抓比轉(zhuǎn)的術(shù)第30卷第10期2007年10月醫(yī)療垃圾熱解氣化研究焦永剛,周欣2,郝長生1(1.石家莊鐵道學(xué)院能源與環(huán)境工程系,石家莊050043;2.中國市政工程華北設(shè)計研究院,天津300074)摘要:利用熱解動力學(xué)原理建立熱解過程轉(zhuǎn)化率模型。并耦合非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱方程建立傳熱模型,共同構(gòu)建垃圾熱解過程的數(shù)學(xué)模采用mMA算法編制模擬計箅程序。對典型運行工況下垃圾內(nèi)部溫度場的變化規(guī)律進行模擬。結(jié)果表明,模擬值與實測值具有相的變化規(guī)律,所建數(shù)學(xué)模型可以用來研究垃圾在外熱式熱解爐內(nèi)的熱解規(guī)律。關(guān)錠詞:垃圾;熱解;外熱式熱解爐;數(shù)學(xué)棋擬中圖分類號:X705文獻標(biāo)識碼A文章編號:103-6504(2007)100012-02熱解氣化技術(shù)是一種熱化學(xué)反應(yīng)技術(shù),它通過氣垃圾內(nèi)部無分子擴散化裝置的熱化學(xué)反應(yīng),將低品位的固體垃圾轉(zhuǎn)化成高1.2傳熱模型數(shù)學(xué)表達式品位的叮燃氣體或者是液體。20世紀(jì)90年代中期,熱解氣化技術(shù)開始在發(fā)達國家流行。這種技術(shù)不是直接對Al-pr ag da垃圾進行焚燒,而是先利用一部分熱能使垃圾在一個式中密閉容器中進行分解,產(chǎn)生出可燃氣體,然后再在高溫p—垃圾的表現(xiàn)密度kg/m3;C—垃圾的定壓既可以利用這部分熱能進行供熱發(fā)電又在高溫下除系數(shù), kJ/mks;x熱量傳遞的方向坐標(biāo)m入、下將分解產(chǎn)生的裂解焦以及可燃氣體進行焚燒叫,這樣比熱,kJ/kgk;7—垃圾的溫度,K;A垃圾的導(dǎo)掉了有害的二次污染物,而且由于設(shè)備的密封性良好,熱解進行的時間,s:△q熱解過程所需熱量,k;所以對環(huán)境比較安全。m熱解揮發(fā)出氣體的質(zhì)量kg;a某時刻揮發(fā)1傳熱模型分析出重量占最大析出重量的份額;y垃圾的揮發(fā)物質(zhì)的量占垃圾總量的份額如圖1所示,電加熱產(chǎn)生的熱量是從底部沿軸向上邊界條件傳遞,在徑向由于有硅酸鋁保溫層保溫,所以忽略徑向X=0處,T=f(7);x=S處,江=0的熱量傳遞,故可將熱解室內(nèi)的傳熱簡化為一維的熱傳導(dǎo)四。根據(jù)垃圾熱解的特點,充分考慮垃圾熱解的吸初始條件:0≤X≤S時,T=7(T為垃圾的初始溫?zé)嵝?yīng)以及熱解室構(gòu)造的特點,建立相應(yīng)的傳熱數(shù)學(xué)度);物性參數(shù)的確定參照文獻[3模型。2模型求解對于一維導(dǎo)熱的傳熱方程采用差分法求解。計算程序是在 Fortran90程序平臺搭建起來的,過程對每時刻每個節(jié)點的物料物性作為一個定值來計算a而后再將α的值代入傳熱模型中,利用TDMA算法計算出各個時刻節(jié)點的溫度,如果a<99%,則重復(fù)上面的步圖1熱解室傳熱物理模示意圖驟直至符合要求為止。1.1傳熱模型的假設(shè)3計算結(jié)果與分析(1)傳導(dǎo)沿軸向發(fā)生,忽略徑向熱傳遞;(2)垃圾在爐圖2與圖3是由程序計算的熱解過程中兩個平面上內(nèi)分布均勻;(3)熱解揮發(fā)分在垃圾內(nèi)部分布均勻;(4)在(中心層與頂層)的溫度隨不同熱解終溫,不同熱解時揮發(fā)分釋放過程中垃圾骨架結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化;(5)熱解過間的變化過程。