【正文】 進(jìn)氣管的末端堵死，從進(jìn)氣管中點(diǎn)到兩側(cè)距離分別為 的范圍內(nèi)為進(jìn)氣管敝口，氣體從敞口進(jìn)入向下吹入流化床內(nèi)，從床底部返上來(lái)將爐內(nèi)物料流化起來(lái)。 28 流化床主體的設(shè)計(jì) 流化床高度為 ，床體內(nèi)徑為 ，氣體分布板以上為 ，進(jìn)氣管距離分布板 。圓錐形床底部流體和顆粒的劇烈湍動(dòng)，可以使流體在床的上部均勻分布，在低流速下操作，可以獲得良好的流態(tài)化質(zhì)量，這在圓柱床中無(wú)法做到。 2 2221 . 2 0 5 1 . 0 82 1 4 3 2 . 72 2 9 . 8 0 . 0 1gdup P ag?? ? ?? ? ? ? ??? 水柱壓強(qiáng) gh Pa?? ? ? ? ? 分布板壓降 dp? 低于 水柱壓強(qiáng)，符合要求。特別是對(duì)于強(qiáng)放熱反應(yīng)過(guò)程，不正常流態(tài)化的出現(xiàn)會(huì)造成床層物料的燒結(jié)，致使生產(chǎn)過(guò)程無(wú)法進(jìn)行。 分布板對(duì)整個(gè)流態(tài)化床的直接作用范圍僅 ～ ，然而它對(duì)整個(gè)床層的流態(tài)化狀態(tài)卻具有決定的影響。這可以從氣體流出分布器，瞬間的流型和湍動(dòng)程度，從結(jié)構(gòu) 和操作參數(shù)上予以保證。分布板的作用有三條： (1)它必須具有均勻分布?xì)怏w的作用，這可以靠選取分布板的開(kāi)孔率或分布器壓降與床層壓降之比，以及選擇適當(dāng)?shù)念A(yù)分布手段來(lái)達(dá)到。 操作速度 流化床操作速度 mfu ku? ，取 6k? ，則 6 /mfu k u m s? ? ? ? 床層空隙度 先考查流化床起始空隙度 mf? ，對(duì)于大多數(shù)流化床系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，有 ???，這里取 mf ? ? ，那么總 的床層空隙度 [12]： 1 . 0 8 0 . 5 0 . 8 21 . 0 5 ( 1 ) 1 . 0 5 1 . 0 8 0 . 5 ( 1 0 . 5 ) 0 . 1 8mfm f m f m fuuu?? ?? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? () 25 氣泡占據(jù)床的分額 b? ： 0 . 8 2 0 . 5 0 . 6 41 1 0 . 5mfbmf??? ?? ?? ? ??? () 設(shè)備計(jì)算 床徑床高設(shè)計(jì) 流化床的截面積 A： 3 24 0 0 0 / 1 .0 31 .0 8 /Q m hAmu m s? ? ? 流化床床徑 D： 4 1 .0 3 4 1 .1 4ADm?? ?? ? ? 根據(jù)流化床床徑，選取流化床床高 H： 6 6 1. 14 6. 84H D m? ? ? ? 進(jìn)氣管直徑 i iQu A? () 式中 iu — 進(jìn)氣管最大氣速，選取 10 /iu m s? ； iA — 進(jìn)氣管截面積， m2。 空氣運(yùn)動(dòng)黏度 293K（ 20℃）時(shí) 6 10 /gv m s???。 系統(tǒng)計(jì)算 流化氣體（空氣）理論進(jìn)氣量 簡(jiǎn)單假定以下條件 [9] (1)有機(jī)固體廢棄物的化學(xué)式為 O ； 23 (2)有機(jī)固體廢棄物中固定氧可用于燃燒； (3)空氣組成： %O2 和 %N2，兩者體積比為： N2/ O2 = 。