【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,我國(guó)城鎮(zhèn)化規(guī)模日益增大,隨之帶來(lái)的是各種城市問(wèn)題,其中城市生活垃圾(MSW)的處理已經(jīng)越來(lái)越受政府及公眾的重視。焚燒是垃圾資源化、無(wú)害化、減容減量化最佳的處理方式,但由于我國(guó)垃圾水分、灰分高、熱值低的特點(diǎn),再加上垃圾分類(lèi)制度不健全,我國(guó)城市垃圾利用常規(guī)空氣焚燒技術(shù)時(shí)主要遇到兩大類(lèi)問(wèn)題:一是焚燒不完全、不穩(wěn)定;二是污染物成分復(fù)雜、治理難度大。現(xiàn)有的焚燒技術(shù)已經(jīng)很難在這兩方面實(shí)現(xiàn)突破,并且常規(guī)焚燒技術(shù)在高原地區(qū)并不適用,開(kāi)發(fā)新的焚燒技術(shù)勢(shì)在必然。富氧焚燒技術(shù)是一種新型高效的焚燒技術(shù),十分適合焚燒我國(guó)這種低品質(zhì)的垃圾燃料。因此本文對(duì)垃圾富氧焚燒技術(shù)的焚燒特性以及工藝系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)進(jìn)行了針對(duì)性的研究。首先,通過(guò)熱重分析儀(TGA)對(duì)垃圾中最典型、最主要的可燃成分以及其混合組分進(jìn)行了富氧焚燒特性的研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示氧濃度的升高能有效的改善焚燒特性,水分卻推遲了著火點(diǎn),使TG曲線滯后。通過(guò)TG/DTG實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出了綜合燃燒特性指數(shù)、動(dòng)力學(xué)參數(shù)并對(duì)著火點(diǎn)進(jìn)行了判別。計(jì)算結(jié)果同樣顯示了富氧對(duì)改善焚燒有明顯的促進(jìn)作用。然后利用X射線光電子能譜儀(XPS)對(duì)垃圾典型組分中的C、N、S、Cl等物質(zhì)的賦存形態(tài)進(jìn)行了定性分析,并結(jié)合水平管式爐上的富氧焚燒實(shí)驗(yàn)對(duì)各污染物的排放機(jī)理進(jìn)行了研究,還探討了水分對(duì)污染物排放的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),氧濃度的升高使得CO、CH4的排放下降,同時(shí)HCN的排放也會(huì)隨著CH自由基的減少而明顯降低;垃圾焚燒后NO的生成主要來(lái)源于燃料-N,在焚燒過(guò)程中燃料-N會(huì)隨著氧濃度的升高而更多的生成NO;同時(shí)氧濃度的升高使得爐內(nèi)氧化性增強(qiáng),HCl的排放會(huì)略微降低,但SO2的生成會(huì)略微增大,這是因?yàn)檠鯕鈺?huì)促進(jìn)HCl與硫酸鹽的反應(yīng)。水分的提高會(huì)使得CO、CH4、HCN的生成出現(xiàn)先降低后增大的變化趨勢(shì),因?yàn)樗謺?huì)與CO、CH4以及固定C發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng);同時(shí)水分的OH自由基會(huì)將更多的燃料N氧化為NO,同時(shí)燃料中的更多的氯鹽在高溫水解析出,然后再分解,使得HCl的排放同樣增大;水分對(duì)垃圾焚燒后SO2的生成沒(méi)有明顯的影響。富氧焚燒能夠抑制水分與含碳污染物的反應(yīng),但NO與HCl的排放卻有一定幅度的升高,由于實(shí)際垃圾富氧焚燒技術(shù)會(huì)降低過(guò)量空氣系數(shù)并采用煙氣再循環(huán),NO的排放總量并不會(huì)升高,但是脫水預(yù)處理與脫硫脫硝對(duì)于垃圾富氧焚燒同樣必不可少。最后對(duì)垃圾富氧焚燒技術(shù)的關(guān)鍵參數(shù)以及工藝系統(tǒng)進(jìn)行了初步研究,在絕對(duì)燃燒溫度、排煙損失、實(shí)際燃燒溫度等方面與常規(guī)空氣焚燒進(jìn)行了對(duì)比,提出了不同供氧模式和各個(gè)系統(tǒng)流程圖,還提出了不同注氧裝置的設(shè)計(jì)思路及結(jié)構(gòu)示意圖。從全文的研究結(jié)果顯示,垃圾富氧焚燒作為一種新型焚燒技術(shù)在國(guó)內(nèi)有廣闊的運(yùn)用前景,但同樣還需要更多,更廣的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、分析測(cè)算以及工程運(yùn)用的研究工作用以支持該技術(shù)的發(fā)展。
[Abstract]:With the rapid development of economy, the scale of urbanization in China is increasing day by day, which brings about a variety of urban problems. Municipal solid waste (MSW) treatment has been paid more and more attention by the government and the public. With the characteristics of MSW and the imperfect classification system of MSW, there are two major problems in the use of conventional air incineration technology in China: incomplete and unstable incineration; complex pollutant composition and difficult treatment. Oxygen-enriched incineration technology is a new and efficient incineration technology, which is very suitable for incinerating this low-quality waste fuel in China. Therefore, the incineration characteristics of waste oxygen-enriched incineration technology and the development of process system are studied. The most typical and main combustible components of garbage and their mixtures were studied by means of TGA. The experimental results show that the combustion characteristics can be improved effectively with the increase of oxygen concentration, but the ignition point is delayed by the increase of moisture content, and the TG curve lags behind. The results also show that oxygen enrichment can improve the incineration obviously. Then the occurrence forms of C, N, S and Cl in typical components of garbage were qualitatively analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and the pollutants were discharged by oxygen enrichment incineration experiment in horizontal tube furnace. The results show that the emission of CO and CH4 decreases with the increase of oxygen concentration, and the emission of HC N decreases with the decrease of CH free radicals. The formation of NO after MSW incineration mainly comes from fuel-N, which increases with the increase of oxygen concentration. At the same time, with the increase of oxygen concentration, the oxidation of HCl is enhanced and the emission of HCl is slightly decreased, but the formation of SO2 is slightly increased, because oxygen will promote the reaction of HCl with sulfate. Fixed C undergoes a series of chemical reactions; at the same time, OH radicals in water oxidize more fuel N to NO, and more chloride salts in the fuel are hydrolyzed and precipitated at high temperature, and then decomposed to increase HCl emissions. Water has no obvious effect on SO2 formation after MSW incineration. Oxygen-enriched incineration can inhibit water and carbon content. However, the emission of NO and HCl increases to a certain extent. As the actual waste incineration technology will reduce excess air coefficient and use flue gas recycling, the total emission of NO will not increase, but dehydration pretreatment and desulfurization and denitrification are also necessary for waste oxygen-enriched incineration. Finally, waste oxygen-enriched incineration technology The key parameters and process system are preliminarily studied. The absolute combustion temperature, exhaust smoke loss and actual combustion temperature are compared with those of conventional air incineration. Different oxygen supply modes and flow charts of each system are proposed. The design ideas and structural sketches of different oxygen injection devices are also presented. The results show that as a new type of incineration technology, waste oxygen-enriched incineration has broad application prospects in China, but it also needs more and more extensive basic experiments, analysis, calculation and engineering application research to support the development of this technology.
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：X705

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本文編號(hào)：2181553