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可燃固廢的熱解氣化與燃燒 版權(quán)信息
- ISBN:9787030728203
- 條形碼:9787030728203 ; 978-7-03-072820-3
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊(cè)數(shù):暫無
- 重量:暫無
- 所屬分類:>
可燃固廢的熱解氣化與燃燒 本書特色
針對(duì)當(dāng)前城市固廢、工業(yè)固廢、生物質(zhì)等復(fù)雜燃料的熱解、氣化、燃燒的研究與工程應(yīng)用過程中的普適性、代表性問題,本書提出了可燃固廢基元的理論體系。
可燃固廢的熱解氣化與燃燒 內(nèi)容簡(jiǎn)介
。通過對(duì)實(shí)際可燃固廢進(jìn)行定性分析、定量分析和化學(xué)組分分析,篩選出纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、淀粉、PE、PVC、PP、PS、PET共9種物質(zhì)作為基元。以TGA熱解作為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法,在程序升溫條件下對(duì)基元和可燃固廢進(jìn)行熱解分析,對(duì)TGA熱解數(shù)據(jù)采用多元線性回歸方法,以灰色關(guān)聯(lián)度為判據(jù),用基元的失重曲線擬合實(shí)際可燃固廢的失重曲線,擬合出實(shí)際可燃固廢的基元表征系數(shù)。利用基元表征系數(shù),結(jié)合基元數(shù)據(jù),預(yù)測(cè)了實(shí)際可燃固廢的揮發(fā)分、熱值、TGA程序升溫燃燒、氣化失重變化趨勢(shì),以及固定床上快速熱解失重特性。為預(yù)測(cè)多種可燃固廢的混合反應(yīng)特性,建立了基元混合熱轉(zhuǎn)化模型,然后用基元混合熱轉(zhuǎn)化特性預(yù)測(cè)了實(shí)際可燃固廢混合熱轉(zhuǎn)化特性。在熱重分析儀(TGA)及自行搭建的在線稱重實(shí)驗(yàn)臺(tái)(Macro-TGA)上進(jìn)行了可燃固廢基元物質(zhì)的熱解實(shí)驗(yàn),開發(fā)了峰分析-*小二乘法(PA-LSM)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)計(jì)算。在800℃固定床上進(jìn)行了基元物質(zhì)的快速熱解實(shí)驗(yàn),分析了產(chǎn)物質(zhì)量分布特性、氣體生成特性及多環(huán)芳烴(PAHs)生成特性。作為代表性物質(zhì),深入研究了木質(zhì)素和PVC的熱解特性、產(chǎn)物及反應(yīng)機(jī)制。本文建立的用基元表征實(shí)際可燃固廢熱轉(zhuǎn)化特性的方法,提供了基于表征系數(shù)和基元特性預(yù)測(cè)實(shí)際可燃固廢熱轉(zhuǎn)化特性的模型,研究了基元物質(zhì)的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化特性,得到了不同因素對(duì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化特性的影響及混合作用對(duì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化特性的影響。
可燃固廢的熱解氣化與燃燒 目錄
前言
第1章 可燃固廢概述 1
1.1 背景 1
1.1.1 可燃固廢的定義 1
1.1.2 中國城市固廢產(chǎn)量 1
1.1.3 城市固廢的處理方式 1
1.2 物理組成 3
1.3 化學(xué)組成與燃料特性 9
1.4 主要大類的性質(zhì) 10
1.4.1 廚余 18
1.4.2 木竹 18
1.4.3 紙張 18
1.4.4 織物 18
1.4.5 塑料 19
1.4.6 橡膠 19
1.5 當(dāng)前可燃固廢研究應(yīng)用的困難 19
參考文獻(xiàn) 20
第2章 熱化學(xué)轉(zhuǎn)化 26
