì)量急劇減少。在熱解木材的實(shí)驗(yàn)中，物料最終的形態(tài)與初始形態(tài)幾乎沒有變化，仍然為完整的長方體。但是通過認(rèn)真觀察，

35、即會(huì)發(fā)現(xiàn)每個(gè)木塊面積最大的那個(gè)面上，都有一個(gè)向內(nèi)凹陷的淺坑，坑內(nèi)有裂紋。通過分析，認(rèn)為可能是質(zhì)量流失使木塊內(nèi)部物質(zhì)減少，又因?yàn)闆]有物質(zhì)被及時(shí)填充進(jìn)空穴，使木塊表面塌陷，從而形成了淺坑。熱解后的木塊表面較光滑，內(nèi)部也是疏松多孔結(jié)構(gòu)，整體不耐擠壓和變形，但是較PVC塑料的堅(jiān)固程度強(qiáng)。（樣品圖片見附錄1）4.1.4 實(shí)驗(yàn)后管道內(nèi)的殘余物熱解實(shí)驗(yàn)結(jié)束，等待熱解爐以及各個(gè)管道冷卻至較低溫度后，打開設(shè)備各個(gè)關(guān)鍵部位的接口，進(jìn)行后續(xù)處理。處理過程中，發(fā)現(xiàn)熱解容器頂蓋上熱解氣出口直管段中會(huì)有少量焦油和焦炭殘?jiān)?，尤其是做完以木塊和木屑為代表的木材熱解實(shí)驗(yàn)過后，此處的焦炭殘?jiān)俜e較多，需要每次試驗(yàn)過后都進(jìn)行疏通清

36、理。另外，在焦油收集罐與冷卻器之間的管段也會(huì)有一定的焦油淤積，需要實(shí)驗(yàn)過后繼續(xù)加熱，保證其順利流出。否則，一方面會(huì)影響實(shí)驗(yàn)焦油產(chǎn)量測(cè)量的準(zhǔn)確性；另一方面，長期實(shí)驗(yàn)也容易造成管道堵塞。實(shí)驗(yàn)過后的管道中會(huì)殘存一定量的熱解氣，而且不會(huì)隨時(shí)間逐漸降解、稀釋。此氣體對(duì)人體有害，拆卸管道的時(shí)候需要進(jìn)行必要的口鼻保護(hù)措施。將冷凝器后端與酸性氣體吸收器斷開，通常會(huì)有較強(qiáng)酸性的液體殘余其中，液體呈翠綠色，流動(dòng)性很好，與清水相似。據(jù)分析和相關(guān)研究資料，可能是含有大量Cl（氯）元素的溶液。因?yàn)闊峤獾倪^程中會(huì)產(chǎn)生大量的含Cl元素，如氯氣、氯化氫等物質(zhì)，兒這些物質(zhì)與水蒸氣冷凝的部分相混合，發(fā)生以下反應(yīng)：Cl2 + H2

37、O HCl + HClO;2HClO HCl + O2.所以殘余液體何能是高濃度的HCl溶液，即鹽酸。而溶液呈翠綠色，是因?yàn)镃l元素以及HClO溶液均是綠色所致。將酸性氣體吸收器中的堿液取出，發(fā)現(xiàn)堿液溶有少量焦油，成黃褐色，表面漂有少量焦油殘塊。經(jīng)多次試驗(yàn)證實(shí)，120g NaOH即可滿足實(shí)驗(yàn)吸收酸性物質(zhì)的需求，實(shí)驗(yàn)過后的吸收液仍然呈堿性。實(shí)驗(yàn)完畢后的整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的情況基本如上所述，下一節(jié)將進(jìn)行詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。4.2 典型實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析4.2.1 熱解PVC塑料的典型實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析首先，實(shí)驗(yàn)的初始數(shù)據(jù)如下表4-1：表4-1 熱解實(shí)驗(yàn)的物料加入量項(xiàng)目PVC塑料堿液蒸汽發(fā)生器備水物料質(zhì)量（g）50

