源頭提質(zhì)的可燃固體廢物流化床氣化實(shí)驗(yàn)

李延吉，于夢(mèng)竹，李潤(rùn)東，池涌

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源頭提質(zhì)的可燃固體廢物流化床氣化實(shí)驗(yàn)

李延吉1, 2，于夢(mèng)竹1，李潤(rùn)東1，池涌2

(1．沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 清潔能源遼寧省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽(yáng)，110136； 2．浙江大學(xué) 能源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州，310027)

采用流化床對(duì)源頭提質(zhì)的可燃固體廢物進(jìn)行氣化實(shí)驗(yàn)研究，研究反應(yīng)溫度和空氣當(dāng)量比(ER)對(duì)燃?xì)饨M分變化和氣化反應(yīng)特性的影響。研究結(jié)果表明：隨著氣化溫度升高，H2和CO體積分?jǐn)?shù)也隨之升高，而CO2和CH4體積分?jǐn)?shù)隨著氣化溫度升高而降低；隨著空氣當(dāng)量比增大，CO2體積分?jǐn)?shù)也隨之增加，而H2和CH4體積分?jǐn)?shù)隨著空氣當(dāng)量比增大而減少；氣化氣可燃成分中的CO體積分?jǐn)?shù)最高，H2和CH4體積分?jǐn)?shù)次之；氣化氣低位熱值隨著氣化溫度升高和空氣當(dāng)量比增大而降低，而氣化效率隨著氣化溫度升高和空氣當(dāng)量比增大而降低；氣化氣產(chǎn)率隨著溫度升高而增大，隨著空氣當(dāng)量比增大而增大。典型組分氣化的最優(yōu)工況如下：空氣當(dāng)量比為0.4，溫度為700 ℃。

源頭分類提質(zhì)；可燃固體廢物；流化床；氣化

針對(duì)目前石化能源短缺以及其應(yīng)用所帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，人們?cè)絹?lái)越重視清潔能源即氫能的開(kāi)發(fā)和利用。對(duì)城市生活垃圾采用氣化處理工藝不僅可以解決城市日益嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，而且可以制得含CO和H2較高的低熱值燃料氣。我國(guó)城市垃圾組分復(fù)雜，灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，氣化燃?xì)鉄嶂底兓秶鸀?.35~ 5.02 MJ/m3，對(duì)生活垃圾采用源頭提質(zhì)方式制備衍生燃料(RDF)后進(jìn)行氣化處理可以得到高熱值的代用天然氣(SNG)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)城市生活垃圾的廢物—能源轉(zhuǎn)換。近年來(lái)，歐美、日本等國(guó)家和地區(qū)相繼開(kāi)發(fā)用于垃圾處理的氣化熔融技術(shù)[1?2]。我國(guó)在這一領(lǐng)域研究起步較晚，沈陽(yáng)航空航天大學(xué)在源頭提質(zhì)生活垃圾制備衍生燃料(RDF)及燃料化利用技術(shù)研究方面展開(kāi)了大量的基礎(chǔ)研究，氣化技術(shù)逐漸成熟，應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛[3?6]。張立靜等[7]研究氣化熔融技術(shù)對(duì)國(guó)內(nèi)城市生活垃圾的適應(yīng)性，結(jié)果表明過(guò)量當(dāng)空氣系數(shù)為0.3~0.4時(shí)，氣化產(chǎn)物熱值最高；隨著垃圾含水率升高，氣化和熔融溫度降低；NILSSON等[8]利用流化床，研究橄欖枝在760~900 ℃下加入不同的氣化劑對(duì)其氣化實(shí)驗(yàn)的影響，測(cè)定其氣化反應(yīng)速率，并利用動(dòng)力學(xué)模型對(duì)以水蒸氣和CO2作為氣化劑的氣化反應(yīng)速率進(jìn)行估算；金余其等[9]研究塑料和橡膠的流化床氣化特性，其結(jié)果表明聚乙烯(PE)氣化對(duì)溫度不敏感，在較低溫度(即550 ℃時(shí))即可達(dá)到很好的氣化效果，能量轉(zhuǎn)化率達(dá)到80%以上；而溫度對(duì)橡膠的氣化有顯著的影響，在較高溫度即750 ℃時(shí)氣化效果較好，能量轉(zhuǎn)化率為78.76%。還有一些學(xué)者就垃圾組分、催化劑、反應(yīng)工況控制等方面開(kāi)展了大量基礎(chǔ)研究以及中試試驗(yàn)研究[10?13]。針對(duì)源頭生活垃圾有機(jī)組分中含有大量的碳?xì)浠衔铮邿嶂到M分如塑料、廢紙及生物質(zhì)類等體積分?jǐn)?shù)越來(lái)越高，實(shí)現(xiàn)垃圾干濕分類收集并高效利用成為研究熱點(diǎn)，濕類可降解垃圾用于發(fā)酵處理，干類高熱值組分進(jìn)行高附加燃料RDF制備利用[14?17]。本文作者以提質(zhì)后垃圾組分為實(shí)驗(yàn)材料，在中試流化床反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行空氣氣化反應(yīng)，研究氣化溫度和空氣當(dāng)量比等因素對(duì)可燃固體廢物氣化產(chǎn)氣特性影響，以期為進(jìn)一步研究城市生活垃圾RDF燃料化高效能源化利用提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

