生活垃圾微波裂解特性研究 徐青.doc

中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号：113467 生活垃圾微波裂解特性研究 徐青1，2， 凌长明1，李军1 (1. 广东海洋大学工程学院，广东湛江524025； 2. 华南理工大学电力学院，广东广州510641） Tel Email:xuqing-zj@163.com. 摘要：采用微波设备对城市生活垃圾（MSW）进行了裂解处理。研究了温度对裂解产物、产气规律和气体组分的影响规律。结果表明：垃圾在微波炉内裂解时升温速率很快，微波裂解加快了垃圾完成裂解的时间。当裂解温度由400℃升高到600℃时，固体产物的质量由55%左右减少到26%左右，液体产物其产生量由21.52%增加到27.83%，裂解气的质量回收率由12%左右升高到35%左右。裂解气主要含有H2、CO、CO2、CH4和CmHn等气体成分，随温度升高，甲烷含量逐渐增大，CmHn含量500℃左右最高，H2在温度低于450℃时析出量很低，550℃之后H2体积分数迅速增加。 关键词：生活垃圾；裂解；微波；温度 0 引言 随着我国经济高速发展、城市化进程不断加快、人民生活水平的不断提高，城市生活垃圾(municipal solid waste, MSW)也以平均每年8％～10％的速度递增。城市生活垃圾带来了占用土地、环境污染等一系列问题，尤其是二次污染问题日益严重。如何合理有效的处理城市生活垃圾越来越受到人们的关注。采用资源化技术处理城市固体废弃物是目前采用的主要处理方式[1]，垃圾的焚烧、热解和气化等热处理法具有减容、减量和能源化利用等优点。在生活垃圾热解方面,国内外学者已经开展大量的基础性研究[2-7]，大多数都是通过固定床、管式炉等反应器研究温度区间、加热方式和反应气氛等对垃圾热解产物的影响规律。对于微波技术在生活垃圾处理方面的研究较少。 微波加热能直接穿透进入物料内部，对物料内外均衡加热，从而缩短了加热时间，而且可以减少挥发分的二次裂解。另外，微波是一种体加热方式，不存在常规加热的传热限制，可以达到节能及改变热解产物分布的效果。微波用于生物质裂解制取生物燃料已经引起国内外学者的关注，研究者应用微波对生物质裂解进行了相关研究[8-10]。田禹等[11]研究了应用微波对污泥的快速、彻底热解。MasakatsuMiura等[12]对微波加热的木块的快速裂解进行了研究，微波加热后增加了裂解油的产量，A.Dominguez等[13]对污泥沉淀物微波裂解得到的油相进行了分析研究。 利用微波技术处理生活垃圾具有快速高效、能耗少、资源回收利用率高、反应物产率增加、可显著降低垃圾对环境所造成的危害等优点，因而具有广泛的应用前景。 1 实验 1.1 实验原料 城市生活垃圾的成分差别很大, 即使是同一地区的不同垃圾场也会有差别。本实验根据广州市城市生活垃圾的物理成分，采用其去除金属、玻璃、灰、水等不可热解成分后的有机成分, 按比例混合配制成人工合成垃圾作为实验物料。实验采用织物、木屑、废纸、塑料、厨余、橡胶六种可燃组分按质量比3.5%、8.7%、21.5%、19.9%、45.3%和1.1%配置成人工混合垃圾。为便于混合和减少粒径对传热、传质的影响，实验前将垃圾各组分的粒径破碎为小于5mm。实验原料的工业分析和元素分析见表1。 表1物料的工业分析和元素分析 工业分析 （%） 元素分析（%） Mad/% Vad/% Aad/% FCad/% Q/kJ/kg Cad/% Had/% Nad/% Oad/% Sad/% 18.08 2.76 67.78 11.38 14120 35.12 6.38 0.84 21.63 0.15 1.2 实验装置 研究采用自制1.5kW垃圾微波裂解炉，微波工作频率为2450±50MHz。设计的微波裂解工艺设备由微波裂解炉、油吸收罐、气体收集瓶等组成，由热电偶测量反应加热炉内物料的温度，并通过数据采集系统输入计算机。物料质量随温度变化的数据采用VB编写采集程序，通过串行接口RS-232把电子天平与电脑连接起来，试验过程中电子天平会定时把所测的数据传输给计算机从而完成数据采集，设备工艺流程见图1。微波从微波裂解炉上部向下单面辐射，在炉内设有热电偶测温点，用以测量温度和监控物料反应状态，由于物料间甚至颗粒内部会存在较大温度梯度, 在反应器内准确测量物料温度是极其困难的。所测温度可近似反映物料温度变化趋势。 1微波炉腔体，2垃