基于微波預(yù)處理的城市生活垃圾熱解特性研究

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1、工程碩士學(xué)位論文基于微波預(yù)處理的城市生活垃圾熱解特性研究作者姓名姚婷婷工程領(lǐng)域動(dòng)力工程校內(nèi)指導(dǎo)教師馬曉茜教授校外指導(dǎo)教師宋景慧教授級(jí)高工所在學(xué)院電力學(xué)院論文提交日期2017年11月StudyonpyrolysischaracteristicsofmunicipalsolidwastebasedonMicrowavePretreatmentADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：YaoTingtingSupervisor：Prof.MaXiaoqia

2、nSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分類號(hào)：TK6學(xué)校代號(hào)：10561學(xué)號(hào)：201521011708華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文基于微波預(yù)處理的城市生活垃圾熱解特性研究作者姓名：姚婷婷指導(dǎo)教師姓名、職稱：馬曉茜教授申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：工程碩士工程領(lǐng)域名稱：動(dòng)力工程論文形式：□產(chǎn)品研發(fā)□工程設(shè)計(jì)■應(yīng)用研究□工程/項(xiàng)目管理□調(diào)研報(bào)告研究方向：能源高效清潔利用論文提交日期：2017年11月20日論文答辯日期：2018年3月11日學(xué)位授予單位：華南理工大學(xué)學(xué)位授予日期：

3、年月日答辯委員會(huì)成員：主席：趙增立委員：馬曉茜、廖艷芬、盧志民、楊承摘要隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市生活垃圾產(chǎn)量也急劇增加并逐年遞增，垃圾泛濫成災(zāi)已然成為全世界面臨的難題。目前我國廣泛使用的垃圾處理方式主要包括衛(wèi)生填埋和焚燒兩種，焚燒雖然能大量減少城市固體垃圾重量和體積，但易形成二噁英等有害物質(zhì)產(chǎn)生二次污染。垃圾熱解技術(shù)能較好的解決上述問題。主要以廣州市的城市生活垃圾混合物為研究對(duì)象（包括廚余、木竹、廢紙、紡織物、塑料橡膠5種有機(jī)組分和玻璃陶瓷、金屬和其他無機(jī)組分），研究探討微波預(yù)處理城市生活垃圾的理化性質(zhì)變化、熱解

4、失重特性、產(chǎn)物分布及其特性等，以期為新的城市生活垃圾處理方式提供理論依據(jù)。首先采用微波爐對(duì)城市生活垃圾混合物進(jìn)行預(yù)處理實(shí)驗(yàn)，通過改變微波功率和預(yù)處理停留時(shí)間來研究微波預(yù)處理對(duì)垃圾的微觀形貌、物質(zhì)組成成分以及元素含量的變化情況，結(jié)果表明：通過微波預(yù)處理能夠使垃圾樣品的表面出現(xiàn)凹陷現(xiàn)象并產(chǎn)生孔隙結(jié)構(gòu)，且隨著預(yù)處理功率和停留時(shí)間的增大，孔隙結(jié)構(gòu)和表面凹陷現(xiàn)象越加明顯。當(dāng)功率過大、預(yù)處理停留時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，孔隙結(jié)構(gòu)出現(xiàn)斷裂甚至坍塌現(xiàn)象。此外微波預(yù)處理能促使城市生活垃圾中內(nèi)在水分析出，且隨著微波預(yù)處理的功率和停留時(shí)間的增大，

5、內(nèi)在水分含量顯著減少，灰分和固定碳含量則增大，揮發(fā)分含量基本保持不變，當(dāng)功率過大（800W）、預(yù)處理停留時(shí)間過長(zhǎng)（10min）時(shí)，部分揮發(fā)分和易分解組分也會(huì)逸出或分解，使揮發(fā)分含量減少。另外，隨著微波預(yù)處理的功率和停留時(shí)間的增大，氫元素含量逐漸降低，碳元素含量先逐漸增加后又減少，氧元素含量先逐漸減少后又增加，硫、氮元素含量幾乎不變，低位熱值也隨著微波預(yù)處理功率的升高，先逐漸增大后減小。然后再利用管式爐對(duì)經(jīng)過不同工況的微波預(yù)處理處理后的城市生活垃圾混合物進(jìn)行熱解實(shí)驗(yàn)，研究其熱解特性的變化情況。結(jié)果表明：微波預(yù)處理

6、能夠促進(jìn)城市生活垃圾熱解反應(yīng)的進(jìn)行，并使其主要的熱解反應(yīng)時(shí)間段提前，同時(shí)在適當(dāng)?shù)臈l件下也能夠促進(jìn)熱解氣的生成。在微波預(yù)處理功率為600W、停留時(shí)間為7min時(shí)，垃圾熱解過程的主要失重時(shí)間段從9~18min提前至6~15min，熱解產(chǎn)氣率顯著增加，最高達(dá)到48.42%，液體產(chǎn)物的產(chǎn)率顯著減少，最低降低到37.54%，熱解殘余固體物質(zhì)含量略有下降，下降率不足1%。當(dāng)微波功率過大（800W），熱解產(chǎn)氣率迅速降低至18.98%，遠(yuǎn)低于0W時(shí)的產(chǎn)率；停留時(shí)間過長(zhǎng)（10min）時(shí)，熱解過程的主要失重時(shí)間段又增加到6~18m

7、in，熱解產(chǎn)氣率反而降低至40.81%，液體產(chǎn)物的產(chǎn)率和熱解殘余固體物質(zhì)的含量都增大。I最后利用熱裂解儀和氣相色譜質(zhì)譜儀聯(lián)用（PY-GC/MS）對(duì)經(jīng)不同工況的微波預(yù)處理后的城市生活垃圾混合物進(jìn)行熱解實(shí)驗(yàn)，研究其熱解產(chǎn)物組分的變化情況。結(jié)果表明：微波預(yù)處理能夠促進(jìn)城市生活垃圾熱解產(chǎn)物中碳?xì)浠衔铮ㄦ湡N類和芳香烴類）的生成，減少含氧物質(zhì)（主要包括酸類、酯類、酚類、糖類、醇類、醛類、酮類和呋喃類等）、含氮（主要是聯(lián)氨和氮雜環(huán)類）物質(zhì)的生成，從而提高熱解產(chǎn)物的品質(zhì)。且隨著預(yù)處理微波功率和停留時(shí)間的增加，熱解產(chǎn)物中碳?xì)浠?/p>

8、合物的含量逐漸增加，含氧物質(zhì)和含氮類物質(zhì)的總含量迅速減少。當(dāng)預(yù)處理停留時(shí)間過長(zhǎng)（10min）時(shí)，熱解產(chǎn)物中的碳?xì)浠衔锖糠炊陆?。綜合考慮城市生活垃圾的理化特性、熱解失重特性、三相產(chǎn)物的分布以及快速熱解產(chǎn)物的特性，在本論文的實(shí)驗(yàn)條件中微波預(yù)處理的最佳功率和最佳停留時(shí)間分別為600W、7min。關(guān)鍵詞：微波預(yù)處理；熱解；城市生活垃圾；管式爐分析；PY-GC/MS分析IIABSTRACT