38、0120（NaOH）+500（清水）500對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物進(jìn)行稱重統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下表4-2：表4-2 熱解產(chǎn)物匯總項(xiàng)目殘?zhí)?g焦油/g加入水蒸氣/g產(chǎn)生熱解氣/L數(shù)量38.520568107 從中可得，物料失重461.5g，占原始物料重量的92.3%，垃圾減量化效果十分明顯。通過熱電偶對(duì)熱解爐不同部分溫度的檢測(cè)，得出熱解過程中，爐膛煙氣溫度的變化曲線，如圖4-1：圖4-1 煙氣溫度隨時(shí)間變化的曲線熱解容器內(nèi)部，容器空腔及物料的溫度如圖4-2：圖4-2 熱解容器內(nèi)溫度隨時(shí)間變化的曲線可見，在熱解PVC塑料的過程中，物料的溫度一直高于空腔中的溫度，物料熱解所需熱量相對(duì)于木塊較?。蓞⒖枷乱还?jié)“熱解木材

39、的典型實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析”進(jìn)行對(duì)比）。加熱容器內(nèi)在15分鐘后整體溫度趨于穩(wěn)定，空腔溫度在470左右，而物料則穩(wěn)定在760左右。也證明了15分鐘以后，物料基本熱解完畢，不再吸收熱量，所以爐腔內(nèi)溫度趨于穩(wěn)定，形成了得熱和散熱的平衡。在如上所述的升溫過程中，記錄下熱解氣產(chǎn)出的瞬時(shí)流量，如圖4-3:圖4-3 瞬時(shí)流量隨時(shí)間的變化曲線通過瞬時(shí)流量，進(jìn)行累積，得到的熱解氣的累積流量（產(chǎn)量），如圖4-4 ：圖4-4 累積流量隨時(shí)間變化的曲線從圖中可見，產(chǎn)氣瞬時(shí)流量從開始點(diǎn)逐步增大，在9分鐘的時(shí)候達(dá)到峰值，此時(shí)即為PVC塑料熱解反應(yīng)的最劇烈時(shí)刻。隨后熱解氣產(chǎn)氣速率逐步下降，17分鐘過后，物料產(chǎn)氣基本停止。實(shí)驗(yàn)中，為

40、了保證物料的徹底熱解，繼續(xù)加熱至第20分鐘停機(jī)。通過氧化鋯氣相色譜儀，分析實(shí)驗(yàn)過程中采集的樣氣，得到樣氣的色譜圖如下圖4-5：圖4-5 色譜儀生成的樣氣色譜圖通過色譜圖中代表特定氣體含量的波形面積，得出每袋樣氣中各種成分的含量百分?jǐn)?shù)，繼而得到隨時(shí)間變化樣氣成分的變化曲線，如圖4-6：圖4-6 熱解氣成分隨時(shí)間的變化曲線通過圖4-6可知，隨時(shí)間變化，熱解產(chǎn)氣中各組分的比例大體比較穩(wěn)定。熱解氣中，CH4（甲烷）含量比較高，其次是C2H4（乙烯）、C2H6（乙烷）等，O2含量最少，據(jù)小組討論分析，可能是設(shè)備運(yùn)行之前殘余的空氣中的O2所致，熱解反應(yīng)沒有O2產(chǎn)生。在產(chǎn)量變化方面，CH4（甲烷）的產(chǎn)量先隨