實(shí)驗(yàn)材料選用分揀出的典型組分，有紙類和鋸末類2種，混合組分采用源頭提質(zhì)垃圾，破碎后物料粒徑均小于10 mm，并分別保存在密閉容器以備實(shí)驗(yàn)所需?；旌侠慕M成見(jiàn)表1，物料的元素分析及工業(yè)分析結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表2。

表1 源頭提質(zhì)垃圾中各類組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)

試循環(huán)流化床氣化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1，最大處理量為20 kg/h。氣化爐是一根內(nèi)徑為0.108 m，高為4 m的2520管，最高耐溫為1 200 ℃。布風(fēng)板(含18個(gè)蘑菇型風(fēng)帽)向上設(shè)有60 kW的電加熱裝置，加熱高度為2.5 m，配置2個(gè)旋風(fēng)除塵裝置用于收集飛灰以及冷凝焦油回收。實(shí)驗(yàn)床料采用平均粒徑為180~250 μm的高鋁礬土，根據(jù)冷態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果流化風(fēng)速設(shè)定為8 m3/h。

氣化燃料氣采用在線監(jiān)測(cè)手段，測(cè)定設(shè)備為Gasboard-3100紅外煙氣分析儀。

表2 物料元素分析結(jié)果和工業(yè)分析結(jié)果對(duì)比

注：Mad為空氣干燥基水分；Aad為空氣干燥基灰分；Vad為空氣干燥基揮發(fā)分；FCad為空氣干燥基固定碳。

1—溫度控制柜；2—螺旋加料器；3—料倉(cāng)； 4—空氣預(yù)熱器；5—風(fēng)機(jī)；6—轉(zhuǎn)子流量計(jì)；7—混風(fēng)器； 8—保溫層；9—外護(hù)板；10—燃燒爐； 11—旋風(fēng)分離器1；12—灰斗；13—旋風(fēng)分離器2； 14—排渣管；15—布風(fēng)板。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 空氣當(dāng)量比對(duì)氣化產(chǎn)氣組分的影響

