垃圾气化装置设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 摘 要 我国经济的快速发展、城市化进程的加快以及人口的增长带来了生活垃圾 急剧增长的问题。卫生填埋作为我国目前的主要垃圾处理方式 ,面临无地可用 及浪费资源的问题。新型的焚烧技术作为垃圾的热处理方式之一不仅处理量大 , 而且具有能源回收利用和污染少的特点。因此 ,垃圾的热处理方式得到了国家 的重视。相比于垃圾焚烧的处理方式 ,垃圾的热解气化技术在污染物的排放上 更具优势 ,在实现污染物近零排放的前提下 ,还能实现渣熔融以及净气化气的 产生。气化气与焚烧一样可以用于发电产热行业 ,此外还可以广泛地应用于化 工 行业 ,而且利于运输和储存 ,被认为是未来最有发展前途的能源之一。深入 研究垃圾的热解气化特性 ,了解完善垃圾热解气化技术 ,不管在能源利用还是 环境保护方面都是很有意义的。 关键词 :生活垃圾 ,热解 ,气化 ,催化剂 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 he of of of it is is SW As a SW to SW is in It SW be in SW it be in it is to be is to be of It is in to SW 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 目录 摘要 . 1 . 2 . 4 . 5 活垃圾热解气化技术的原理 . 5 解过程 . 5 化过程 . 5 圾热解气化技术的前景 . 6 活中的垃圾气化器 . 7 . 10 圾气化流程 . 10 料的准备 . 10 圾气化原理 . 10 料系统 . 10 圾气化炉 . 10 却装置 . 11 . 12 旋体设计 . 12 旋叶片 . 12 旋轴 . 12 承 . 13 槽 . 14 动装置设计 . 13 . 14 动机的选择 . 14 速器设计 . 14 . 16 烧室设计 . 16 化室设计 . 16 . 16 凝器设计 . 16 总结 . 18 参考文献 . 19 致谢 . 20 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 目前 ,全世界都面临着边圾泛滥成灾的难题 ,大量的垃圾不仅占用了大量 宝贵的土地资源 ,还造成了潜在的环境污染问题。生活 垃圾 的处理不当 ,小则 影响居住环境、生态环境和人们的身体健康 ,大则影响到一个城市和国家的形 象以及经济社会的可持续发展。而生活 垃圾 其实也具有回收再利用和资源再利 用的特点。因此生活 垃圾 的减量化 ,资源化和无害化的处理十分重要。 生活坟圾的处置方式有很多种 ,填埋和焚烧是其中两种最主要的无害化处 理方式。而能达到减量化 ,资源化和无害化的处理方式主要还是 垃圾 的热处理 方法。焚烧技术作为热处理方式之一 ,发展很早 ,而且近年来发展很快。目前 新型的焚烧技术可以通过优化燃烧工艺路线等方式 ,例如采用提高温度和停留 时间 ,采用添加 剂 等等多种方法 ,有效地脱除了汞、镉及重头合成二恶英等污 染物。逐步解决或减轻了二恶英等污染物排放带来的问题 ,各种机构数据表明 没有发现 :垃圾 焚烧对人体健康产生了有害的影响 ,因此对 垃圾 进行焚烧处理 的方式也是目前对城市生活 垃圾 进行减量化 ,资源化和无害化热处理方法中发 展最好 ,应用最广的一种方式。 尽管如此 ,相比于焚烧的处理方式 ,垃 圾的热解气化技术在 二恶英和氮、 疏氧化物的排放上更具优势 ,在实现污染物近零排放的前提下 ,还能实现渔溶 融以及净气化气的产生并更利于二氧化碳减排 ,而气化气与焚烧一样 ,可以用 于发电产热行业 ,此外还可以广泛地应用于化工行业 ,而且利于运输和储存 , 被认为是未来很有发展前途的可再生能源之一。