41、時(shí)間逐步增加，到達(dá)實(shí)驗(yàn)中后部分，產(chǎn)量略有降低。C2H4和C2H6的產(chǎn)量從實(shí)驗(yàn)開始即是最高點(diǎn)，隨實(shí)驗(yàn)進(jìn)行產(chǎn)量逐步減少。CO2以及CO的產(chǎn)量隨時(shí)間略有增加，O2和N2的含量較低，而且產(chǎn)量基本不隨時(shí)間變化。綜合熱解氣成分和產(chǎn)量隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)，根據(jù)各組分的熱值4，通過以下公式還可得到熱解氣所含熱值隨時(shí)間變化的規(guī)律。q =q1l1+q2l2+q3L3+qnln其中：q表示產(chǎn)氣的瞬時(shí)總熱值； qn表示產(chǎn)氣某一成分的熱值；ln表示與qn對(duì)應(yīng)的氣體成分在產(chǎn)氣瞬時(shí)流量中所占的百分比。Q =Q1L1+Q2L2+Q3L3+QnLn其中：Q表示產(chǎn)氣的總熱值； Qn表示產(chǎn)氣某一成分的熱值；Ln表示與Qn對(duì)應(yīng)的氣體成分

42、在產(chǎn)氣總量中所占的百分比。通過以上兩個(gè)公式，即可分別計(jì)算出熱解產(chǎn)氣的高熱值和低熱值,數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如下圖4-7：圖4-7 熱解產(chǎn)氣的高、低熱值通過上述過程求得熱解氣的瞬時(shí)熱值后，乘以對(duì)應(yīng)時(shí)間的瞬時(shí)產(chǎn)氣量，即可得到熱解氣的瞬時(shí)產(chǎn)能，即單位時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生熱解氣的總能量。它的意義在于可以判斷出此種物料熱解后，能夠被回收的熱量，即能夠節(jié)省熱解爐加熱所用燃料的多少。通過計(jì)算得到如圖4-8的數(shù)據(jù)：圖4-8 熱解氣瞬時(shí)高、低熱值隨對(duì)應(yīng)的產(chǎn)率如圖可見，與產(chǎn)氣量隨時(shí)間逐漸下降的情況類似，熱解氣體的瞬時(shí)熱值和產(chǎn)率也都隨時(shí)間逐漸減小，這與物料內(nèi)熱解出的氣體成分有關(guān)，越到實(shí)驗(yàn)的較后階段，熱解出的氣體中大分子可燃?xì)怏w就越少，這

43、在“圖4-6 熱解氣成分隨時(shí)間的變化曲線”中也可以得到印證。隨著可燃?xì)怏w的愈發(fā)“小分子化”，熱值也隨之降低。綜上所述，在熱解PVC塑料的實(shí)驗(yàn)中，熱解從產(chǎn)氣率到產(chǎn)氣瞬時(shí)熱值、產(chǎn)率的變化，均成先逐步增大，而后逐步減小的趨勢(shì)。產(chǎn)氣成分除某些較大分子氣體隨時(shí)間有所減少外，成分基本比較穩(wěn)定。4.2.2 熱解木材的典型實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析首先，實(shí)驗(yàn)的初始數(shù)據(jù)如下表4-3：表4-3 熱解實(shí)驗(yàn)的物料加入量項(xiàng)目木塊堿液蒸汽發(fā)生器備水質(zhì)量（g）500120（NaOH）+500（清水）500對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物進(jìn)行稱重統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下表4-4：表4-4 熱解產(chǎn)物質(zhì)量匯總項(xiàng)目殘?zhí)拷褂图尤胨魵猱a(chǎn)生熱解氣質(zhì)量（g）2253425038

44、7（L）從中可得，物料失重275g，失重比率為55%，垃圾減量化效果比較明顯。通過熱電偶對(duì)熱解爐不同部分溫度的檢測(cè)，得出熱解過程中，爐膛煙氣溫度的變化曲線，如圖4-9：圖4-9 排煙溫度隨時(shí)間的變化曲線熱解容器內(nèi)部，容器空腔及物料的溫度如圖4-10：圖4-10 熱解容器內(nèi)溫度隨時(shí)間的變化曲線可見，在熱解木材的過程中，物料的溫度先是低于空腔中的溫度，而后物料溫度明顯超過空腔溫度，從而證明木塊熱解在最初階段，所需熱量比PVC塑料大。加熱容器內(nèi)在18分鐘后整體溫度趨于穩(wěn)定，空腔溫度在550左右，而物料則穩(wěn)定在920左右。也證明了18分鐘以后，物料基本熱解完畢，不再吸收熱量，所以爐腔內(nèi)溫度趨于穩(wěn)定，形