在氣化溫度為700 ℃，空氣當(dāng)量比范圍為0.4~0.6的條件下，不同空氣當(dāng)量比對(duì)不同組分產(chǎn)氣特性影響見(jiàn)圖2。空氣當(dāng)量比增加導(dǎo)致反應(yīng)溫度升高，將帶來(lái)雙重影響。一是促進(jìn)氣化焦油的二次裂解程度加深，苯及其衍生物的分子內(nèi)橋鍵斷裂，生成短鏈烴類，同時(shí)羧基、羰基等易斷鍵發(fā)生進(jìn)一步裂解為小分子化合物，使燃?xì)庵锌扇冀M分體積分?jǐn)?shù)有所提高，但必有部分可燃組分參與過(guò)多氧源的燃燒氧化反應(yīng)而降低燃?xì)庵锌扇冀M分體積分?jǐn)?shù)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著空氣當(dāng)量比增大，紙類組分H2體積分?jǐn)?shù)呈明顯下降趨勢(shì)，空氣量增多有利于H2與O2氧化反應(yīng)的進(jìn)行，導(dǎo)致氣化氣中H2體積分?jǐn)?shù)減少。而鋸末中H2體積分?jǐn)?shù)略呈上升趨勢(shì)，鋸末中揮發(fā)出大量H2，與O2發(fā)生氧化反應(yīng)生成H2O。由于鋸末中水分和H元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均比紙類中的高，所以生成了一定量H2O，發(fā)生CO變換反應(yīng)生成CO2和H2；紙類和鋸末組分中的CO和CH4體積分?jǐn)?shù)均呈下降趨勢(shì)，CO2體積分?jǐn)?shù)呈升高趨勢(shì)，一方面是由于反應(yīng)器內(nèi)氧濃度增大，有利于CO在碳粒表面發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO2，另一方面是由于CO與H2O發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)還有甲烷化反應(yīng)產(chǎn)生的CH4進(jìn)一步氧化，導(dǎo)致CO和CH4體積分?jǐn)?shù)減少，CO2體積分?jǐn)?shù)增多。而源頭提質(zhì)垃圾中紙類組分所占比例比鋸末類的高得多，所以，源頭提質(zhì)垃圾的氣化產(chǎn)氣體積分?jǐn)?shù)變化趨勢(shì)基本與紙類組分的一致。因此，當(dāng)空氣當(dāng)量比大于最佳當(dāng)量比時(shí)，將為氣化和燃燒提供多余氧源，必將使氣化燃?xì)庵械目扇冀M分(H2，CO和CH4)產(chǎn)率減少，特別是H2和CO產(chǎn)率衰減較快，CO2產(chǎn)率增加。若要取得合適的氣化氣組成，則必須選擇合適的當(dāng) 量比。

1—紙；2—鋸末；3—源頭提質(zhì)垃圾。

當(dāng)空氣當(dāng)量比為0.4時(shí)，紙類組分氣化H2所占體積分?jǐn)?shù)最高，其次為鋸末，最后為源頭提質(zhì)垃圾。當(dāng)空氣當(dāng)量比增大到一定程度時(shí)，鋸末氣化，其中CO與H2O反應(yīng)起主要作用，導(dǎo)致鋸末產(chǎn)H2所占體積分?jǐn)?shù)最高，然后是紙，最后是源頭提質(zhì)垃圾；各組分含C質(zhì)量分?jǐn)?shù)從大到小依次為源頭提質(zhì)垃圾、鋸末、紙，因此源頭提質(zhì)垃圾生成的CO體積分?jǐn)?shù)最高，而當(dāng)空氣當(dāng)量比低時(shí)，鋸末中CO變換反應(yīng)不是很明顯，因此，CO體積分?jǐn)?shù)比紙類的高，但當(dāng)空氣當(dāng)量比增大到0.6時(shí)，CO反應(yīng)比較明顯，導(dǎo)致其下降幅度較大；由于CO體積分?jǐn)?shù)變化，CO2體積分?jǐn)?shù)隨之變化，當(dāng)空氣當(dāng)量比0.4時(shí)，紙類CO體積分?jǐn)?shù)最少，因此，生成CO2較多，紙類氣化氣中CO2體積分?jǐn)?shù)最高，其次是鋸末，最后是源頭提質(zhì)垃圾。但當(dāng)空氣當(dāng)量比增大時(shí)，各組分CO2體積分?jǐn)?shù)均增大。由于鋸末的CO變換反應(yīng)開(kāi)始起作用，因此，在空氣當(dāng)量比0.5時(shí)，紙類組分的CO2體積分?jǐn)?shù)與鋸末的幾乎相同。隨著空氣當(dāng)量比增大，CO變換反應(yīng)逐漸增強(qiáng)，因此，鋸末CO2體積分?jǐn)?shù)比紙類組分的高。