2.1 熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的基本概念 26
2.2 干燥 28
2.3 熱解 28
2.4 氣化 29
2.5 燃燒 31
2.6 水熱轉(zhuǎn)化 32
參考文獻(xiàn) 34
第3章 現(xiàn)有理論的缺陷 36
3.1 現(xiàn)有理論的框架 36
3.1.1 當(dāng)前研究的方法和描述框架 36
3.1.2 現(xiàn)行工程設(shè)計(jì)的方法 36
3.2 現(xiàn)有理論的不足 37
3.3 改進(jìn)現(xiàn)有理論的思路 38
第4章 基元思想 39
4.1 基元方法概述 39
4.1.1 確定性 39
4.1.2 獨(dú)立性 40
4.1.3 完備性 40
4.2 基元篩選 41
4.2.1 可燃固廢成分分析 41
4.2.2 生物質(zhì)類主要化學(xué)成分分析 44
4.2.3 可燃固廢組分的分類 45
4.2.4 基元選取結(jié)果 52
4.3 基元的基本性質(zhì) 54
4.3.1 化學(xué)結(jié)構(gòu) 54
4.3.2 熱失重特性 58
參考文獻(xiàn) 59
第5章 實(shí)際可燃固廢的基元表征 61
5.1 表征方法 61
5.1.1 思路 61
5.1.2 灰色關(guān)聯(lián)度分析 61
5.1.3 計(jì)算方法 64
5.2 計(jì)算方法比較 66
5.2.1 全程(60~1000℃)直接擬合 67
5.2.2 全程(60~1000℃)歸一化擬合 72
5.2.3 重要反應(yīng)區(qū)間(100~800℃)歸一化擬合 77
5.2.4 主要反應(yīng)區(qū)間(200~600℃)歸一化擬合 81
5.2.5 部分可燃固廢單基元擬合 85
參考文獻(xiàn) 90
第6章 實(shí)際可燃固廢熱轉(zhuǎn)化特性預(yù)測(cè) 91
6.1 揮發(fā)分和熱值 91
6.2 TGA程序升溫 93
6.2.1 N2氣氛下的熱解過程 93
6.2.2 空氣氣氛下的燃燒過程 98
6.2.3 CO2氣氛下的氣化過程 102
6.3 Macro-TGA快速熱解過程 106
第7章 實(shí)際可燃固廢混合反應(yīng)的基元表征與數(shù)據(jù)庫呈現(xiàn) 121
7.1 基元混合反應(yīng)模型 121
7.1.1 混合效應(yīng)判定 121
7.1.2 雙組分變比例混合 125
7.1.3 三組分混合特性 128
7.1.4 多組分混合特性 135
7.2 實(shí)際可燃固廢混合反應(yīng)模型 138
7.2.1 模型概述 138
7.2.2 模型驗(yàn)證 138
7.3 數(shù)據(jù)庫呈現(xiàn) 146
7.3.1 數(shù)據(jù)庫的功能 146
7.3.2 數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu) 147
7.3.3 數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用 147
第8章 基元物質(zhì)的熱解機(jī)理 149
8.1 動(dòng)力學(xué)特性 149
8.1.1 動(dòng)力學(xué)分析方法 149
8.1.2 TGA實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的動(dòng)力學(xué)特性 152
8.1.3 Macro-TGA實(shí)驗(yàn)臺(tái)上慢速熱解的動(dòng)力學(xué)特性 156
8.1.4 Macro-TGA實(shí)驗(yàn)臺(tái)上快速熱解的動(dòng)力學(xué)特性 159
8.1.5 不同條件下動(dòng)力學(xué)特性的對(duì)比 163
8.2 質(zhì)量分布特性 164
8.3 氣體生成特性 165
8.3.1 TGA-FTIR實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的氣體生成特性 165
8.3.2 固定床快速熱解的氣體生成特性 171
8.4 多環(huán)芳烴生成特性 171