從圖中可以看到無論是中心層還是頂程中的相變是在溫度連續(xù)變化下進行;(6)熱解過程中層中國煤化工熱解溫度的增大過程的著迅速提高溫升,在基金項目:河北省教育廳資助項目(728003)幾CNMHG,之后溫度緩慢上升作者簡介:焦水剛(970-)男,碩士,講師主要研究力向為制冷與能源利陽直至達到較為接近熱解終溫的溫度。從理論上分析可技術(shù),(手機川3603212483,(電子信箱)yg76 sohucot12醫(yī)療垃圾熱解氣化研究焦永剛,等以得出,熱解過程初始階段,熱解的溫較低,并只以導(dǎo)100熱解終(973K)熱為主要傳熱形式,同時垃圾這種多空介質(zhì)的導(dǎo)熱能原,溫度力較差故初始階段中心層與頂層的溫度增加緩慢;當(dāng)熱解溫度達到一定溫度時,過程中不只是以導(dǎo)熱形式傳遞熱量,還包括了輻射,自然對流,物理化學(xué)中的縮聚合反應(yīng)吸放熱等,致使過程升溫迅速;最后當(dāng)熱解過程中的物理化學(xué)變化反應(yīng)殆盡后,過程就只有輻射和圖6熱解終溫973K下中心與項層溫度隨時間的變化熱兩種傳熱形式這時的溫度變化較為平穩(wěn)4模擬結(jié)果與試驗結(jié)果比較如圖7,在相同條件下,為數(shù)值模擬與實驗值的對比?？煽闯?在起始階段模擬溫度值與實測值較為吻合,說明,最初以導(dǎo)熱為主要傳熱形式建立的數(shù)學(xué)傳熱模型很好的模擬了熱解室內(nèi)這一時段溫度場隨時間的001200140016001800分布;隨著熱解過程的深化,輻射傳熱占據(jù)了重要比例圖2垃圾固體頂層在不同溫度熱解溫度達到400K時溫度升高較快,而當(dāng)溫度達到700K過程中的數(shù)值模擬溫度分布時溫升趨于平緩。模擬溫度值升高的速度比實測的要低。可以得出,在熱解逐步深化的過程中,不僅僅有導(dǎo)熱和輻射這兩種傳熱方式,同時還存在垃圾的熱解效應(yīng)問題,分子擴散帶來的傳質(zhì)問題。但從圖中的曲線變化趨勢來看,模擬值與實測值具有相同的變化規(guī)律,在試驗過程的后半部分有一些偏差。總之,所建數(shù)學(xué)模型可以1000120014001000180用來研究垃圾在間壁式熱解爐內(nèi)的熱解規(guī)律圖3垃圾時體中心層在不同溫度熱解過程屮的數(shù)值模擬溫度分布800熱解終溫773K圖4、5、6表示在相同熱解終溫下垃圾的中心層與6000樓擬溫冷頂層隨熱解時間的變化曲線圖?？梢钥闯?垃圾中心層的溫度在熱解過程中一直高于頂層溫度的溫度,初始階段相差較為明顯,差值在20~35K左右;從熱解中期開始,溫差逐步縮小,直到后期一直維持在10K左右的圖7枝擬與試驗結(jié)果比較溫差5小結(jié)利用熱解動力學(xué)原理,并耦合非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱方程建熱解終溫(773K)立傳熱模型,共同構(gòu)建垃圾熱解過程的數(shù)學(xué)模型。釆用血壇溫疫-中心層溫廢TDMA算法編制模擬計算程序。程序模擬了垃圾固體頂層和中心層在不同溫度熱解過程中的數(shù)值模擬溫度分布,以及不同熱解終溫下垃圾的中心層與頂層隨熱解時間的變化,結(jié)果表明,模擬值與實測值貝有相冋的圖4熱解終溫773K下中心與頂層溫度隨時間的變化變化規(guī)律,所建數(shù)學(xué)模型可以用來研究垃圾在外熱式熱解爐內(nèi)的熱解規(guī)律。N80州解終溫(83K[參考文獻II熊祖鴻,王秋紅,李海濱,等城市固體垃圾的熱解特性研究]華北水利水電學(xué)院學(xué)報,2002,23(4):75-7812中國煤化飛爐設(shè)計概要重慶大學(xué)020040060080010001200140CNMHG模型的研究D沈陽:東圖5熱解終溫873K下中心與頂層溫度隨時問的變化北大學(xué),2002(收稿20X5-11-15;修回2007-(2-02)