2.2 空氣當(dāng)量比對(duì)氣化反應(yīng)特性影響

下面研究當(dāng)量比對(duì)氣化反應(yīng)特性參數(shù)(氣化氣熱值、氣化氣產(chǎn)率和固定碳轉(zhuǎn)化率)影響。不同空氣當(dāng)量比對(duì)各組分產(chǎn)氣熱值影響見(jiàn)圖3。由圖3可知：隨著空氣當(dāng)量比增加，各組分氣化熱值均呈下降趨勢(shì)，其中紙類組分氣化熱值從4.387 MJ/m3下降到 0.946 MJ/m3，下降78.44%；鋸末組分氣化熱值從3.551 MJ/m3下降到1.451 MJ/m3，下降59.14%；源頭提質(zhì)垃圾的氣化熱值從3.729 MJ/m3下降到 0.274 MJ/m3，下降92.65%。隨著空氣當(dāng)量比增大，促進(jìn)物料和可燃?xì)饨M分與氧氣的氣化反應(yīng)，同時(shí)焦油的二次裂解等作用也增強(qiáng)，從而使氣化熱值有所提高；但由于底部存在燃燒反應(yīng)，燃?xì)庵蠧O2體積分?jǐn)?shù)增加，同時(shí)由于空氣中N2的稀釋作用，氣化熱值降低。在競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)中熱值增加量要遠(yuǎn)低于熱值減少量，因此，氣化熱值會(huì)隨空氣當(dāng)量比增大而下降。各組分氣化熱值最高點(diǎn)均在空氣當(dāng)量比為0.4處，此時(shí)紙、鋸末和源頭提質(zhì)垃圾的氣化熱值分別為4.387，3.551和3.729 MJ/m3。不同空氣當(dāng)量比對(duì)各組分產(chǎn)氣率影響見(jiàn)圖4。由圖4可知：紙類組分燃?xì)猱a(chǎn)率從1.306 m3/kg增至1.732 m3/kg，上升32.62%；鋸末組分燃?xì)猱a(chǎn)率從 1.638 m3/kg增至2.328 m3/kg，上升42.12%；源頭提質(zhì)垃圾的氣化氣產(chǎn)率從2.086 m3/kg增至2.619 m3/kg，上升25.55%。隨著空氣當(dāng)量比增大，氣化單元內(nèi)氧量增加，反應(yīng)強(qiáng)度增大從而導(dǎo)致氣化溫度升高，氣化溫度升高促進(jìn)物料快速發(fā)生熱解氣化反應(yīng)，促使生成更多燃?xì)?，更有助于分解反?yīng)產(chǎn)物(焦油等)進(jìn)一步裂解成小分子氣體，加上空氣中N2體積分?jǐn)?shù)增加，導(dǎo)致燃?xì)猱a(chǎn)率隨著空氣當(dāng)量比增大而增大。各組分產(chǎn)氣率最高點(diǎn)均在空氣當(dāng)量比為0.6處，分別為1.732，2.328和2.619 m3/kg。

1—紙；2—鋸末；3—源頭提質(zhì)垃圾。

1—紙；2—鋸末；3—源頭提質(zhì)垃圾。

不同空氣當(dāng)量比對(duì)各組分氣化效率與固定碳轉(zhuǎn)化率的影響分別見(jiàn)圖5和圖6。由圖5可知：紙和源頭提質(zhì)垃圾的氣化效率均呈下降趨勢(shì)，當(dāng)空氣當(dāng)量比大于0.5后降幅明顯，紙類組分的氣化效率從53.47%減至50.08%再減至15.30%，下降38.17%，而源頭提質(zhì)的氣化效率從37.03%減至25.16%再減至3.41%，下降34.62%；鋸末的氣化效率呈穩(wěn)定下降趨勢(shì)，從32.67%減至27.58%再減至24.79%，下降7.88%。受空氣當(dāng)量比的影響，燃?xì)鉄嶂到捣^明顯，而燃?xì)猱a(chǎn)率的升幅遠(yuǎn)低于燃?xì)鉄嶂档慕捣?，從而?dǎo)致氣化氣熱值和氣化氣產(chǎn)率均隨著空氣當(dāng)量比增大而呈下降趨勢(shì)。各組分氣化效率最高點(diǎn)均在空氣當(dāng)量比為0.4處，其值分別為53.49%，32.67%和37.03%。由此可見(jiàn)，空氣當(dāng)量比增加導(dǎo)致氣化溫度明顯升高，反應(yīng)中心產(chǎn)生大量活性碳分子，這些碳分子將與一次生成物發(fā)生激烈有效碰撞而加快氣化反應(yīng)速率，導(dǎo)致碳轉(zhuǎn)化率逐漸升高，氣化產(chǎn)氣率上升。同時(shí)，也加快內(nèi)在結(jié)合水及揮發(fā)分的深度析出，使反應(yīng)物料產(chǎn)生更小微孔或者發(fā)生破碎，增加反應(yīng)物料的表面積，氣體產(chǎn)率明顯提高。但由于超過(guò)最佳空氣當(dāng)量比，導(dǎo)致產(chǎn)生過(guò)多的氧氣與氮?dú)?，影響氣化熱值?/p>