在目前提倡保护生态环境 ,倡 导低碳生活大环境下 ,热解气化技术会因为它在环境上的显著优点而极具发展 前景。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 活 垃圾 热解气化技术的 原理 热解气化一般指的是含碳的物质 ,如煤、生物质以及 垃圾 等 ,在一定的温 度和压力 (加压或常压 )下 ,与气化介质 ,如无氧、空气、纯氧、氢气以及水 蒸汽等 ,发生化学反应后转化为简单的分子如 02, 气体组 成的合成气的技术。 垃圾 的热解气化技术作为边圾热处理技术之一 ,与焚烧一样具有减量化 , 资源化和无害化的特点。 垃圾 焚烧技术发展较早较成熟 ,具有占有率高 ,可靠 性好等优点。 解过程 热解法是利用垃圾中的有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧的条件下进行加热，使有机物产生热裂解，改变原有分子结构形态，由大分子的有机物转变为小分子的 可燃气体、液体燃料和固体燃料。具体而言，垃圾吸收外界提供的热量后，温度逐渐升高，当升高到 100 以上，便挥发出游离态的水，然后发生有机物分子内的脱水反应，如羟基断裂生成水。经过脱水反应后，垃圾继续吸热，当温度升高到 200 400 时，有机物分子中的甲基、乙基等侧链开始断裂，生成甲烷、氢气以及其他的碳氢化合物。随着温度的进一步升高，脱掉侧链的有机物的主链发生断裂，生成许多小分子物质。热解反应后的气态产物经过冷却后，被分离成可燃气体 (含有 有机液体 (有机酸、芳烃、焦油 )，热解反应后 的固态产物为垃圾炭 (焦炭和无机成分 )。 气化过程是对热解反应的固态产物 垃圾炭进行二次处理，将其转变为可燃气体的过程。具体而言，将热解产生的可燃气体引入燃烧室内进行高温燃烧，为热解反应提供能量。同时，将燃烧产生的一部分烟气 (利用其中的 干燥垃圾过程中逸出的水分通人垃圾炭层内，使之发生气化反应，进一步获得可燃气买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 体 (反应方程式如下： C+O+ (1) C+ (2) 这种处理方式，一方面大大减少了烟气的 排放量，同时又产生了 O 等可燃气体，增加了可燃气体的产量。 热解气化技术的应用至今已经有 200 多年的历史 ,文献记载该技术最早运用于转化为合成气 ,其中含 50%的氢气以及 3%一氧化碳 ,其余大部分为二氧化碟和甲院。在 1800 年代前期 ,正处在工业化时代的美国和欧洲运用这种技术产生合成气 ,点火照明或者取暖 ;1807 年 1 月 28 曰 ,在伦敦首次使用这种合成气点火 ,做为路灯照明。随后 ,由于其他技术的发展 ,热解气化技术的应用逐渐减少。而直到第二次世界大战 ,热解气化技术再次 被大量应用 ,它的主要目的是通过费托合成将煤转化为运输装置可以使用的燃料。在过去的五六十年时间 ,热解气化开始广泛的应用于将煤、重油、生物质和 垃圾 等转化为以含氧气为主的气化气 ,用于生产尿素即化肥行业 960 年代和 1980 年代开始运用热解气化技术。在过去的近二十年时间里 ,热解气化技术开始用于发电产热 行业 ,并开始越来越多的应用于小规模的生物质和泣圾的处理。 垃圾 的热解气化技术作为 垃圾 热处理技术之一 ,与焚烧一样具有减量化 ,资源化和无害化的特点。 垃圾 焚烧技术发展较早较成熟 ,具有占 有率高 ,可靠性好等优点。 目前我国 垃 圾焚烧技术主要以炉排炉和流化床炉为主。