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根据建立的数学模型,再与垃圾的各种成分结合,分别以温度、垃圾碳含量、杂质成分、水分含量为循环变量进行求解,在反应的最适合配比下,各因变量均以C12为基准表示。因此不同垃圾成分、不同热解温度与生成的燃气各成分体积、总体积、所需进风量及所需水蒸气量的合理匹配就可得到。
2.3.1生成燃气体积与温度的关系
  取2种不同的垃圾成分代入模型中计算,可以得到在不同还原层温度下的理论产燃气体积,将理论生成燃气体积与温度关系表示在图3中。可以看出,生成总燃气体积随温度上升而增加,至850℃趋于平稳。说明产气量的最佳反应温度为800~900℃,与实验情况吻合。这是由于还原层的2个反应都是吸热反应,反应平衡常数Kp随温度升高而增加,到800℃时基本稳定。而生成可燃气的体积随着可燃质成分的增加、含水量的减少和杂质含量的减少也呈增加趋势。
图3理论生成燃气体积与温度关系
2.3.2气化段产气的低位热值与温度的关系
  图4为气化段产气的理论低位热值(low heating value,LHV)HLHV与温度的关系(垃圾成分质量分数为垃圾碳30%、挥发分20%、灰分10%、水分40%),
图4气化段产气的理论热值与温度的关系
  可看出,热值随反应温度的升高而上升,到800~900℃时趋向平稳,与图3显示的趋势一致。又可看出热值在4.0~6.5MJ/m3间,属于中热值燃气、这有2个原因:①主要是因为采用空气作氧化剂,其中携带大量的氮气稀释了可燃气,如果用纯氧作氧化剂,燃气热值可达到11.0MJ/m3;②因为气化段产气没有将热值较高的甲烷类热解气体计算在内,在模拟实际过程时,以挥发分为依据,按经验值估算。
2.3.2气化段理论产热量与温度的关系
  理论产热量是垃圾经热解装置处理后能回收到的热量,如图5所示为不同热解温度下,气化段回收的热量Q(垃圾各成分含量与图4中相同)随垃圾碳摩尔分数y的变化情况,可以看出,随温度的升高和垃圾碳y的增加,Q呈增加趋势,在温度到770℃以上时,变化已经不再明显。
图5气化段理论产气量与垃圾成分的关系
3.燃气成分验证
  生活垃圾热解气化处理装置如图6所示,已经在天津大学中试,产气情况如图7所示。实验地点为天津大学水利馆;日处理垃圾量为5t/d;日运行时间为8h/d;起炉燃料为煤;试验原料为天津大学校区生活垃圾。在热解炉稳定运行2h后进行气体采样,此时还原层温度为610℃,气样由天津市第二煤气厂质检科检验,结果如表1所示。根据天津市垃圾含量分析,选择相近的垃圾成分:30%的垃圾碳,20%的挥发分,10%的灰分,40%的水分,代入模型进行理论计算,得到理论的可燃气成分数据也如表1所示。
由2组数据,计算每种成分所占比例的相对误差。计算公式为
式中:φ1为气体体积分数的理论值;φs为气体体积分数的实际值。
表1生活垃圾热解处理装置产气成分数据
  注:理论上,如果热解气化反应进行完全的话,可燃气成分中不应含有CO2与O2,所以本模型未预测其含量。


1楼2014-04-25 08:52回复