為了防止臭氣，傳送帶可考慮放在密封罩內(nèi)。 傳送 系統(tǒng) 傳送系統(tǒng)包括傳送帶及其附屬電機(jī)等，是垃圾在各設(shè)備間流動(dòng)的重要設(shè)備，由于垃圾密度小，比較疏松，且有重質(zhì)物，在傳送中易發(fā)生灑落或下滑，因此垃圾處理的傳送需要特殊設(shè)計(jì)。 (5)組合式供料器 將旋轉(zhuǎn)供料器和螺旋供料器與文丘里管組合．即在供料器出口處安置文丘里管，可彌補(bǔ)因泄漏產(chǎn)生的輸送異常，同時(shí)減輕因料流太快使文丘里管喪失作用的程度，但兩者的輸送量必須匹配，或使文丘里管的輸送能力略大些。文丘里供料器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用與被輸送物料的物性、工廠布置和壓縮空氣氣源有關(guān)。 螺旋給料機(jī)具有下述特點(diǎn)： ①螺旋給料機(jī)適用于流動(dòng)性好、無(wú)粘性或者粘性很小，原料顆粒度一般小于 50mm，不適用于含水率大、質(zhì)地較硬、粘性高的原料； ②螺旋給料機(jī)是一種相對(duì)密閉式裝置，輸送能力相對(duì)小，功率消耗相對(duì)大。 (3)螺旋給料機(jī) 本設(shè)計(jì)采用螺旋給料機(jī)給料。旋轉(zhuǎn)葉片供料器的空氣泄漏量與供料器進(jìn)、出口壓差，供料器的規(guī)格，葉片與機(jī)殼之間的間隙有關(guān)。嚴(yán)重時(shí)使輸送停止。對(duì)于流動(dòng)性 差的物料。 (2)旋轉(zhuǎn)葉片供料器 旋轉(zhuǎn)葉片供料器屬連續(xù)供料裝置，常用于低壓稀相輸送系統(tǒng)。但容積式供料器耗氣量大，需要大的空壓機(jī)配套設(shè)備。 (1)容積式供料器 容積式供料器是高壓密相氣力輸送系統(tǒng)廣泛采用的供料設(shè)備。 物料輸送方式 物料輸送是將粉、粒料送入輸送管道并使其與氣流混合的必需設(shè)備，特別在正壓輸送系統(tǒng)中，供料器是決定整個(gè)氣力輸送裝置性能的主要因素。 圖 四軸垃圾破碎機(jī)結(jié)構(gòu)圖 21 粉粹機(jī) 經(jīng)破碎機(jī)處理后的有機(jī)固體廢棄物最小粒徑約為 3cm，不能滿(mǎn)足流化床氣化條件，需要進(jìn)一步粉碎。該四軸垃圾破碎機(jī)專(zhuān)為廢料（紙皮，纖維，有機(jī)物）前期處理破碎工作而研發(fā)出來(lái)的，破碎適用范圍廣，產(chǎn)品可用于大部分廢重垃圾的破碎減容，如可燃物料（木材，紙皮，塑料），各種類(lèi)型的廢料破碎之后回收和再循環(huán)利用，破碎成顆粒的效果高和更低的保養(yǎng)和維護(hù)成本，可靠性高。 剪斷式破碎機(jī)將廢棄物壓碎并予剪斷，適合于處理回轉(zhuǎn)式破碎機(jī)無(wú)法破碎的汽車(chē)輪胎、大口徑木材、金屬類(lèi)制品的切斷。 20 破碎機(jī) 破碎機(jī)根據(jù)原理的不同分為：沖擊式、壓縮式、摩擦式和剪斷式等。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是前處理裝置可以除掉混進(jìn)有機(jī)固體廢棄物中的水泥塊、不規(guī)則鋼筋和鐵塊等，避免這類(lèi)物質(zhì)對(duì)流化床進(jìn)料和排渣裝置造成危害，并影響爐內(nèi)的正常工況。 