1—紙；2—鋸末；3—源頭提質(zhì)垃圾。

1—紙；2—鋸末；3—源頭提質(zhì)垃圾。

由圖6可知：紙類和鋸末固定碳轉(zhuǎn)化率均呈現(xiàn)出小幅上升趨勢(shì)，紙類固定碳轉(zhuǎn)化率從67.91%上升到74.40%，鋸末固定碳轉(zhuǎn)化率從69.68%上升到74.69%。當(dāng)空氣當(dāng)量比為0.6時(shí)，二者固定碳轉(zhuǎn)化率最高，其值分別為74.40%和74.69%。隨著空氣當(dāng)量比增加，反應(yīng)溫度升高，促進(jìn)吸熱還原反應(yīng)的進(jìn)行，同時(shí)更多物料熱解后生成的殘?zhí)客ㄟ^(guò)燃燒反應(yīng)生成CO與CO2進(jìn)入氣相，使得碳轉(zhuǎn)化率隨空氣當(dāng)量比增加而升高。而源頭提質(zhì)垃圾固定碳轉(zhuǎn)化率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，從74.99%降到48.84%，最高點(diǎn)出現(xiàn)在空氣當(dāng)量比為0.4處，其值為74.99%，這是源頭提質(zhì)的垃圾中不僅僅含有紙類和鋸末這2種組分，還有橡塑類和紡織類存在，這些組分影響其固定碳轉(zhuǎn)化率。

2.3 溫度對(duì)氣化產(chǎn)氣組分變化作用

當(dāng)空氣當(dāng)量比為0.4，氣化溫度(600~900 ℃)對(duì)不同組分氣化燃料氣成分(H2，CO，CO2和CH4)體積分?jǐn)?shù)的影響見(jiàn)圖7。由圖7可知：紙類組分H2體積分?jǐn)?shù)呈增大趨勢(shì)，由于氣化溫度升高，紙類的一次產(chǎn)物(芳香結(jié)構(gòu))發(fā)生脫氫反應(yīng)，物料中的揮發(fā)分逐漸析出H2；在高溫階段，由于焦油的二次裂解反應(yīng)以及水煤氣反應(yīng)的發(fā)生，促進(jìn)大分子裂解生成大量H2，同時(shí)由于氣化溫度升高，促進(jìn)紙類組分中碳?xì)浠衔镂鼰嶂卣磻?yīng)，加劇了CH4的裂解反應(yīng)，CH4裂解生成C和H2，使H2體積提高以及CH4和C2烴類氣體體積降低，導(dǎo)致CH4體積分?jǐn)?shù)隨著氣化溫度升高而快速下降，因此，紙類的H2體積分?jǐn)?shù)隨著氣化溫度升高而增大，而CH4體積分?jǐn)?shù)卻隨之減少。而鋸末組分的H2體積分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)波動(dòng)趨勢(shì)，先上升后下降，這是因?yàn)殇從┲欣w維素和木質(zhì)素的熱解溫度失重范圍都比紙類組分的要低。在低溫區(qū)，隨著溫度逐漸升高，H2體積分?jǐn)?shù)先升高，而當(dāng)溫度升高到900 ℃，雖然溫度升高促進(jìn)了一部分大分子裂解產(chǎn)生H2，但也加強(qiáng)了H2氧化反應(yīng)，因此鋸末的H2體積分?jǐn)?shù)先上升后下降。

1—紙；2—鋸末。

2C+O2=2CO+246 kJ (1)

C+O2=CO2+408 kJ (2)

C+CO2=2CO?172 kJ (3)

CH4+H2O=CO+3H2?206 kJ (4)

CH4+2H2O=CO2+4H2?165 kJ (5)

C+H2O=CO+H2?131 kJ (6)