45、成了得熱和散熱的平衡。在如上所述的升溫過程中，記錄下熱解氣產(chǎn)出的瞬時(shí)流量，如圖4-11圖4-11 瞬時(shí)產(chǎn)氣量隨時(shí)間的變化曲線通過瞬時(shí)流量，進(jìn)行累積，得到的熱解氣的累積流量（產(chǎn)量），如圖4-12 ：圖4-12 累計(jì)流量隨時(shí)間的變化曲線從圖中可見，產(chǎn)氣瞬時(shí)流量從開始點(diǎn)逐步增大，在12分鐘的時(shí)候達(dá)到峰值，此時(shí)即為木材熱解反應(yīng)的最劇烈時(shí)刻。隨后熱解氣產(chǎn)氣速率逐步下降，22分鐘過后，物料產(chǎn)氣基本停止，實(shí)驗(yàn)停機(jī)。通過氧化鋯氣相色譜儀，分析實(shí)驗(yàn)過程中采集的樣氣，得到樣氣的色譜圖如下圖4-13：圖4-13 色譜儀生成的樣氣色譜圖通過色譜圖中代表特定氣體含量的波形面積，得出每袋樣氣中各種成分的含量百分?jǐn)?shù)，繼而得

46、到隨時(shí)間變化樣氣成分的變化曲線，如圖4-14：圖4-14 熱解氣成分隨時(shí)間的變化曲線通過圖4-11可知，隨時(shí)間變化，熱解產(chǎn)氣中各組分的比例大體比較穩(wěn)定。熱解氣中，CO（一氧化碳）含量比較高，其余依次是H2(氫氣)、CO2（二氧化碳）、CH4（甲烷）、C2H4（乙烯）、N2（氮?dú)猓?、C2H6（乙烷）等，O2含量最少，據(jù)小組討論分析，可能是設(shè)備運(yùn)行之前殘余的空氣中的N2、O2所致，熱解反應(yīng)沒有N2和O2產(chǎn)生。在產(chǎn)量變化方面，CO的產(chǎn)量先隨時(shí)間逐步增加，到達(dá)實(shí)驗(yàn)中后部分，產(chǎn)量略有降低。CO2的產(chǎn)量從實(shí)驗(yàn)開始即是最高點(diǎn)，隨實(shí)驗(yàn)進(jìn)行產(chǎn)量逐步減少。H2的產(chǎn)量隨時(shí)間不斷增加，而且逐漸超過CO的產(chǎn)量，成為熱解

47、氣組分中占比例最大的成分。其余氣體成分的含量較低，而且產(chǎn)量基本不隨時(shí)間變化。其中H2的產(chǎn)量不斷增加的原因除熱解反應(yīng)生成外，還有含C較多的烷、烯類氣體發(fā)生裂解反應(yīng)，生成了一部分H2所致?；瘜W(xué)反應(yīng)方程式5如下：C2H6C2H4 + H2 ; (1)C2H4CH4 + C; (2)CH4C + 2H2 . (3)綜合熱解氣成分和產(chǎn)量隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)，根據(jù)各組分的熱值4，通過以下公式還可得到熱解氣所含熱值隨時(shí)間變化的規(guī)律。q =q1l1+q2l2+q3L3+qnln其中：q表示產(chǎn)氣的瞬時(shí)總熱值； qn表示產(chǎn)氣某一成分的熱值；ln表示與qn對(duì)應(yīng)的氣體成分在產(chǎn)氣瞬時(shí)流量中所占的百分比。Q =Q1L1+Q2