8.5 基元物質(zhì)熱解及多環(huán)芳烴生成的機(jī)理 174
參考文獻(xiàn) 178
第9章 基元物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化特性的影響因素 181
9.1 溫度的影響 181
9.1.1 溫度對(duì)木質(zhì)素?zé)峤馓匦缘挠绊?181
9.1.2 溫度對(duì)PVC熱解特性的影響 187
9.2 升溫速率的影響 193
9.2.1 升溫速率對(duì)木質(zhì)素?zé)峤馓匦缘挠绊?193
9.2.2 升溫速率對(duì)PVC熱解特性的影響 195
9.3 氣氛的影響 197
9.3.1 氣氛對(duì)木質(zhì)素?zé)峄瘜W(xué)轉(zhuǎn)化特性的影響 197
9.3.2 氣氛對(duì)PVC熱化學(xué)轉(zhuǎn)化特性的影響 203
9.4 無機(jī)物的影響 208
9.4.1 無機(jī)物對(duì)木質(zhì)素?zé)峤獾挠绊?208
9.4.2 無機(jī)物對(duì)PVC熱解的影響 211
9.5 木質(zhì)素與PVC熱化學(xué)轉(zhuǎn)化及多環(huán)芳烴生成機(jī)理 214
9.5.1 木質(zhì)素的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化及多環(huán)芳烴生成機(jī)理 214
9.5.2 PVC的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化及多環(huán)芳烴生成機(jī)理 216
參考文獻(xiàn) 216
可燃固廢的熱解氣化與燃燒 節(jié)選
第1章 可燃固廢概述 1.1 背景 1.1.1 可燃固廢的定義 本書中,可燃固廢是指成分復(fù)雜的可燃燒的固體廢棄物,包括城市居民日常生活中或?yàn)槌鞘腥粘I钐峁┓⻊?wù)的活動(dòng)中產(chǎn)生的固體廢棄物(即城市生活垃圾),以及農(nóng)林生產(chǎn)、加工過程中產(chǎn)生的廢棄物(即生物質(zhì));還包括工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的可燃燒固體廢棄物(即工業(yè)垃圾等)[1]。 1.1.2 中國城市固廢產(chǎn)量 隨著國民經(jīng)濟(jì)快速增長、城市化進(jìn)程加快和人們生活水平的提高,城市固廢的產(chǎn)量持續(xù)增加。圖1.1匯總了我國城市固廢歷年清運(yùn)量[2-10]。據(jù)《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》[10]報(bào)告,2018年我國的城市固廢產(chǎn)量已達(dá)2.3億 t。 圖1.1 我國城市固廢歷年清運(yùn)量 近年來持續(xù)產(chǎn)生的大量城市固廢導(dǎo)致了一系列的環(huán)境問題,如侵占土地、污染空氣、污染水源等。因此,如何安全可靠地處理城市固廢對(duì)于城市持續(xù)發(fā)展是一項(xiàng)緊迫而重要的課題[11,12]。 1.1.3 城市固廢的處理方式 當(dāng)前,城市固廢的無害化處理方式主要有3種:填埋、堆肥和熱化學(xué)轉(zhuǎn)化。 填埋是*古老的固廢處理方法,至今仍在世界范圍內(nèi)許多國家和地區(qū)應(yīng)用。填埋法的主要優(yōu)點(diǎn)是成本較低,適用的固廢種類廣泛,同時(shí),填埋也是其他處理方式的*終手段,如燃燒底渣和飛灰的填埋處理[13]。填埋的主要缺點(diǎn)是占用大量的土地資源,這個(gè)問題在我國東部沿海人口密度大的地區(qū)尤其嚴(yán)重,許多城市面臨著無地可填的困境。同時(shí),填埋產(chǎn)生的氣體是危險(xiǎn)的二次污染源,其中甲烷作為強(qiáng)溫室氣體,直接排放將加劇溫室效應(yīng),大量的甲烷也可能達(dá)到爆炸極限度。此外,填埋產(chǎn)生的滲濾液屬于毒性較強(qiáng)的污染物,會(huì)污染土壤和地下水。 堆肥是有機(jī)物的好氧發(fā)酵過程,如庭院垃圾和廚余垃圾在一定溫度、濕度條件下進(jìn)行需氧生物降解,得到的降解產(chǎn)物相對(duì)穩(wěn)定,可以添加到土壤中改善土壤結(jié)構(gòu),或者作為肥料提高營養(yǎng)成分,同時(shí)可以幫助保持土壤水分。