19 2 工藝設(shè)計(jì) 工藝流程 工藝確定 通過(guò)對(duì)各種基本固體廢棄物熱解技術(shù)的總結(jié)，再加上對(duì)有機(jī)固體廢棄物特 性的分析，考慮采用的工藝組合流程如圖 ： 有機(jī)固體廢棄物→預(yù)處理→循環(huán)流化床氣化爐→產(chǎn)物凈化→內(nèi)燃機(jī)發(fā)電 圖 循環(huán)流化床氣化爐組合工藝流程圖 注： 1— 進(jìn)料斗； 2— 螺旋進(jìn)料器； 3— 氣化爐； 4— 旋風(fēng)除塵器； 5— 返料器； 6— 水冷設(shè)備； 7— 內(nèi)燃機(jī)； 8— 風(fēng)機(jī) 預(yù)處理和物料輸送 采用預(yù)處理系統(tǒng)有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是可以提高固體廢棄物的熱值，由于我國(guó)垃圾低位熱值只有 4000kJ/kg 左右，采用預(yù)處理設(shè)備可將混進(jìn)有機(jī)固體廢棄物中的不燃物（如磚瓦、灰土和金屬等）在進(jìn)入流化床前就除去。②熱解焚燒系統(tǒng)的二次污染小，可簡(jiǎn)化污染控制問(wèn)題，對(duì)環(huán)境更加安全；熱解法產(chǎn)生的煙氣量比直接焚燒法少，特別是煙氣中重金屬、二惡英類(lèi)等污染物的含量較少，有利于煙氣的凈化，降低了二次污染物的排放水平，因而是一種安全的處理方法。 有機(jī)固體廢棄物熱解技術(shù)在實(shí)現(xiàn)無(wú)害化、減量化和資源化處理的同時(shí)，能有效克服焚燒產(chǎn)生的二惡英污染問(wèn)題，因而成為新興的、具有較大發(fā)展前景的固體廢棄物處理技術(shù)。 課題意義 隨著人們環(huán)境資源意識(shí)的增強(qiáng)，各國(guó)政府對(duì)固體廢棄物處理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的提高，傳統(tǒng)的固體廢棄物處理主要方法填埋、堆肥、焚燒三種技術(shù)日益顯示出其缺陷，如固體廢棄物填埋占用大片土地，堆肥 法處理量小、效率低，焚燒法容易產(chǎn)生二次污染，特別是二惡英 (Dioxins)的污染問(wèn)題，使其在工業(yè)應(yīng)用方面受到阻礙。其中有機(jī)固體廢物的熱解氣化裝置擬采用循環(huán)流化床氣化爐，除灰和除焦油裝置擬采用旋風(fēng)分離器和水冷塔等。熱解氣化技術(shù)可以將這些有 機(jī)固體廢物轉(zhuǎn)變成氣體燃料，使其使用更加清潔方便。某些輕工生產(chǎn)過(guò)程也產(chǎn)生大量有機(jī)固體廢物，例如糖廠、家具廠、碾米廠等產(chǎn)生的甘蔗渣、木屑、谷殼等。 圖 循環(huán)流化床工作原理圖 18 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求 有機(jī)固體廢棄物的熱解是在缺氧或貧氧狀態(tài)下進(jìn)行的不可逆吸熱化學(xué)反應(yīng)，最終生成可燃?xì)?、焦?(含化學(xué)水 )和半焦油，可燃?xì)饪扇紵厥諢崃?。揮發(fā)分導(dǎo)出循環(huán)流化床，產(chǎn)物炭通過(guò)旋風(fēng)分離器回到燃燒室參與燃燒。 循環(huán)流化床氣化爐工作原理 循環(huán)流化床反應(yīng)器工藝流程如圖 所示。必須指出，燃料區(qū) (層 )這樣清楚的劃分在實(shí)際上是觀察不到的，因?yàn)閰^(qū)與區(qū)之間是參差不齊的，這個(gè)區(qū)的反應(yīng)也可能在那個(gè)區(qū)中進(jìn)行。由于是限氧燃燒，氧氣的供給是不充分的，因而不完全燃燒反應(yīng)同時(shí)發(fā)生，生成一氧化碳，同時(shí)也放出熱量。 4．