其中炉排炉也是发达国家焚烧泣圾的主流技术 ,但是由于其技术较复杂以及技术含量高等特点 ,使得我国多数大型炉排炉焚烧厂建设主要依靠国外进口引进 ,例如曰本三菱重工株式会社生产的三菱 造成建设投资的成本较高 ;而流化床炉主要以国化技术为主 ,因此建设投资成本较低 ,目前流化床垃圾焚烧技术在我国的应用规模达到了 40%左右 ,其中尤其以浙江大学热能工程研究所严建华课题组提出的城市生活 垃圾 循环流化床焚烧技术为主 ,得到了广泛的应用和认 可 ,例如已经运行的杭州锦江乔司 垃 圾发电厂以及郑州荥锦 垃 圾焚烧厂等。但是传统的 垃圾 焚烧技术因会造成环境污染如二恶英排放等缺点而被话病 ,然而随着研究的深入和技术的不断完善 ,新型的 垃圾 焚烧技术污染也极少 ,例如通过高温 850C 下停留 2 秒破坏二买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 恶英 ;炉算移动技术提高热值适应性 ;活性炭的加入脱除 汞 、镉及重头合成二恶英等 ;气体冲洗及除尘等设施的应用等等多种技术的应用降低焚烧的污染排放。但是相比于 垃圾 的焚烧技术 ,垃圾 的热解气化技术在二恶英和氮、硫氧化物的排放上更具优势 ,而且热解气化过程中产生的气化气可以在使用之前将污染物 去除 ,而不像焚烧需要在产生污染物后进行后续处理。此外 ,通过气化还可以促进 垃圾 中可回收物品的回收 ,因为在 垃圾 气化前 ,诸如玻璃、金属等不可气化的物料需要被分拣出来。此外 ,垃 圾焚烧技术一般只能用以发电或供热 ,而热解气化技术除了能像焚烧一样产热或发电 ,热解气化产气 (合成气 )还可以用来发电或者用来生产药品、化肥、运输燃料 (如乙醇 )和替代天然气等。 相比于目前国内占生活 垃圾 处理量最大的处理方式填埋 ,热解气化的优点也更加明显 :热解气化技术可以减少填埋用地 ;减少填埋产生的甲院 (也是一种温室气体 )的排放 ;降低了因填埋而 污染地下水的风险 ;可从 垃 圾中回收能源用以生产高价值的产品 ;加强现有的再循环生态系统 ;减少使用化石燃料 ;减少运输 垃圾 产生的费用。从二氧化碳排放的角度 ,看热解气化技术的优点 :热解气化系统中 ,可以利用水煤气变换反应 ,在燃烧之前将 化为 个过程比燃烧后再去除过程经济 。 在生产氨 ,氢气 ,燃料或化学品过程中 ,本来就需要将其中的 活中的垃圾气化器 热解气化器根据床型分类一般主要分为固定床 (移动床 ),流化床和 气流床。传统的固定床的热解气化反应器中气固两相对流 ,使得物料自身产 生 的热气化气可以为上部的湿物料的干燥提供能量 ,能量利用率较高并具有很高 的冷气化气效率 (常温下收集的单位质量原料产生的气化气的热值与单位质量 原料的热值之比 ),但同时也由于气固两相对流 ,可能造成流动不均一以及反应 颗粒局部堆积搭桥 ,从而导致内部混合效果差 ,碳反应不完全 ,局部高温以及 低转化率。此外 ,固定床还主要分为上吸式和下吸式固定床 ,适用于生物质 的典型气化器的效率一般分别为 30%和 15%,输出功率一般为 1 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 流化床一般物料混合效果较好 ,但是在流体动力学特性上 ,流 化床比固定床复杂很多。由于流化床中气固两相混合得好 ,使得燃料之间传热 传质好并且转化率高。此外 ,流化床中固体颗粒之间的机械运动摩擦能使灰脱 落。流化床主要分为鼓泡流化床和循环流化床 ,它们的效率分别可以达到 35% 和 40%,适用于生物质热解气化的输出功率一般是 3右和 250流床一般温度极高 ,颗粒高度分散 ,燃烧到很高的温度以达 到液态排查和快速气化 ,反应器的效率和功率也很高 ,可以分别达到 45%和 1000同时要求给料均一 ,需要氧气量高。