紙和鋸末兩者的CO體積分?jǐn)?shù)均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，CO2體積分?jǐn)?shù)呈下降趨勢(shì)。這可能是由于在低溫區(qū)，物料受熱后揮發(fā)分大量析出，物料中的羧基、碳基等裂解生成大量CO和CO2(式(1)是低溫下CO生成的主導(dǎo)反應(yīng))，隨著溫度升高，促進(jìn)揮發(fā)分的二次裂解反應(yīng)，同時(shí)物料中羧基、羰基裂解生成的CO加劇了碳的還原反應(yīng)，使大量CO2還原為CO(式(3)與式(6)是高溫下CO生成的主導(dǎo)反應(yīng))，導(dǎo)致CO體積分?jǐn)?shù)隨氣化溫度升高而增大，而CO2體積分?jǐn)?shù)隨氣化溫度升高而減少。

氣化溫度升高為反應(yīng)物料和焦油等一次產(chǎn)物的二次裂解以及反應(yīng)提供充足熱量，燃?xì)饨M分比例有了較大改善，適宜的溫度條件是其達(dá)到良好氣化效果的先決條件，也是決定氣化工藝經(jīng)濟(jì)型的主要因素。

2.4 溫度對(duì)氣化反應(yīng)特性的影響

當(dāng)空氣當(dāng)量比為0.4，氣化溫度為600~900 ℃時(shí)，探討氣化溫度對(duì)不同組分流化床氣化特性參數(shù)(氣化熱值、氣化氣產(chǎn)率、固定碳轉(zhuǎn)化率)的影響。溫度對(duì)不同組分產(chǎn)氣熱值的影響見(jiàn)圖8。由圖8可知：兩單組分的燃?xì)鉄嶂稻氏壬仙笙陆档内厔?shì)。在高溫區(qū)，由于燃?xì)庵蠧H4體積分?jǐn)?shù)隨著氣化溫度升高而大幅下降，導(dǎo)致高溫區(qū)燃?xì)鉄嶂惦S氣化溫度升高而明顯下降。在氣化溫度為700 ℃處，兩組分的氣化氣熱值最高，分別為4.422 MJ/m3和3.549 MJ/m3。

氣化溫度對(duì)產(chǎn)氣率的影響見(jiàn)圖9。由圖9可知：紙類的燃?xì)猱a(chǎn)率呈升高趨勢(shì)。根據(jù)阿累尼烏斯定律可知?dú)饣瘻囟壬哂欣诩涌旆磻?yīng)速率，利于熱解氣化反應(yīng)的快速進(jìn)行，反應(yīng)向燃料氣生成方向移動(dòng)，因此，燃?xì)猱a(chǎn)率呈上升趨勢(shì)。當(dāng)氣化溫度為900 ℃時(shí)，燃?xì)猱a(chǎn)率最高為1.363 m3/kg。而鋸末組分的氣化氣產(chǎn)率呈現(xiàn)升高后緩慢下降趨勢(shì)，可能是由于鋸末組分在低溫裂解生成的氣化氣，在溫度升高后有少量成分又被氧化，從而導(dǎo)致氣化氣產(chǎn)率略有下降。當(dāng)氣化溫度為700 ℃時(shí)，鋸末的燃?xì)猱a(chǎn)率最高點(diǎn)，其值為1.638 m3/kg。

在不同溫度作用下，各組分氣化效率與固定碳轉(zhuǎn)化率的變化分別見(jiàn)圖10和圖11。由圖10可知：紙的氣化效率呈先上升后下降趨勢(shì)，最大值出現(xiàn)在700 ℃處，其值為54.09%。而鋸末氣化效率的變化趨勢(shì)也受氣化熱值和氣化氣產(chǎn)率二者共同影響，由于這二者的變化趨勢(shì)都是先升高后下降，因此，鋸末的氣化效率也呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)。氣化效率的最大值也出現(xiàn)在氣化溫度為700 ℃處，其值為32.65%。由圖11可知：氣化和鋸末的固定碳轉(zhuǎn)化率均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。在低溫區(qū)，溫度逐漸升高有利于CO生成，促進(jìn)C進(jìn)入氣相反應(yīng)，而在高溫區(qū)，由于CO2和CH4體積分?jǐn)?shù)均隨著氣化溫度升高而大幅度下降，從而導(dǎo)致固定碳轉(zhuǎn)化率隨著氣化溫度升高而大幅度下降。兩者的固定碳轉(zhuǎn)化率最大值均出現(xiàn)在氣化溫度為700 ℃處，其值分別為95.53%和69.67%。通過(guò)以上分析可知，溫度對(duì)碳水化合物氣化反應(yīng)的影響很難由經(jīng)驗(yàn)判斷。雖然溫度升高可促進(jìn)氣化反應(yīng)以及裂解反應(yīng)進(jìn)行，但是在較高溫度下，有可能發(fā)生燃?xì)饨M分內(nèi)部的相互作用而導(dǎo)致品質(zhì)發(fā)生變化；同時(shí)，對(duì)于高揮發(fā)分物質(zhì)而言，在空氣氣化條件下，氣化溫度升高對(duì)產(chǎn)氣品質(zhì)的影響并不明顯。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，這對(duì)氣化工藝優(yōu)化具有一定指導(dǎo)意義。