氧化反應(yīng) 由于碳與二氧化碳、水蒸氣之間的還原反應(yīng)、物料的熱分解都是吸熱反應(yīng)，因此氣化爐內(nèi)必須保持非常高的溫度。 在還原區(qū)已沒(méi)有氧氣存在，在氧化反應(yīng)中生成的二氧化碳在這里同碳及水蒸氣發(fā)生還原反應(yīng)，生成一氧化碳 (CO)和氫氣 (H2)。 在實(shí)際的氣化過(guò)程中，上述 反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，改變溫度、壓力或組分濃度都對(duì)反應(yīng)的化學(xué)平衡產(chǎn)生影響，從而影響產(chǎn)氣成分，而且由于氣體的停留時(shí)間很短，不可能完全達(dá)到平衡。為有利于此反應(yīng)的進(jìn)行，通常要求反應(yīng)溫度高于 900℃。該反應(yīng)的平衡常數(shù)見(jiàn)表 。CO 或 CO2 的甲烷化反應(yīng)中，由于它們需要有 4 個(gè)或 5 個(gè)分子的互相作用，一般要在有催化劑的條件下才能進(jìn)行，而有機(jī)固體廢棄物中灰分的某些成分對(duì)甲烷的生成起了催化作用。 101 CO 或 CO2 的甲烷化反應(yīng)都屬于均相反應(yīng)，隨著溫度的上升，甲烷含量要比 C+H2O反應(yīng)下降得緩慢。 106 179。 102 179。 102 179。 102 600 179。 1010 179。 104 179。 104 400 179。 1024 179。 CO、 CO2 的甲烷化反應(yīng)以及碳與水直接生成甲烷的反應(yīng)的平衡常數(shù)見(jiàn)表 。反之，為了制取合成原料氣，應(yīng)降低甲烷的含量，則可采用較低的氣化壓力和較高的反應(yīng)溫度。并且由于反應(yīng)前后的體積發(fā)生變化，因此總壓力的變化必然影響平衡時(shí)的 H2 和 CH4 的含量。 C+H2 反應(yīng)混合物的組成和平衡常數(shù)見(jiàn)表 。在常壓下甲烷生成反應(yīng)速率很低，高壓有利于反應(yīng)進(jìn)行。 (3)甲烷生成反應(yīng) 有機(jī)固體廢棄物氣化可燃?xì)庵械募淄?，一部分?lái)源于有機(jī)固體廢棄物中揮發(fā)分的熱分解和二次裂解，另一部分則是氣化爐中的碳與可燃?xì)庵械臍浞磻?yīng)以及氣體產(chǎn)物的反應(yīng) 15 結(jié)果。 綜上所述，溫度是影響碳還原反應(yīng)的主要因素。水蒸氣與碳的反應(yīng)速率極為緩慢，在 400℃時(shí)，幾乎沒(méi)有反應(yīng)發(fā)生，只有當(dāng)溫度高于 800℃時(shí)，反應(yīng)速率才有明顯增加。由此可知，提高溫度有利于提高 CO 含量和降低 CO2 含量。在溫度較高時(shí)情況相反，有利于生成 CO 的反應(yīng)進(jìn)行。 表 碳與水蒸氣反應(yīng)的平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系 溫度 /℃ K 溫度 /℃ K 式 () 式 () 式 () 式 () 300 1000 400 1100 500 1200 600 1300 700 1400 800 1500 900 由表 可知，溫度對(duì)于紅熱的碳與水蒸氣生成 CO 和 CO2 的反應(yīng)的影響程度不同。 (2)水蒸氣還原的化學(xué)反應(yīng) C+H2O(g)=CO+H2；△ H=+() C+2H2O(g)=CO2+2H2；△ H=+() 上面的兩個(gè)反應(yīng)都是吸熱反應(yīng)，因此溫度增加都將都有利于水蒸氣還原反應(yīng)的進(jìn)行。 