从流体动力学特性上比较 , 气流床相对简单 ,气固同向流动 ,但是不均一的流动将会导致局部堆积和高温 , 以及碳反应不完全等问题。此外 ,气流床需要使用干物料 ,使用湿物料时需 要耗费很多能量在干燥上。 热解气化器根据气氛和压力 , 一般可以分为空气不完全燃烧气化 ,纯氧 不完全燃烧气化 ,水蒸汽热解气化和加压气化。空气不完全燃烧气化主要气化 产物为 焦油。气化气质量品位较低 ,应用上的主要 问题是气化气不利于燃烧 ,尤其是不适合在燃气 祸轮机中使用。纯氧不完全燃 烧气化主要气化产物为 焦油 (无 使用纯氧费用虽 然要高 ,但是会产生更高质量的气化气 ,可以补偿使用纯氧多出的费用。水蒸 汽热解气化主要气化产物是 焦油。由于有较高的甲燒 和碳氧化合物气体浓度 ,气体热值会很高 ,一般应用过程中还会通过添加催化 刻重整气体 ,得到热值更高、污染物更少以及更纯净的气化气。加压气化炉一 般主要在 15压力下进行 ,加压后可以减小反应室和管路尺寸大小而 不需使用气化气压缩器 ,效率 高。但是由于要保证反应在加压下运行 ,投资成 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 本和运行成本都还是会显著提高。从操作和经济角度上看 ,加压反应中使用液 态物料如生物油或者污泥要优于固体生物质。加压气化一般使用纯氧 ,使用纯 氧可以得到较高的反应温度 ,因此焦油量较低 ;由于没有氮气 ,设备尺寸可以 更小 (投资成本更低 );高质量的气化气可以用于发电或者液态燃料合成。但是 使用和供应纯氧需要额外的可观的资金和能量投入 ,以保证安全的操作和使用。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 圾气化流程 如图所示 为垃圾气 化的一般流程： 料的准备 生物质（落叶、锯末、刨花、桔梗等）经过破碎机精破碎后，成为 80100 细小颗粒粉末。这些颗粒经过风机吹送入燃烧室中进行焚烧获得气化所需要的热量。 圾气化原理 根据垃圾气化流程图中所示，我们科依次设计气化装置的组成部分，具体如下。 料系统 分选出生活垃圾的组成部分，经过干燥破碎等程序变成直径 45颗粒， 再经由螺旋进料器均匀喂料。 圾气化炉 燃烧室 在燃烧室的下部炉膛中先用木 材引火，然后吹送入生物质粉末，在其内部进行粉尘云燃烧。燃烧过程中所产生的高温烟气由燃烧室上部引出，流经气化室内部的各列管到达气化炉的上部料斗，最后通往烟气处理工序。在此过程中，各烟气列管内的高温烟不断地向气化室传热，供给气化反应所需的大量热能，并在出口处预热料斗内的垃圾颗粒。 气化室 垃圾颗粒首先在上部料斗内经由烟气列管引出的高温烟气预热，再由送料机构送入气化室，在各烟气列管间由上向下移动。在此过程中垃圾颗粒受热分解，热解产物再与气化室底部通入的水蒸气发生反应，最终气化生成买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 可燃气体。可燃气体由 上部出气口引出，进入后续流程。灰渣由底部出口落入水浴中冷却结渣。 却净化装置 由气化炉里出来的气体经由热烟气管道进入冷却装置分离出所含的焦油物质，再经过一系列除杂步骤可分离出所含的飞灰杂质，得到纯净的可燃气体。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 送料装置采用水平螺旋机构。 螺旋机构包括螺旋体，机槽，轴承，驱动装置等。 旋体设计 螺旋体是由螺旋轴和螺旋叶片组成 旋叶片 采用满面式螺旋叶片 旋轴 螺 旋轴采用空心轴。 