垃圾氣化技術(shù)與設備研究

第10期機械設計與制造2011年10月Machinery Design Manufacture241文章編號:1001-3997(2011)00241-02垃圾氣化技術(shù)與設備研究←何慶王啟路(江蘇技術(shù)師范學(xué)院機械學(xué)院,常州213001)Research on gasification technology and equipment of municipal solid wastesHE Qing, WANG Qi-lu(School of Mechanical Engineering, Jiangsu Teachers University of Technology, Changzhou 213001, China)【摘要】垃圾氣化是一項新型能源開(kāi)發(fā)及垃圾環(huán)倸處理的新技術(shù)。該技術(shù)將預先篩選、破碎的城市生活垃圾送入到氣化爐中,在氣化爐的控制條件下,使垃圾中的有機組分發(fā)生化學(xué)反應,纖過(guò)一定f的處理手段,最終制得清潔可燃氣體供人們使用。分析了國內外近年來(lái)垃圾熱分解技術(shù)的研究迸展,調明了垃圾氣化的化學(xué)原理,結合圖例及研究概況,分類(lèi)介紹了垃圾氣化工藝及主要設備,最后,對垃圾氣化技術(shù)的應用前景進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞:生活垃圾;熱分解;氣化爐[Abstract] The gas fication is a new technology in environme ntal treatment for municipal solid wastes iin new energy development, which is to feed municipal solid was tes, pretreated by filtrating and shreddingways,to the gasification stove, so that the waste reacts under the controlled conditions and clean gas fuels canbe obtained to be supplied to people afier certain treatment procedures. In this article the development item ofe waste thermal decomposition technology home or abroad is introduced and the chemical principle of thewaste gasification is expounded combing with graphic symbol and study profile as well as the gasification pro-cess and equipments is sorted and presented In the end, the application future of the technology is foreseen.Key words: Municipal solid wastes; Thermal decomposition; Gasification stove中圖分類(lèi)號:TH16文獻標識碼:A1前言2熱分解氣化原理垃圾氣化技術(shù)的研究開(kāi)始于20世紀70年代,當時(shí)的目的原城市生活垃圾中含有大量的有機物如塑料剩飯菜、紙類(lèi)、是為了解決世界性石油危機想找到能替代石油的新能源但由于草木、樹(shù)枝等這些有機物都是可燃的。在無(wú)氧或缺氧條件下加制氣成本高昂故研究停滯不前。隨著(zhù)當前化石能源逐漸的枯竭尋熱,有機化合物在熱能的作用下化合鍵斷裂由大分子量化合物找新的能源途徑再次被提上了日程。在歐美發(fā)達國家陸續出臺了轉化成小分子量的燃氣、油或油脂液狀物及焦炭等小分子化合系列的城市垃圾管理條例,促使垃圾氣化技術(shù)重新得到重視成物。