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生活垃圾等固废的气化模拟与含水率特性分析

摘要

生活垃圾、污泥、餐厨沼渣是城市固体废弃物也是可利用的宝贵资源，

为了妥善解决生活垃圾等城市固废引发的环境污染和资源浪费的问题，气化

技术的应用就显得重要起来，气化技术是实现城市固废转化为能源的有效途

径。本文建立了气化模型对生活垃圾、污泥、餐厨沼渣的气化特性进行模拟

研究，对于生活垃圾和污泥、餐厨沼渣的共同处理及其减量化和资源化有重

要意义。

基于吉布斯自由能理论建立了Aspenplus的气化模型，在验证模型准确

性的基础上研究了温度、空气当量比（ER）、含水率对生活垃圾、污泥、

餐厨沼渣气化特性的影响；进一步研究了不同含水率下的污泥、餐厨沼渣对

生活垃圾共气化的碳转化率、产气热值、产气量、产气率的影响；还研究了

气化压力对餐厨沼渣与生活垃圾共气化的影响，以及生物质的种类对生活垃

圾共气化的影响。

生活垃圾、污泥、餐厨沼渣的最佳气化温度为850℃，在850℃之后三

种固废的碳转化率和气体产率均无明显提高，并且产气热值也趋于稳定。

ER过大会降低产气热值，ER过小不利于碳转化率的提高，为了保持较高的

碳转化率，生活垃圾和污泥的ER值应为0.25，餐厨沼渣的ER值应为0.3。

适当提高固废的含水率可以提高气体的热值和产率，但含水率过高会导致它

们下降，研究发现在850℃的气化温度下，生活垃圾和污泥的含水率应控制

在25%，而餐厨沼渣的含水率应控制在35%较为适宜。利用生活垃圾的气

化产气燃烧放热对干燥、热解、气化阶段供热，无需外热源供热，可以实现

垃圾气化系统的热量平衡。

污泥和生活垃圾共气化时，污泥含水率过低会导致碳转化率下降，含水

率过高不利于产气热值提高，当污泥含水率为20%，随着污泥含量的增加

产气里CH和H含量会提高，HO和CO的含量会降低，导致产气热值提

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高，气体产率趋于稳定，污泥和生活垃圾质量比大于0.6时碳转化率会略有

下降，因此污泥的含水率为20%与生活垃圾质量比为0.6较为适宜。餐厨沼

渣和生活垃圾共气化时，当餐厨沼渣的含水率在0到30%之间，餐厨沼渣含

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量的增加会提高产气热值，且在其含水率为30%与生活垃圾质量比为0.2时

热值最高，二者的质量比超过0.2时碳转化率下降明显，所以餐厨沼渣含水

率为30%与垃圾质量比为0.2较为适宜。随着气化压力的增大，餐厨沼渣和

生活垃圾共气化时的碳转化率降低，这不利于固废的减容减量，所以通常进

行常压气化即可。松木屑、棉花秆、玉米秆、稻秆和生活垃圾共气化时，稻

秆掺混比的增加对于碳转化率的提高最为有效。

关键词含水率；生活垃圾；固废；气化模拟

-II-

Gasificationsimulationandmoisture

contentcharacteristicsanalysisofdomestic

wasteandothersolidwaste

Abstract

Domesticwaste,sludgeandbiogasresiduearevaluableresourcesthatcanbeused

asmunicipalsolidwaste.Inordertoproperlysolvetheproblemsofenvironmental

pollutionandresourcewastecausedbymunicipalsolidwastesuchasdomesticwaste,

theapplicationofgasificationtechnologyisimportant,andgasificationtechnologyis

aneffectivewaytorealizethetransformationof