关于垃圾热解中两个温度场的分析

摘要：本文分析了垃圾热解中空间和时间两个温度场的构成和温度变化过程，提出了温度场温度变化的有关影响因素并对其在燃烧控制中的作用进行了分析，同时对未来研究方向提出了展望。
1 ．绪言
热解是指在无氧和缺氧的惰性气氛下，利用高温使固体废物有机成分发生裂解，从而脱出挥发性物质并形成固体焦炭的过程，热解工艺的主要产物是液体油和固体炭。而气化是在热解基础上引入气化剂，不仅促使长链挥发性产物向小分子气体烃转变，而且也通过焦炭和气化剂反应使固体产物进一步转化成气体产物。气化工艺的主要产物是由CO 、H2和CH4 组成的中、低热值燃气。由于约定俗成的原因，本文中的热解实际上指的是气化。
2 ．实验内容
在垃圾热解焚烧系统中温度的控制是一个极其重要的关键环节，其对燃烧速度、燃烬率、NOx 浓度等都有很大的影响。
我们知道垃圾的热解速度主要反映在燃烧温度和垃圾组分两个影响因素，对不同的垃圾组分而言，有机碳含量的高低和垃圾热值基本反映了热解气体的产率，对相同的垃圾组分，决定热解速度的主要是热解温度和补氧量，而热解温度和补氧量两者是相互依存的。当温度下降，可调节增大补氧量；此时温度上升，再调节减小补氧量。通过这种方式来保证热解速率的一致性。
通过对间隙性热解炉的研究，我们认为其存在两个温度场。
2.1 空间温度场
在炉体的轴向，存在一个空间温度场
其主要分为以下几层：
底层为燃烬层，温度约200-300 ℃ 其成份主要是燃烬的无机物和灰分。
往上是炭化层，炭化层的温度为1000 ℃-1200 ℃ ，其成份主是要垃圾中固定炭点火后在缺氧条件下，迅速形成一个灼热的炭层，在其形成的初期，由于温度不够，很难保证二燃室有足够的可燃气体维持燃烧。
经过1-2 小时后，由于固定碳的反应，使炭化层温度上升到一个合理的温度区间，为上层的热解气化层提供了一个连续的受热面，而这个连续的受热面就保证了二燃室可燃气体的稳定供给。
再往上是热解气化层，这一层的温度是不稳定的，由于垃圾密度的不一样，基本上呈现层状燃烧，在局部为点状燃烧，而热解中这一层是热解气产生的主体，由于物料状况不一样，其控制产气速率的主要方法，是温度和补氧量的调节，而此种调节直接影响了后段处理。而产气率的稳定，即热解速率的稳定直接影响了整个处理流程（包括尾气处理的流程）。上层是干燥层，待热解垃圾在此可调节水分，以满足热解所必须的低位热值。实际上，作为垃圾热解前经历的必然阶段，也是垃圾的炉内预处理阶段，其温度控制的精确也直接影响了热解反应的进程，对于垃圾的干燥，水分蒸发过多，则会导致垃圾热值过低，减缓热解反应速率，从而延长整个热解反应时间。

2.2 时间温度场
在时间轴上，也存在一个温度场，同样此温度场也会随垃圾热值和补氧量变化而变化，而其反应的变化，综合反应了垃圾热解的整个过程，也反应了垃圾组分在整个过程中的变化。由于在炉体内各层中，有的温度非常稳定（如燃烬层和炭化层，有的温度变化过大，基本无规则，（如热解气化层和干燥层），因此，对于燃烧状况和进程的判断，以及对燃烧过程的调节和控制，我们主要通过二次燃烧室的温度曲线的研究来得出结论。
在图上我们可以看出，在燃烧初期的预热阶段，由于热解温度还不高，热解气体产生量较小，二次燃烧室的温度主要靠燃烧机维持，燃烧机的开关会直接影响到二次燃烧室的温度，可以说，开始的1-2 小时，是整个燃烧过程中二次燃烧室温度变化最大的一个时期，但整个趋势是温度上升的，而这一阶段也是垃圾热解过程中耗油量最大的阶段，温度上升阶段时间的长短，主要取决于主燃烧室内热解速度提高的快慢。
在经过第一个阶段后，进入时间最长，也最稳定的主燃烧段，在它燃烧段中，由于热解内己形成稳定的炭化层，热解速率是较为稳定的，也是就是，热解气体的产率是比较稳定的。因此，二次燃烧室的温度在理想的状态下应该是很少波动的。而在这一阶段，炉内的有机炭在温度作用下，逐步释放可燃气体，以维持二次燃烧室的温度。在这个过程中，由于物料的不均匀布置以及使二次燃烧室温度存在变化，而自控系统将在温度变化时调节供氧量，使温度趋于平稳。实际上在平稳的温度曲线背后，是燃烧过程从气化阶段转为燃烬阶段的过程。
经过一段时间的气化，炉内有机炭逐步燃烬，而二燃室也由于没有足够的可燃气体提供能量而无法保持温度，燃烧过程将逐步结束。
二燃室温度变化（3.4 ) 

二三燃室温度变化（3.5 ) 

3 ．实验结果及展望整体而言，我们认为
1 、在热解过程中，温度的控制是反应进程中的重要因素之一，与整个反应是否热解和热解程度的高低有直接联系。