在垃圾燃燒氣化爐的特殊結構條件下點(diǎn)燃氣化爐底周?chē)臑槔^垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)后的研究新熱點(diǎn)垃圾氣化是把垃圾中的有垃圾(或助燃物)發(fā)生氧化反應產(chǎn)生熱量爐內溫度隨之升高,機組分和水分通過(guò)化學(xué)反應轉化成CO、H2CH等清潔燃氣的技其上部被隔絕空氣的、已干燥的垃圾與灼熱的碳發(fā)生化學(xué)反應;術(shù)產(chǎn)生的氣體經(jīng)過(guò)濾、增壓等處理后可提供工業(yè)燃氣(供應鍋爐、此時(shí)垃圾中的水分和有機碳發(fā)生反應,最后生成以一氧化碳氫供熱或熱電廠(chǎng)),也可作為居民生活用氣這樣可以代替價(jià)格不斷上氣和甲烷等為主體的燃料氣體。在過(guò)量空氣系數小于1的情況漲的化石類(lèi)能源既實(shí)現了廢物利用,又保護了環(huán)境下,垃圾進(jìn)行不完全燃燒,產(chǎn)生的熱量使爐溫繼續升高加速反應在過(guò)去的20年間,世界范圍內些垃圾氣化處理項目已經(jīng)的進(jìn)行垃圾氣化過(guò)程是復雜的化學(xué)反應主要發(fā)生有裂解反應、經(jīng)過(guò)測試投入了實(shí)際運行,如瑞土某公司研制的熱選式氣化爐、還原反應、煤氣反應等。美國某公司研制的有多個(gè)型號的沸騰床垃圾氣化爐、貝勒哥倫布氣化介質(zhì)可以是空氣、水蒸汽、富氧空氣等,用氧氣作氧化實(shí)驗室(BCL)研制的外供熱式氣化爐等。劑時(shí),垃圾氣化得到的可燃氣體低位發(fā)熱量約為11000ym3,用我國的垃圾氣化技術(shù)雖然研究時(shí)間不長(cháng),但也取得了一系空氣作氧化劑時(shí)由于氮氣的稀釋作用,氣化得到的可燃氣體低列的進(jìn)展,開(kāi)發(fā)了幾種適合我國實(shí)際情況的垃圾氣化處理技術(shù),如中科院廣州能源所進(jìn)行了通空氣作為氣化劑的下吸式氣化爐位發(fā)熱量約為5500J/m3,垃圾氣化后的燃氣氣體組成一般比例為:CO%:50%、H2嫩果最佳所可燃氣熱值為460從中國林業(yè)秤學(xué)研究院利3垃圾氣化中國煤化工CNMHG用流態(tài)化氣化爐處理城市生活垃圾反應溫度為(600-750)℃垃圾熱分解氣化技術(shù)是指垃圾在缺氧的件下,高溫發(fā)生時(shí)所得煤氣熱值為(6500-7500)kJ/m3熱化學(xué)反應制取可燃氣體的過(guò)程。在封閉的環(huán)境中高溫、高壓★來(lái)稿日期:2010-12-11*基金項目:江蘇省“青藍工程”項目資助(KYQ0906)242何慶等:垃圾氣化技術(shù)與設備研究第10期及較長(cháng)的駐留時(shí)間甚至可以摧毀最復雜的有機化合物而產(chǎn)生可3.1.3熱選式氣化技術(shù)回收利用的綜合性燃氣。殘留的酸性氣體及易發(fā)散的金屬都在垃圾進(jìn)入氣化爐后,用大壓力的壓縮機將垃圾壓縮到原體工藝區內加以處理回收重金屬成分可作為易管理的沉淀態(tài)加以積的15,并將空氣壓出爐外,氣化爐由600℃左右的高溫煙氣加回收,氣化爐產(chǎn)生的燃氣可用于直接用作炊事加熱鍋爐或工業(yè)煤熱,垃圾在氣化爐內停留幾秒后被壓向高溫反應爐在其內部發(fā)氣,也可用于生活區供熱或發(fā)電等廢物中的無(wú)機組分被熔化及生反應生成燃氣并與氣化爐產(chǎn)生氣一起合成為粗制燃氣,然后淬硬而形成有用的建筑材料。進(jìn)入到爐溫為1200的可燃氣體改質(zhì)塔中進(jìn)行改質(zhì),在改質(zhì)塔氣化爐的主要形式有上吸式移動(dòng)床、下吸式移動(dòng)床門(mén)、循環(huán)中為了使焦油完全分解煙氣停留的時(shí)間要大于2s以上,再經(jīng)急流化床、噴流床型等按照氣化溫度,垃圾氣化可以分為低溫氣化劇冷卻和凈化后得到清潔燃氣。其中,未分解完全的爐渣再混同和高溫氣化技術(shù)。原料進(jìn)入爐內進(jìn)行二次熔融氣化3.1低溫氣化技術(shù)32高溫直接氣化技術(shù)低溫氣化技術(shù)主要是利用垃圾所具有的熱能,對垃圾進(jìn)行經(jīng)過(guò)分析比較,高溫直接氣化可采用如圖3所示的設備進(jìn)熱化學(xué)處理。首先,垃圾在(450-600℃左右無(wú)氧或缺氧狀態(tài)下氣行。該爐區域劃分為:干燥區、熱分解氣化區、熔渣區,由上至下三化產(chǎn)生可燃氣體,再將產(chǎn)生的可燃氣體冷卻、過(guò)濾,制成可燃氣個(gè)區的溫度從(300-1800)℃。體,它主要包括以下三種技術(shù)。