圖 碳與二氧化碳還原反應(yīng)中平衡混合物與壓力的關(guān)系 14 顯然一般的氣化爐中并不以二氧化碳為氣化劑，但在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生大量二氧化碳。 同時(shí)正向反應(yīng)的體積增加，系統(tǒng)的總平衡壓力將影響平衡時(shí)的組成，圖 為壓力對(duì)該反應(yīng)平衡混合物組成的影響，由圖 可以看出，壓力的增大使 CO 平衡含量減少。 ①二氧化碳還原的化學(xué)反應(yīng) C+CO2=2CO；△ H=+() 這個(gè)反應(yīng)向右進(jìn)行，是強(qiáng)烈的吸熱反應(yīng)，因而溫度愈高， CO2 的還原將愈徹底， CO的形成將更多；不同溫度下二氧化碳還原時(shí)的平衡成分 (容積分?jǐn)?shù) )及平衡常數(shù)見(jiàn)表 。 (3)還原反應(yīng) 有機(jī)固體廢棄物經(jīng)熱分解后得到的炭與氣流中的 CO H2O、 H2 發(fā)生還原反應(yīng)生成可燃性氣體。完成熱分解反應(yīng)所需時(shí)間隨著溫度的升高呈線性下降，由試驗(yàn)可知當(dāng)溫度為 600℃時(shí)，完成時(shí)間約 27s 左右；當(dāng)溫度達(dá) 900℃時(shí)，則只需 9s 左右。由于有機(jī)固體廢棄物中的揮發(fā)組分高，在較低的溫度下（ 300～ 400℃）就可能釋放出 70%左右的揮發(fā)組分，而煤要到 800℃時(shí)才釋放出約 30％的揮發(fā)組分。有機(jī)固體廢棄物的熱分解產(chǎn)物是非常復(fù)雜的混合氣體和固態(tài)炭，其中混合氣體至少包括數(shù)百種碳氧化 合 物，有些可以在常溫下冷凝成焦油，不可冷凝氣體則可直接作為氣體燃料使用，是相當(dāng)不錯(cuò)的中熱值干餾氣。熱分解是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程，其真實(shí)的反應(yīng)可能包括若干不同路徑的一次、二次甚至高次反應(yīng)，不同的反應(yīng)路徑得到的產(chǎn)物也不同。 (2)熱分解反應(yīng) 12 當(dāng)溫度達(dá)到 160℃以上便開(kāi)始發(fā)生高分子有機(jī)物在吸熱的不可逆條件下熱分解反應(yīng)，并且隨著溫度的進(jìn)一步升高，分解進(jìn)行得越激烈。 有機(jī)固體廢棄物在流化床氣化爐內(nèi)反應(yīng)過(guò)程 有機(jī)固體廢棄物在流化床氣化爐內(nèi)反應(yīng)的過(guò)程很復(fù)雜，隨著氣化裝置的類(lèi)型、工藝流程、反應(yīng)條件、氣化劑種類(lèi)、原料性質(zhì)等條件的不同，反應(yīng)的過(guò)程也不相同，不過(guò)這些過(guò)程的基本反應(yīng)包括有機(jī)固體廢棄物的干燥、熱分解反應(yīng)、還原反應(yīng)和氧化反應(yīng)四個(gè)過(guò)程 [5]。 熱解通常存在著快分解和慢分解兩步，快分解有實(shí)用意義，而慢分解實(shí)用意義不大。反應(yīng)時(shí)間與加熱速度大、最終溫度高使揮發(fā)分（即熱解產(chǎn)物）產(chǎn)量正向相關(guān)。如采用間接加熱的沸騰床，它的反應(yīng)時(shí)間短，但單位時(shí)間的處理量不大，要加大處理量 ．相應(yīng)的設(shè)備尺寸也很大。所以間接熱解的反應(yīng)器內(nèi)徑尺寸都做得較小。因?yàn)橹苯訜峤饪衫斫鉃樵诜磻?yīng)器同一斷面的物料基本上處于等溫狀態(tài)，而壁式間接加