随着我国经济和新农村建设事业的快速发展,村镇生活垃圾的无害化处理、资源化再利用,成为我国重大民生工程和环境能源工程领域热点课题。研究开发热解气化技术,将垃圾资源化再利用和抑制二噁英产生,对于节约土地资源和保护环境、节能减排具有重要意义。本文以优化垃圾热解气化条件和开发设计热解气化炉为目标,以福建某地区生活垃圾为对象,研究垃圾热解过程表观动力学参数、热解气化炉参数优化、运行条件优化和用水蒸气对可燃气的改质。为热解气化炉的设计与运行提供依据。主要研究内容和结果包括:以生活垃圾中典型组分为对象,利用热重分析仪分析在等速升温条件下,分析生活垃圾典型单组份(树叶、PE、PVC、橡胶、织物、纸张和木屑)的热解特性、实际生活垃圾混合组分热解特性、以及典型单组份按实际垃圾比例混合的热解特性。得出:PE活化能最大(323.6 kJ/mol),织物次之(206.6 kJ/mol),PVC第二热解段和树叶第一热解段的活化能较小(14 kJ/mol);实际混合垃圾与拟合混合垃圾的热解TG曲线在400℃以前热解趋势基本相同,400℃后,拟合混合垃圾热解剩余产物含量较少(18.9%),而实际混合垃圾热解失重率为36%。垃圾热解温度区间基本相同,且热解活化能随温度的增加呈逐渐降低趋势,温度升高有利于垃圾热解。基于福建某地区实际生活垃圾,按处理能力10t/d的要求,进行回转窑垃圾热解炉和上吸式固定床气化炉优化设计。计算分析表明:在回转窑内,除去垃圾中的不可燃组分,垃圾在自然析出水分至含水率为21.8%时,其在回转窑内能进行自热解,无需外热源供热,窑内冷态填充率13%、斜度2.5%、垃圾停留时间40 min、炉体体积5.36 m3,长6.8 m,直径1.16 m;气化炉的尺寸设计相对复杂,一般按高径比在3:1左右,设计气化炉气化强度270 kg/(h.m~2),截面面积1.3 m~2,内壁涂抹20~30 mm粘土耐火层,气化炉高度为3.9 m。气化产气量756 m3/h,换热量285.576 MJ/h,换热面积1.07m~2,采用管径DN15 mm,长度11.3m,冷凝水流速2 m/s。以福建某垃圾气化炉为对象,选取气化温度、气化媒介通入量、料层高度进行单因素分析,利用正交试验法选取最佳气化条件。结果表明:温度升高可提高垃圾气化效率,但有一定局限,750℃以后,气化效率随气化段温度的升高增长缓慢;ER>0.36后,风量超过气化炉自平衡能力,气化效率会迅速下降;H/D在3:1时效果最好。对于处理量50t/d垃圾气化炉(Φ3×16 m),温度750℃、风量2600 m3/h、料层高度9 m时,气化效率最大(79.3%);各影响因素中,风量的影响最大,温度次之,料层高度最小。气化气中焦油含量为9.2~22.5 g/m3,碳转化率为74.5~85.9%。对热解污染物进行检测分析发现:二噁英含量远低于国家标准,烟气黑度为1,气体污染物中,除二氧化硫外,其余污染物均很好的符合国家排放标准。以上吸式固定床气化炉产出的气化气为对象,利用Fluent软件改变气化气产气工艺,通过控制水蒸气与碳的比例(S/C),通入水蒸气对气化气进行改质。模拟结果表明:产气热量由13198MJ/h提升至S/C为2时的29971MJ/h,继续增加水蒸气输入量后分别提升至S/C为2.5时的31345MJ/h和S/C为3时的31116.4MJ/h。气化炉出口焦油量约9.2~22.5 g/m3,单位小时产热量13608MJ/h,经过改质后提升热量约16363~17737MJ/h,说明水蒸气对气化气改质效果显著。