生活垃圾在300℃左右的干燥層受高溫煙氣的預熱作用,將3.1.1直接加熱氣化技術(shù)垃圾中的大部分水分蒸發(fā)掉;緩慢下降到溫度為(300-1000)℃的該氣化爐的主要特征是有機物料混合向下流動(dòng)(與氣體產(chǎn)熱分解氣化區,此時(shí)垃圾中的有機物開(kāi)始發(fā)生裂解反應釋放出生逆向流動(dòng))通過(guò)高溫區,發(fā)生氣化反應,物料由爐膛上部經(jīng)垃圾熱量,接著(zhù)進(jìn)行還原反應,產(chǎn)生熱解氣,再經(jīng)進(jìn)一步的冷卻凈化給料機送入,爐底通入空氣,流化床內保持高溫和還原性氣氛,垃處理便可作燃氣?；谝苿?dòng)狀態(tài)下,被迅速加熱和氣化,部分垃圾燃燒提供氣化所需要的熱量,爐渣等不燃物由爐底部排出,可燃氣由爐頂排出,再經(jīng)過(guò)器冷卻、過(guò)濾就能得到可燃氣,如圖1所示可燃氣熱解氣分解氣h生活流化床于燥區垃圾氣化爐熱分解氣化區清區圖3高溫直接氣化爐示意圖垃圾的熱解氣化可有效控制二惡英的產(chǎn)生。該反應是一個(gè)圖1直接氣化示意圖缺氧的過(guò)程,在垃圾熱解過(guò)程中二惡英生成的氧源就得到了控12間接加熱氣化技術(shù)制,熱解以后所產(chǎn)生的熱解氣體和裂解焦中的二惡英的含量都比垃圾首先在外熱式回轉窯內干燥并部分熱解,然后進(jìn)入熱直接焚燒的方法要少得多。熱解氣化產(chǎn)生的燃氣進(jìn)人爐內焚燒,分解爐內進(jìn)行熱解如圖2所示。在氣化室內,1000右的高溫其溫度1000℃以上,此時(shí)熱解產(chǎn)物中含有的少量二惡英就會(huì )自空氣和垃圾組分混合反應,垃圾在缺氧的條件下不完全燃燒,其動(dòng)分解了,因此垃圾高溫氣化是可以有效控制二惡英的產(chǎn)生,以中的有機組分裂解并與水蒸汽、氧氣等發(fā)生一系列的連鎖反應,達到安全排放標準。產(chǎn)生熔渣和以CO、H2、CH、N2、水蒸汽等為主的垃圾氣,該垃圾氣當那些被干餾、熱解的垃圾殘留物或不可燃物(如玻璃、小部分作為氣化爐的燃料自用,其余部分經(jīng)過(guò)冷卻、過(guò)濾處理變石頭等)落入爐膛底部時(shí)又被攪拌器螺旋刀片攪動(dòng)松散、翻成以CO、H2、CH為主的清潔可燃氣供工業(yè)或居民生活使用;產(chǎn)轉不僅與限量空氣混合形成湍流加速燃燒氣化,而且更防止了生的熔渣由爐膛口排出,可用作建筑材料。這些垃圾殘留物結焦結塊,熔渣經(jīng)過(guò)螺旋排渣機構排出爐外,可熱空氣直接用在建材方面。4結束語(yǔ)垃圾城市生活垃圾的氣化是一種新型的垃圾處理技術(shù)。與填埋、焚燒等常規垃圾處理方法相比,該技術(shù)更具有清潔環(huán)保性和可冷卻水槽持續性。中國煤化工它將生CNMHG燃性氣體),在消除垃圾污染的同時(shí),八坐能你?；罾鴼饣瘜?shí)驗表明,圖2間接加熱氣化示意圖主要可燃氣成份為H2,CO,CH4,C2H4,CH等,氣化處理技術(shù)具有第10期機械設計與制造201年-10月 Machinery DesigManufacture243文章編號:1001-3997(2011)0-0243-03從生產(chǎn)工廠(chǎng)的產(chǎn)出綜合效能到整廠(chǎng)綜合效能的研究於騫洪躍金士良(上海大學(xué)機械工程及自動(dòng)化學(xué)院,上海200072)Study from overall throughput effectiveness to overall factory effectivenessin manufacturing factoryYU Qian, HONE Yue, JIN Shi-liang(School of Mechatronics Engineering and Automation, Shanghai University, Shanghai 200072, China)【摘要】為了研究一臺設備運行性能,人們提出了設備綜合效能OFE。而為了研究生產(chǎn)系統(單元)中設備之間的關(guān)系,探討系統運行性能的情況,2003年一些科研人員在OEE的基礎上提出了產(chǎn)出綜合效能OTE。在介紹一臺機器的設備綜合效能OEE和生產(chǎn)系統(單元)的產(chǎn)出綜合效能OTE的基礎之上,引出了制造型工廠(chǎng)的整廠(chǎng)綜合效能OFE的計算方法,并且通過(guò) Witness仿真軟件建模和仿真來(lái)驗證OFE計算方法的正確性,最后將其應用在太陽(yáng)能電池制造廠(chǎng)的生產(chǎn)實(shí)際當中。