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用磁化空氣熱解技術處理垃圾

更新時間:2008-12-16 16:26 來源: 作者: 閱讀:9222 網友評論1

內容提供: 虹口區現代制造技術協會

本項目提出一種用于固體有機廢物(垃圾)處理的新穎熱解技術。在熱解爐內通以少量經磁化的空氣,使被處理的固體廢物中的可燃物及熱解產生的可燃產物部份燃燒,所產生的熱量使固體廢物中的有機物質進行持續熱分解.由于磁化空氣使被處理物間接磁化,降低了熱解所需能量,提高了熱解效率,因而熱解氣化能在350℃的低溫下實現,從而基本上避免了二惡英的產生.熱解過程無需任何能源,因此,這是一種環保節能的新技術。

背景技術

傳統的垃圾處理方式主要有填埋、焚燒等.填埋會占用大量寶貴的土地資源,同時污染環境(大氣、地下水等),因而這種簡單處理方式已基本不再采用。與填埋處理相比,垃圾焚燒是一種較好的處理方式。通過焚燒,不僅體積大大減小,還可利用焚燒產生的熱量發電、供熱,達到能量再利用的目的.所以焚燒技術己經成為當前國內外普遍采用的一種垃圾處理技術。但垃圾直接焚燒還存在很多問題,例如:(1)二次污染問題;垃圾成分中有機物焚燒產生的酸性氣體(HCl, HF, NOx等)、劇毒的含氯高分子化合物(統稱二惡英類物質)以及含Hg、 Pb的飛灰都會對環境造成污染。(2)焚燒設備損壞問題;垃圾中含氯化合物在爐內形成HCl等腐蝕性氣體,在300oC以上即會嚴重腐蝕爐內金屬部件。(3)垃圾成分復雜,各種不同成分有不同的密度、形狀、化學性質、著火及燃燒特性,它們在焚燒爐內呈現不同的燃燒性狀,因而難以控制燃燒過程.為了克服垃圾焚燒技術的上述缺點,作為垃圾焚燒替代技術的垃圾熱解技術得到了開發和應用。實際上,熱解技術應用于工業化已有很長的歷史,最早應用于木材和煤的干餾,用以產生木炭和焦炭等產品,隨著該技術應用的發展,熱解還被用于重油和煤炭的氣化。

熱解(Pyrolysis)又稱干餾、熱分解或炭化,是指有機物在無氧或缺氧的狀態下加熱,使之分解的過程。即熱解是利用有機物的熱不穩定性,在無氧或缺氧的條件下,利用熱能使化合物的化合鍵斷裂,由大分子量的有機物轉化為小分子量的可燃氣體、液體燃料和焦炭的過程。熱解和焚燒的相似之處是兩者都是熱化學轉化過程.但它們又是完全不同的兩種過程.主要區別為:(1)焚燒的產物主要是CO2和H2O, 而熱解產物主要是可燃的低分子化合物, 氣態的有H2、CH4、CO; 液態的有甲醇、丙酮、醋酸、乙醛等有機物及焦油、溶劑油等;固態的主要有焦炭或炭黑。(2)焚燒是固體廢物中的主要可燃物質碳和氫的氧化反應, 是一個放熱過程,而熱解則是一個吸熱過程,需要吸收大量的熱量來使有機化合物分解。(3)焚燒祗能將產生的熱量用來發電或供熱,而熱解的產物是燃料氣及燃料油可再生利用,且易于貯存和運輸。

本發明“用于固體廢物處理的磁化空氣熱解爐”是一種基于氣化熱解原理的熱解裝置.