48、L2+Q3L3+QnLn其中：Q表示產(chǎn)氣的總熱值； Qn表示產(chǎn)氣某一成分的熱值；Ln表示與Qn對(duì)應(yīng)的氣體成分在產(chǎn)氣總量中所占的百分比。通過以上兩個(gè)公式，即可分別計(jì)算出熱解產(chǎn)氣的高熱值和低熱值,數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如下圖4-15（見下頁）：進(jìn)一步，由上述過程求得熱解氣的瞬時(shí)熱值后，乘以對(duì)應(yīng)時(shí)間的瞬時(shí)產(chǎn)氣量，即可得到熱解氣的瞬時(shí)產(chǎn)能，即單位時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生熱解氣的總能量。它的意義在于可以判斷出此種物料熱解后，能夠被回收的熱量，即能夠節(jié)省熱解爐加熱所用燃料的多少。通過計(jì)算得到如圖4-16（見下頁）的數(shù)據(jù)：圖4-15 熱解氣高低熱值隨時(shí)間的變化曲線圖4-16 熱解氣瞬時(shí)高低熱值所對(duì)應(yīng)的產(chǎn)率如圖可見，與產(chǎn)氣量隨時(shí)間逐漸

49、下降的情況類似，熱解氣體的瞬時(shí)熱值和產(chǎn)能也都隨時(shí)間逐漸減小，這與物料內(nèi)熱解出的氣體成分有關(guān)，越到實(shí)驗(yàn)的較后階段，熱解出的氣體中大分子可燃?xì)怏w就越少，這在圖4-14中也可以得到印證。隨著可燃?xì)怏w的愈發(fā)“小分子化”，熱值也隨之降低。綜上所述，在熱解木材的實(shí)驗(yàn)中，熱解從產(chǎn)氣率到產(chǎn)氣瞬時(shí)熱值、產(chǎn)率的變化，均成先逐步增大，而后逐步減小的趨勢(shì)。產(chǎn)氣成分除某些較大分子氣體隨時(shí)間有所減少，而小分子氣體隨時(shí)加有所增加，成分基本比較穩(wěn)定。4.2.3 PVC塑料與木材混合熱解的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析首先，實(shí)驗(yàn)的初始數(shù)據(jù)如下表4-5：表4-5 熱解實(shí)驗(yàn)的物料加入量項(xiàng)目PVC塑料木塊堿液蒸汽發(fā)生器備水物料質(zhì)量（g）3751251

50、20（NaOH）+500（清水）500對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物進(jìn)行稱重統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下表4-6：表4-6 熱解產(chǎn)物質(zhì)量匯總項(xiàng)目殘?zhí)拷褂图尤胨魵猱a(chǎn)生熱解氣堿水增重質(zhì)量（g）75236144186 (L)25從中可得，物料失重425g，達(dá)到原始總重量的85%，垃圾減量化效果十分明顯。另外，堿水增重了25g，可推知熱解氣中的酸性氣體大約為25g。通過熱電偶對(duì)熱解爐不同部分溫度的檢測(cè)，得出熱解過程中，爐膛煙氣溫度的變化曲線，如圖4-17：圖4-17 煙氣溫度隨時(shí)間變化的曲線熱解容器內(nèi)部，容器空腔及物料的溫度如圖4-18：圖4-18熱解容器內(nèi)溫度隨時(shí)間變化的曲線可見，在熱解混合物料的過程中，物料的溫度一直高于空腔

51、中的溫度。加熱容器內(nèi)在33分鐘后整體溫度趨于穩(wěn)定，空腔溫度在550左右，而物料則穩(wěn)定在860左右。也證明了混合物料的熱解時(shí)間比單獨(dú)物料熱解的時(shí)間要長，需要33分鐘以后，物料才能基本熱解完畢，不再吸收熱量，爐腔內(nèi)溫度趨于穩(wěn)定，形成了得熱和散熱的平衡。在如上所述的升溫過程中，記錄下熱解氣產(chǎn)出的瞬時(shí)流量，如圖4-19圖4-19 瞬時(shí)流量隨時(shí)間的變化曲線通過瞬時(shí)流量，進(jìn)行累積，得到的熱解氣的累積流量（產(chǎn)量），如圖4-20 ：圖4-20 累積流量隨時(shí)間變化的曲線從圖中可見，產(chǎn)氣瞬時(shí)流量從開始點(diǎn)逐步增大，在15分鐘的時(shí)候達(dá)到峰值，此時(shí)即為PVC塑料與木材此混合比例下，物料熱解反應(yīng)的最劇烈時(shí)刻。隨后熱解氣產(chǎn)