關(guān)鍵詞:產(chǎn)出綜合效能;整廠(chǎng)綜合效能; Witness建模仿真[Abstract] In order to study the operation performance of one equipment, overall equipment effectiveness(OEE )is put forward. Then in 2003, Huang mentioned OTE for peformance of system based on OEE fin order to study the relationship of equipment in manufacturing and discuss operation situation of the sys-tem. Then one calculation method for OFE of the manufacturing factory is put forward based on OverallThroughput Efectiveness(OtE )of manufacturing system (unit ) and Overall Equipment Efectiveness (OEE)of one machine, which correctness is verified through modeling and simulating with the help of witness andfactory forKey words: OTE: OFE: Modeling and simulation by witness中圖分類(lèi)號:TH16,TP186,TP391文獻標識碼:A1引言OEE的這三個(gè)基本元素可以由以下公式計算得OEE到OTE是一個(gè)從設備到系統或單元的過(guò)程",類(lèi)似的將在OTE的基礎上引出整廠(chǎng)綜合效能OFE( Overall Factory EfePNORXSR=ctiveness),從OTE到OFE是一個(gè)從系統或單元到整個(gè)制造廠(chǎng)的見(jiàn)“x過(guò)程。對于引入的OFE計箅公式我們將用 Witness仿真軟件進(jìn)行建模與仿真來(lái)驗證它的正確性。最后將OFE應用在實(shí)際工廠(chǎng)中。式中:T設備實(shí)際加工時(shí)間;7設備的停機時(shí)間;T設備計2設備綜合效能OEE劃工作時(shí)間或觀(guān)察時(shí)間;NOR一凈生產(chǎn)率SR一速度效率;OEE的計算公式或定義如下( Nakajima1988)T設備的生產(chǎn)時(shí)間;R。一設備的實(shí)際加工速度;R。設備OEF=A×PQ(1)的理論加工速度;P設備的合格品產(chǎn)出量;P。設備在觀(guān)式中:A一時(shí)間開(kāi)動(dòng)率;察時(shí)間里加工數量。P性能開(kāi)動(dòng)率;通過(guò)控制或改善其定義中的各參數,可以提高一臺設備的Q質(zhì)量合格率。OEE值從而可以提高設備的合格品產(chǎn)出。*來(lái)稿日期:2010-12-10★基金項H:上海大學(xué)研究生創(chuàng )新基金SHCX102203201003)髙效的能源利用率和良好的環(huán)保特性,而且,成本低、污染小使報,2002(2):260-264.用方便;垃圾氣化如與熔融技術(shù)相結合,可以使垃圾中有機成分[3]王華胡建抗無(wú)害化城市生活垃圾直接氣化熔融焚燒技術(shù)的實(shí)驗研被分解利用的同時(shí),又能消除二惡英等二次污染問(wèn)題,因此有著(zhù)究[門(mén)]工業(yè)加熱,2004(3):16-19廣闊的應用和發(fā)展前景。[4]汪群慧葉暾旻,谷慶寶固體廢物處理及資源化[M]北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004參考文獻[5]熊祖鴻,李海濱下蔣劍春戴偉弟城市垃圾氣化實(shí)驗研究初探門(mén)可再生能源2003設備,2058):75YH把要m(8):14-17[6]王羅春,李雄趙由才污泥于化與焚燒技術(shù)M北京:冶金工業(yè)出版[2]王華何芳二惡英零排放生活垃圾氣化熔融制氣技術(shù)[門(mén)太陽(yáng)能學(xué)社,2010.