基于微波预处理的城市生活垃圾热解特性研究

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1、工程硕士学位论文基于微波预处理的城市生活垃圾热解特性研究作者姓名姚婷婷工程领域动力工程校内指导教师马晓茜教授校外指导教师宋景慧教授级高工所在学院电力学院论文提交日期2017年11月StudyonpyrolysischaracteristicsofmunicipalsolidwastebasedonMicrowavePretreatmentADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：YaoTingtingSupervisor：Prof.MaXiaoqia

2、nSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TK6学校代号：10561学号：201521011708华南理工大学硕士学位论文基于微波预处理的城市生活垃圾热解特性研究作者姓名：姚婷婷指导教师姓名、职称：马晓茜教授申请学位级别：工程硕士工程领域名称：动力工程论文形式：□产品研发□工程设计■应用研究□工程/项目管理□调研报告研究方向：能源高效清洁利用论文提交日期：2017年11月20日论文答辩日期：2018年3月11日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：

3、年月日答辩委员会成员：主席：赵增立委员：马晓茜、廖艳芬、卢志民、杨承摘要随着经济快速发展，城市生活垃圾产量也急剧增加并逐年递增，垃圾泛滥成灾已然成为全世界面临的难题。目前我国广泛使用的垃圾处理方式主要包括卫生填埋和焚烧两种，焚烧虽然能大量减少城市固体垃圾重量和体积，但易形成二噁英等有害物质产生二次污染。垃圾热解技术能较好的解决上述问题。主要以广州市的城市生活垃圾混合物为研究对象（包括厨余、木竹、废纸、纺织物、塑料橡胶5种有机组分和玻璃陶瓷、金属和其他无机组分），研究探讨微波预处理城市生活垃圾的理化性质变化、热解

4、失重特性、产物分布及其特性等，以期为新的城市生活垃圾处理方式提供理论依据。首先采用微波炉对城市生活垃圾混合物进行预处理实验，通过改变微波功率和预处理停留时间来研究微波预处理对垃圾的微观形貌、物质组成成分以及元素含量的变化情况，结果表明：通过微波预处理能够使垃圾样品的表面出现凹陷现象并产生孔隙结构，且随着预处理功率和停留时间的增大，孔隙结构和表面凹陷现象越加明显。当功率过大、预处理停留时间过长时，孔隙结构出现断裂甚至坍塌现象。此外微波预处理能促使城市生活垃圾中内在水分析出，且随着微波预处理的功率和停留时间的增大，

5、内在水分含量显著减少，灰分和固定碳含量则增大，挥发分含量基本保持不变，当功率过大（800W）、预处理停留时间过长（10min）时，部分挥发分和易分解组分也会逸出或分解，使挥发分含量减少。另外，随着微波预处理的功率和停留时间的增大，氢元素含量逐渐降低，碳元素含量先逐渐增加后又减少，氧元素含量先逐渐减少后又增加，硫、氮元素含量几乎不变，低位热值也随着微波预处理功率的升高，先逐渐增大后减小。然后再利用管式炉对经过不同工况的微波预处理处理后的城市生活垃圾混合物进行热解实验，研究其热解特性的变化情况。结果表明：微波预处理

6、能够促进城市生活垃圾热解反应的进行，并使其主要的热解反应时间段提前，同时在适当的条件下也能够促进热解气的生成。在微波预处理功率为600W、停留时间为7min时，垃圾热解过程的主要失重时间段从9~18min提前至6~15min，热解产气率显著增加，最高达到48.42%，液体产物的产率显著减少，最低降低到37.54%，热解残余固体物质含量略有下降，下降率不足1%。当微波功率过大（800W），热解产气率迅速降低至18.98%，远低于0W时的产率；停留时间过长（10min）时，热解过程的主要失重时间段又增加到6~18m

7、in，热解产气率反而降低至40.81%，液体产物的产率和热解残余固体物质的含量都增大。I最后利用热裂解仪和气相色谱质谱仪联用（PY-GC/MS）对经不同工况的微波预处理后的城市生活垃圾混合物进行热解实验，研究其热解产物组分的变化情况。结果表明：微波预处理能够促进城市生活垃圾热解产物中碳氢化合物（链烃类和芳香烃类）的生成，减少含氧物质（主要包括酸类、酯类、酚类、糖类、醇类、醛类、酮类和呋喃类等）、含氮（主要是联氨和氮杂环类）物质的生成，从而提高热解产物的品质。且随着预处理微波功率和停留时间的增加，热解产物中碳氢化

8、合物的含量逐渐增加，含氧物质和含氮类物质的总含量迅速减少。当预处理停留时间过长（10min）时，热解产物中的碳氢化合物含量反而下降。综合考虑城市生活垃圾的理化特性、热解失重特性、三相产物的分布以及快速热解产物的特性，在本论文的实验条件中微波预处理的最佳功率和最佳停留时间分别为600W、7min。关键词：微波预处理；热解；城市生活垃圾；管式炉分析；PY-GC/MS分析IIABSTRACT