醫療垃圾熱解氣化研究

抓比轉的術(shù)第30卷第10期2007年10月醫療垃圾熱解氣化研究焦永剛,周欣2,郝長(cháng)生1(1.石家莊鐵道學(xué)院能源與環(huán)境工程系,石家莊050043;2.中國市政工程華北設計研究院,天津300074)摘要:利用熱解動(dòng)力學(xué)原理建立熱解過(guò)程轉化率模型。并耦合非穩態(tài)導熱方程建立傳熱模型,共同構建垃圾熱解過(guò)程的數學(xué)模采用mMA算法編制模擬計箅程序。對典型運行工況下垃圾內部溫度場(chǎng)的變化規律進(jìn)行模擬。結果表明,模擬值與實(shí)測值具有相的變化規律,所建數學(xué)模型可以用來(lái)研究垃圾在外熱式熱解爐內的熱解規律。關(guān)錠詞:垃圾;熱解;外熱式熱解爐;數學(xué)棋擬中圖分類(lèi)號:X705文獻標識碼A文章編號:103-6504(2007)100012-02熱解氣化技術(shù)是一種熱化學(xué)反應技術(shù),它通過(guò)氣垃圾內部無(wú)分子擴散化裝置的熱化學(xué)反應,將低品位的固體垃圾轉化成高1.2傳熱模型數學(xué)表達式品位的叮燃氣體或者是液體。20世紀90年代中期,熱解氣化技術(shù)開(kāi)始在發(fā)達國家流行。這種技術(shù)不是直接對Al-pr ag da垃圾進(jìn)行焚燒,而是先利用一部分熱能使垃圾在一個(gè)式中密閉容器中進(jìn)行分解,產(chǎn)生出可燃氣體,然后再在高溫p—垃圾的表現密度kg/m3;C—垃圾的定壓既可以利用這部分熱能進(jìn)行供熱發(fā)電又在高溫下除系數, kJ/mks;x熱量傳遞的方向坐標m入、下將分解產(chǎn)生的裂解焦以及可燃氣體進(jìn)行焚燒叫,這樣比熱,kJ/kgk;7—垃圾的溫度,K;A垃圾的導掉了有害的二次污染物,而且由于設備的密封性良好,熱解進(jìn)行的時(shí)間,s:△q熱解過(guò)程所需熱量,k;所以對環(huán)境比較安全。m熱解揮發(fā)出氣體的質(zhì)量kg;a某時(shí)刻揮發(fā)1傳熱模型分析出重量占最大析出重量的份額;y垃圾的揮發(fā)物質(zhì)的量占垃圾總量的份額如圖1所示,電加熱產(chǎn)生的熱量是從底部沿軸向上邊界條件傳遞,在徑向由于有硅酸鋁保溫層保溫,所以忽略徑向X=0處,T=f(7);x=S處,江=0的熱量傳遞,故可將熱解室內的傳熱簡(jiǎn)化為一維的熱傳導四。根據垃圾熱解的特點(diǎn),充分考慮垃圾熱解的吸初始條件:0≤X≤S時(shí),T=7(T為垃圾的初始溫熱效應以及熱解室構造的特點(diǎn),建立相應的傳熱數學(xué)度);物性參數的確定參照文獻[3模型。2模型求解對于一維導熱的傳熱方程采用差分法求解。計算程序是在 Fortran90程序平臺搭建起來(lái)的,過(guò)程對每時(shí)刻每個(gè)節點(diǎn)的物料物性作為一個(gè)定值來(lái)計算a而后再將α的值代入傳熱模型中,利用TDMA算法計算出各個(gè)時(shí)刻節點(diǎn)的溫度,如果a<99%,則重復上面的步圖1熱解室傳熱物理模示意圖驟直至符合要求為止。1.1傳熱模型的假設3計算結果與分析(1)傳導沿軸向發(fā)生,忽略徑向熱傳遞;(2)垃圾在爐圖2與圖3是由程序計算的熱解過(guò)程中兩個(gè)平面上內分布均勻;(3)熱解揮發(fā)分在垃圾內部分布均勻;(4)在(中心層與頂層)的溫度隨不同熱解終溫,不同熱解時(shí)揮發(fā)分釋放過(guò)程中垃圾骨架結構不發(fā)生變化;(5)熱解過(guò)間的變化過(guò)程。