52、氣速率逐步下降，36分鐘過后，物料產(chǎn)氣基本停止。實(shí)驗(yàn)停機(jī)。通過氧化鋯氣相色譜儀，分析實(shí)驗(yàn)過程中采集的樣氣，得到樣氣的色譜圖如下圖4-21：圖4-21 色譜儀生成的樣氣色譜圖通過色譜圖中代表特定氣體含量的波形面積，得出每袋樣氣中各種成分的含量百分?jǐn)?shù)，繼而得到隨時(shí)間變化樣氣成分的變化曲線，如圖4-22：圖4-22 熱解氣成分隨時(shí)間的變化曲線通過圖4-22可知，隨時(shí)間變化，熱解產(chǎn)氣中各組分的比例大體比較穩(wěn)定。熱解氣中，H2（氫氣）和CH4（甲烷）含量比較高，其次是CO（一氧化碳）、C2H4（乙烯）、CO2（二氧化碳）、C2H6（乙烷）等。在產(chǎn)量變化方面，CH4（甲烷）的產(chǎn)量先隨時(shí)間逐步增加，到達(dá)實(shí)驗(yàn)

53、中間部分，產(chǎn)量大幅降低。C2H4和C2H6的產(chǎn)量從實(shí)驗(yàn)開始基本即是最高點(diǎn)，隨實(shí)驗(yàn)進(jìn)行產(chǎn)量逐步減少。 CO的產(chǎn)量隨時(shí)間略有增加。綜合熱解氣成分和產(chǎn)量隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)，根據(jù)各組分的熱值4，通過以下公式還可得到熱解氣所含熱值隨時(shí)間變化的規(guī)律。q =q1l1+q2l2+q3L3+qnln其中：q表示產(chǎn)氣的瞬時(shí)總熱值； qn表示產(chǎn)氣某一成分的熱值；ln表示與qn對(duì)應(yīng)的氣體成分在產(chǎn)氣瞬時(shí)流量中所占的百分比。Q =Q1L1+Q2L2+Q3L3+QnLn其中：Q表示產(chǎn)氣的總熱值； Qn表示產(chǎn)氣某一成分的熱值；Ln表示與Qn對(duì)應(yīng)的氣體成分在產(chǎn)氣總量中所占的百分比。通過以上兩個(gè)公式，即可分別計(jì)算出熱解產(chǎn)氣的高熱值

54、和低熱值,數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如下圖4-23：圖4-23 熱解產(chǎn)氣的高、低熱值通過上述過程求得熱解氣的瞬時(shí)熱值后，乘以對(duì)應(yīng)時(shí)間的瞬時(shí)產(chǎn)氣量，即可得到熱解氣的瞬時(shí)產(chǎn)能，即單位時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生熱解氣的總能量。它的意義在于可以判斷出此種物料熱解后，能夠被回收的熱量，即能夠節(jié)省熱解爐加熱所用燃料的多少。通過計(jì)算得到如圖4-24的數(shù)據(jù)：圖4-24 熱解氣瞬時(shí)高、低熱值隨對(duì)應(yīng)的產(chǎn)率如圖可見，情況基本與前面兩組實(shí)驗(yàn)相類似，熱解氣體的瞬時(shí)熱值和產(chǎn)率也都隨時(shí)間逐漸減小，這與物料內(nèi)熱解出的氣體成分有關(guān)，越到實(shí)驗(yàn)的較后階段，熱解出的氣體中大分子可燃?xì)怏w就越少，這在“圖4-22 熱解氣成分隨時(shí)間的變化曲線”中也可以得到印證。隨著可燃?xì)怏w的愈發(fā)“小