1—紙；2—鋸末。

1—紙；2—鋸末。

1—紙；2—鋸末。

1—紙；2—鋸末。

3 結(jié)論

1) 隨著空氣當(dāng)量比增大，CO2體積分?jǐn)?shù)也增加，而H2，CO和CH4體積分?jǐn)?shù)減少；燃?xì)獾臀粺嶂到档停堫惤M分氣化熱值下降78.44%，鋸末組分氣化熱值下降59.14%，源頭提質(zhì)垃圾組分氣化熱值下降92.65%；產(chǎn)氣率增大，紙類組分產(chǎn)氣率上升32.62%，鋸末組分產(chǎn)氣率上升42.12%，源頭提質(zhì)垃圾組分的產(chǎn)氣率上升25.55%；氣化效率降低，紙類組分的氣化效率下降38.17%，鋸末組分的氣化效率下降7.88%，源頭提質(zhì)垃圾組分的氣化效率下降34.62%。

2) 隨著氣化溫度升高，H2和CO體積分?jǐn)?shù)也隨之升高；而CO2和CH4體積分?jǐn)?shù)隨之降低。燃?xì)鉄嶂迪壬吆蠼档?，產(chǎn)氣率增大，氣化效率降低，固定碳轉(zhuǎn)化率先升高后降低。

3) 氣化燃?xì)饨M分中CO體積分?jǐn)?shù)最高，達(dá)到16.38%，H2和CH4體積分?jǐn)?shù)次之，H2可達(dá)6.95%，CH4可達(dá)10.10%。典型組分氣化的最優(yōu)工況為空氣當(dāng)量比為0.4，溫度為700 ℃。

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(編輯 伍錦花)

Experimental study on gasification based on source-collected combustible solid waste

LI Yanji1,2, YU Mengzhu1, LI Rundong1, CHI Yong2

(1. Clean Energy Key Laboratory of Liaoning, shenyang Aerospace University, Shenyang 110136, China; 2. State Key Laboratory Clean Energy Utilization, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China)

The effects of temperature and air equivalence ratio (ER) on gasification characteristics of combustible solid waste were studied based on the source-classified garbage in a fluidized bed gasifier. The main studied factors were the composition variation of syngas and the characteristics of gasification. The results show that with the increase of gasification temperature, the volume fractions of H2and CO also increase while the volume fractions of CO2and CH4decrease. With the increase of ER, CO2volume fraction also increases while H2and CH4volume fractions reduce. The CO volume fraction of the gas products is the highest, H2and CH4volume fractions are second highest. Low calorific value of syngas decreases with the increase of gasification temperature and air equivalence ratio(ER), and gasification efficiency decreases when gasification temperature and air equivalence ratio(ER) increase. Gasification gas yield increases with the increase of gasification temperature and air equivalence ratio(ER). The optimal condition for gasification typical components is as follows: air equivalence ratio is 0.4 and gasification temperature is 700 ℃.

source classification; combustible solid waste; fluidized bed; gasification

TK6

A

1672?7207(2018)08?2091?08

10.11817/j.issn.1672?7207.2018.08.032

2017?08?22；

2017?09?26

遼寧省教育廳資助項(xiàng)目(L201707)；遼寧省科學(xué)技術(shù)計(jì)劃項(xiàng)目(2013230001))(Project(L201707) supported by the Department of Education of Liaoning Province; Projects(2013230001) supported by the Science and Technology Program of Liaoning Province)

池涌，博士，教授，從事廢棄物資源化清潔利用研究；E-mail：chiyong@zju.edu.cn