螺旋轴设计计算 螺旋直径的计算一般是根据输送量来用公式计算，公式为： Q=47D中 : D 螺旋直径 S 螺距 n 螺旋转速 机槽的充填系数 物料的容重 修正系数 在足输送量的情况下转速不宜过高，更不能超过最大许用转速，螺旋转速应为 n(D) 将此公式代入上式，令 b=s/D,得 Q D（ Q/ 47， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 D= 取 D=16 n=30 取 n=30 用公式 n(D) A=45 验算 (D)=足条件 具体的数据见 承 根据具体的实际情况，在这里我们选择深沟球轴承。 槽 采用 U 型机槽 动装置设计 根据以往的经验，在这里我们选择电动机作为驱动装置动力源。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 动机的选择 类型和结构的选择： 选择 功率的确定： 1)工作机所需功率 00=s 0)电机至工作间总效率的确定： 取联轴器效率 1 动轴承效率 2 齿轮传动效率 3 作机效率 w 3)电动机所需功率 总效率 (1)2(2)2(3)2(4)2w)电动机额定功率 d，故取 表 17 7 选择电动机，该电机额定功率 载转速 1390r/动比的分配： 1)总传动比：螺旋轴转速 0r/总传动比 i nm/)确定一级圆锥齿轮传动比 )确定二级圆柱齿轮传动比 )确定三级圆锥齿轮传动比 速器设计 根据电动机参数和传动比选择相应的减速机。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 烧室设计 燃烧室的截面大小要比生物质颗粒的直径要大，但是不能过大，要保证生物质颗粒能在燃烧室中充分燃烧放出热量，这里我们采用圆柱形的燃烧室，燃烧室内壁有 2 根圆柱形的电热管，内附有电热丝。 具体数据和图见 纸。 化室设计 气化室与螺旋送料装置相配合，气化室高度和 宽度以及容量大小可根据实际以及螺旋送料装置的送料量来定。 以一定量生物质量为准，空气量按空气比 算，每千克干无灰物料消耗空气 水分和灰杂质按 10%计算，则每小时消耗空气量为 235 设定气化室温度 650 ，产气中 50%为氮气来计算，则产气总量为 V=35923298+ 2359232987950)=择流化速度为 则布风板面积为 s=由层高度要保证气体的停留时间，根据相关文献资料，由此可以算出自由层高度 H=8=化室中挡板的高度要保证生物质停留时间，这里设计为 以是颗粒停留大约 1 示意图如下 具体数据和参数见 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 化冷却装置设计 冷却装置分为上中下 3 个部分，冷却装置上部 是一个圆柱形结构，中间用隔板分为左右两个空间 ，这 2 个空间 分别和 热 解气的入口和冷却后热解气的出口连接，彼此不连 通 。高温热解气经冷却口进入冷却器的左室，再通过孔板进入冷却器的换热结构部分，冷却后的 气体 通过热解 气的出口排出冷却器。 冷却装置中间部分为换热器和净化器。 考虑实际应用的因素，确定 换热器的直径 140 100柱体。内部均匀安装 若干 根直径 10金属管，这些金属管涨接上下两个金属孔板上。在换热器的外壳上左右各开设两个管道口，是冷却水的入口和出口。热解气在 若干 根细金属管道中流动，冷却水在热气金属管外和热解气冷却器的金属壳内的空间中流动，彼此不连 通 。 冷却 装置 下部是高 70径 140圆柱体，可以将热解气由输入转到输出端，同时分离热解气中的焦油和水分。在底部的 左边开设直径是 6焦油排放口，右面开设直径 6凝结水排出口 。 在金属板上放有活性炭等吸附剂以除去气体中的有害杂质，达到净化的目的。 示意图如下 具体数据见 纸。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 总结 根据机械设