然而,堆肥過程會(huì)產(chǎn)生二氧化碳和甲烷等溫室氣體,同時(shí),由于城市固廢分類不當(dāng),肥料中可能含有重金屬等污染物[13]。更重要的是使用該方式處理固廢,其降解速度過慢,很難滿足當(dāng)前日益增長的固廢處理需求。因此,近幾年以堆肥方式處理城市固廢呈逐年下降的趨勢(shì),從2011年起,城市固廢堆肥處理量已經(jīng)不在中國統(tǒng)計(jì)年鑒之內(nèi),如圖1.2所示。 圖1.2 我國歷年不同方式城市固廢處理量 熱化學(xué)轉(zhuǎn)化是指把可燃固廢直接或間接作為燃料,從而轉(zhuǎn)化為能源的過程。近年來,熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)在世界各國得到廣泛的應(yīng)用[14]。燃燒、熱解和氣化是典型的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù),它們?cè)谳^高的溫度下,以較快的速率對(duì)可燃固廢進(jìn)行處理。熱化學(xué)轉(zhuǎn)化可以對(duì)不同種類的可燃固廢進(jìn)行有效的處理,尤其是針對(duì)未經(jīng)分類的生活垃圾,其主要優(yōu)點(diǎn):①實(shí)現(xiàn)減量化:可燃固廢質(zhì)量減少70%~80%,體積減小80%~90%,可以節(jié)省填埋土地[15];②破壞有機(jī)污染物,如鹵代烴[16,17];③聚集并固定無機(jī)污染物,保證安全有效的后續(xù)處理;④從底渣中可以回收金屬;⑤減少有機(jī)物厭氧分解的溫室氣體的排放;⑥可以將可燃固廢轉(zhuǎn)化為能源的不同形式,如電能、熱能等[18]。 其中燃燒被認(rèn)為是替代填埋的固廢處理技術(shù)[19]。自20世紀(jì)70年代以來,隨著煙氣處理技術(shù)和燃燒設(shè)備制造技術(shù)的發(fā)展,可燃固廢燃燒技術(shù)正逐步被越來越多的國家所采用[20]。我國自20世紀(jì)80年代開始引進(jìn)國外先進(jìn)的燃燒工藝和設(shè)備以處理可燃固廢,并逐漸實(shí)現(xiàn)可燃固廢燃燒技術(shù)和設(shè)備的自主研發(fā)[21]。如圖1.2所示,燃燒法處理量從2010年的2317萬 t增加至2018年的10185萬 t,燃燒廠也由2010年的104座增加至2018年的331座[2,10]。 近年來,可燃固廢的熱解、氣化和水熱轉(zhuǎn)化也吸引了廣泛的關(guān)注[22]。熱解、氣化和水熱轉(zhuǎn)化代表了新的可燃固廢能源化利用的方法,可以將可燃固廢轉(zhuǎn)化為可供二次利用的氣體、液體和固體,從而提高經(jīng)濟(jì)效益[23]。 1.2 物理組成 可燃固廢是復(fù)雜的混合物,其特性與各構(gòu)成組分的性質(zhì)有著密切的關(guān)系。可燃固廢的物理組成與氣候、生活方式、經(jīng)濟(jì)情況有關(guān)[20,24-27]。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、生活水平較高的城市,可燃固廢中塑料、紙張、纖維等含量較高;在以燃煤為主的城市,可燃固廢中煤渣、沙石所占的份額較多[24]。近年來,我國城市固廢總量增加的同時(shí),成分也發(fā)生了變化,出現(xiàn)了無機(jī)物含量持續(xù)下降、有機(jī)物含量不斷上升、可燃物增多、可利用價(jià)值增加的趨勢(shì)[28-30]。 生活垃圾采樣和分析方法[31]規(guī)定,城市固廢組分分為有機(jī)物和無機(jī)物兩大類,如表1.1所示,有機(jī)物包括廚余、木竹、紙張、織物、塑料、橡膠等組分;無機(jī)物包括金屬、玻璃、磚瓦、灰土等組分。 表1.2匯總了近年來文獻(xiàn)報(bào)道的中國典型城市固廢的物理化學(xué)特性,可以看 表1.1 城市固體廢棄物分類 表1.2 中國典型城市固廢物理化學(xué)特性
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