本項目的目的在于提供一種新穎的用于固體廢物處理的熱解裝置,它由爐體、脫臭筒、空氣導入系統以及電氣控制箱四部份組成。固體廢物從爐體的投入口投入到處理室,風機將空氣經磁化器導入爐體。固體廢物中的可燃物(如紙品、板材、木屑等)經引燃后,在進入爐體的磁化空氣作用下燃燒,使爐體升溫,在處理室中,固體廢物中的可燃物以及部分熱解產生的可燃產物置于還原性氣氛中,進行部份燃燒,放出熱量。利用此熱量使固體廢物中的有機物完全熱解氣化。由于沒有像直火型焚燒爐中的攪拌作用,因而產生的飛灰很少。熱解的氣化產物和少量飛灰經脫臭筒中的鉑催化吸附作用,從而使從煙道排出的氣體中灰塵極其有限,因而無需特別添置除塵裝置,也足以滿足最嚴格的灰塵排放的有關法規。這里用鉑催化劑的催化作用來凈化氣體污染物, 其原理是將廢氣中的有害物質轉化為無害物質或易于去除的物質。此法的優點是無須將有害氣體與主氣流分離而直接將有害氣體轉化為無害物,這既可避免二次污染,又簡化了操作過程。這里,在脫臭筒中,廢氣經加熱后在鉑催化劑的作用下,發生催化燃燒反應,熱解產生的一氧化碳和多種碳氫化合物反應生成二氧化碳和水:( CO+HC=CO2+H2O)。從脫臭筒排出的氣體完成了凈化作用。熱解后的有機物殘渣以及固體廢物中的非燃物(如玻璃、金屬、陶瓷等)一起從爐體下部排出口7排出。為了提高固體廢物中H2的比例,提高氣體產物的熱值,在爐體中設有水蒸氣產生器17產生一定量的水蒸氣,使固體廢物中的碳與水蒸氣發生水煤氣反應,生成CO和H2 以及少量CO2, 從而提高熱解效率。由于此過熱蒸汽產生器位于處理室上部, 從而使投入處理室的固體廢物的上部也能產生熱解反應。在這里,CH4,H2,CO可作為還原劑與NOX進行催化還原反應,清除有害的酸性氣體NOX。本裝置的關鍵要點在于引入爐體的空氣經磁化器12受到磁化作用所產生的效果。我們知道,氧氣雖然是具有偶數電子的分子,但仍有穩定的固有磁矩,是一種磁化率很大的順磁性物質。 當外磁場為零時,由于熱溫度的作用,使分子磁矩無規則地取向。在外磁場作用下,分子磁矩將隨外磁場取向,分子極性趨于與外磁場平行并使磁場增強,因而經磁化器12磁化了的空氣中的氧氣的活化能大大提高。這樣,進入爐體的空氣的量可以少到如不經磁化就無法維持部份燃燒的程度,而經磁化后卻可以維持穩定的部份燃燒。減少燃燒垃圾所使用的空氣量,就可以減少因燃燒而產生的燃燒氣體,從而減少燃燒塵埃。更有甚者,經過特殊處理的、進入處理室的磁化空氣還能使被處理的固體廢物間接受到磁化,在磁能的作用下,被處理的固體廢物中有機組份中的分子間內聚力減小,因而提高了熱解的效果。另外,由于引入的空氣量很小,因而處理室內在正常穩定的熱解過程中保特較低的熱解溫度,約350℃。我們知道,焚燒熱解的熱化學反應中,二惡英產生的濃度與反應溫度有關。反應溫度在700℃ – 850℃之間時,二惡英產生的濃度最大。因而本裝置由于采用磁化空氣使氣化熱解在350℃的低溫下進行,從而基本上消除了二惡英的產生。.此乃本裝置有別于任何傳統熱解裝置的又一個優點。與之相比,在常規的熱解技術中,熱解溫度為45℃到750℃。

磁化器12中裝著具有強磁場的永久磁鐵,永久磁鐵可采用性價比好的鐵氧體,也可采用阿爾尼科磁鐵、稀土類磁鐵等硬磁材料。在空氣通道周圍安放相互間獨立的復數磁鐵。這樣,每塊磁鐵都可以對空氣產生磁化作用,從而可以達到更好的磁化效果。

熱解裝置描述

1 中小型磁化空氣熱解裝置

此類熱解爐的處理物容量在0.5噸到10噸之間, 可用于企業、賓館、居民小區、醫院、學校、運動場、博覽會等的垃圾就地減容處理。垃圾熱解產物不作再生利用。作為一種環保節能裝置,可將固體廢物的體積經3–4小時縮至1/100;6–8小時縮至1/300;30小時可縮至1/3000 – 1/5000。可隨時投料。

2 大型磁化空氣熱解裝置
 
大型磁化空氣熱解裝置的處理物容量在數十噸以上,代替垃圾焚燒爐用于城市級垃圾處理。隨著人類社會的發展,城市垃圾的成分中,無機物成分變少,有機物成分增多,因而熱解技術用于固體廢物的資源化處理,并制造再生燃料,無疑成為一種很有前途的固體廢物處理方法。大型磁化空氣熱解裝置的采用不再是簡單地處理消除垃圾,同時也著眼于城市垃圾中能源和其它資源的再生利用,達到環保、節能、資源再生循環應用的綜合效果。

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