從圖中可以看到無(wú)論是中心層還是頂程中的相變是在溫度連續變化下進(jìn)行;(6)熱解過(guò)程中層中國煤化工熱解溫度的增大過(guò)程的著(zhù)迅速提高溫升,在基金項目:河北省教育廳資助項目(728003)幾CNMHG,之后溫度緩慢上升作者簡(jiǎn)介:焦水剛(970-)男,碩士,講師主要研究力向為制冷與能源利陽(yáng)直至達到較為接近熱解終溫的溫度。從理論上分析可技術(shù),(手機川3603212483,(電子信箱)yg76 sohucot12醫療垃圾熱解氣化研究焦永剛,等以得出,熱解過(guò)程初始階段,熱解的溫較低,并只以導100熱解終(973K)熱為主要傳熱形式,同時(shí)垃圾這種多空介質(zhì)的導熱能原,溫度力較差故初始階段中心層與頂層的溫度增加緩慢;當熱解溫度達到一定溫度時(shí),過(guò)程中不只是以導熱形式傳遞熱量,還包括了輻射,自然對流,物理化學(xué)中的縮聚合反應吸放熱等,致使過(guò)程升溫迅速;最后當熱解過(guò)程中的物理化學(xué)變化反應殆盡后,過(guò)程就只有輻射和圖6熱解終溫973K下中心與項層溫度隨時(shí)間的變化熱兩種傳熱形式這時(shí)的溫度變化較為平穩4模擬結果與試驗結果比較如圖7,在相同條件下,為數值模擬與實(shí)驗值的對比?？煽闯?在起始階段模擬溫度值與實(shí)測值較為吻合,說(shuō)明,最初以導熱為主要傳熱形式建立的數學(xué)傳熱模型很好的模擬了熱解室內這一時(shí)段溫度場(chǎng)隨時(shí)間的001200140016001800分布;隨著(zhù)熱解過(guò)程的深化,輻射傳熱占據了重要比例圖2垃圾固體頂層在不同溫度熱解溫度達到400K時(shí)溫度升高較快,而當溫度達到700K過(guò)程中的數值模擬溫度分布時(shí)溫升趨于平緩。模擬溫度值升高的速度比實(shí)測的要低?？梢缘贸?在熱解逐步深化的過(guò)程中,不僅僅有導熱和輻射這兩種傳熱方式,同時(shí)還存在垃圾的熱解效應問(wèn)題,分子擴散帶來(lái)的傳質(zhì)問(wèn)題。但從圖中的曲線(xiàn)變化趨勢來(lái)看,模擬值與實(shí)測值具有相同的變化規律,在試驗過(guò)程的后半部分有一些偏差?？傊?所建數學(xué)模型可以1000120014001000180用來(lái)研究垃圾在間壁式熱解爐內的熱解規律圖3垃圾時(shí)體中心層在不同溫度熱解過(guò)程屮的數值模擬溫度分布800熱解終溫773K圖4、5、6表示在相同熱解終溫下垃圾的中心層與6000樓擬溫冷頂層隨熱解時(shí)間的變化曲線(xiàn)圖?？梢钥闯?垃圾中心層的溫度在熱解過(guò)程中一直高于頂層溫度的溫度,初始階段相差較為明顯,差值在20~35K左右;從熱解中期開(kāi)始,溫差逐步縮小,直到后期一直維持在10K左右的圖7枝擬與試驗結果比較溫差5小結利用熱解動(dòng)力學(xué)原理,并耦合非穩態(tài)導熱方程建熱解終溫(773K)立傳熱模型,共同構建垃圾熱解過(guò)程的數學(xué)模型。釆用血壇溫疫-中心層溫廢TDMA算法編制模擬計算程序。程序模擬了垃圾固體頂層和中心層在不同溫度熱解過(guò)程中的數值模擬溫度分布,以及不同熱解終溫下垃圾的中心層與頂層隨熱解時(shí)間的變化,結果表明,模擬值與實(shí)測值貝有相冋的圖4熱解終溫773K下中心與頂層溫度隨時(shí)間的變化變化規律,所建數學(xué)模型可以用來(lái)研究垃圾在外熱式熱解爐內的熱解規律。N80州解終溫(83K[參考文獻II熊祖鴻,王秋紅,李海濱,等城市固體垃圾的熱解特性研究]華北水利水電學(xué)院學(xué)報,2002,23(4):75-7812中國煤化飛爐設計概要重慶大學(xué)020040060080010001200140CNMHG模型的研究D沈陽(yáng):東圖5熱解終溫873K下中心與頂層溫度隨時(shí)問(wèn)的變化北大學(xué),2002(收稿20X5-11-15;修回2007-(2-02)