筛上物

筛上物，是指经某一筛孔尺寸筛分未透过筛孔的物质量，以质量百分数表示。

城市生活垃圾筛上物的热解研究对城市生活垃圾场筛上物垃圾进行热解实验，研究特定垃圾的热解过程及其规律。实验采用热解终温为550℃和700℃，热解物料为原始筛上物垃圾和加入热解残炭的筛上物垃圾，实验设备为间歇运行的固定床式热解炉。实验结果表明：热解终温00℃与550℃相比热解产物中固体和液体的产率降低，瞬时产气速率和气体产率均升高；瞬时产气速率曲线与瞬时耗电量曲线形状一致，迟滞时间为5～10mn；物料底部热解产物焦炭存在与否对热解得到的固液气产率、产气特性和能量消耗等方面几乎没有影响1。

随着经济的飞速发展，城市固体废弃物(municipalsolidwaste，MSW)排放量逐年增加，由此造成的污染已成为全球性公害之一。能源危机也日益严重，能源供与求的矛盾越来越显著。采用资源化技术处理城市固体废弃物，可获得再生能源，同时解决环境污染和能源危机的双重矛盾，成为世界各国政府和环保机构关注的重大课题。热解处理是把固体废弃物在无氧或贫氧条件下加热到一定温度，用热能使化合物的化合键断裂，由大的相对分子质量的有机物转化成能源产品的中间产物，即小的相对分子质量的可燃气体、液体燃料和焦炭的过程，是一种非常有效的资源化处理方式，由此可得到电力或热量，是各国研究的重点1。

以城市生活垃圾场筛上物垃圾为材料，以热解产气为主要目的，研究特定垃圾的热解处理过程及其规律，得到一些关键数据和热解规律，给实际装置的设计及运行提供基础资料。实践证明，对于国内生活垃圾进行简单的机械筛处理，将筛下物进行加工堆肥，筛上物进行热解处理的模式，具有重要的现实意义1。

实验原理固体废弃物的热解过程是一个十分复杂的化学反应过程，包含大分子的键断裂、异构和小分子的聚合等反应。当物料被加热时，其中的自由水首先被蒸发出来，湿物料变成干物料。在继续加热的情况下，温度不断升高，分子活动加剧，化合键被打开，大分子链断裂生成中小分子物质。热解的产物有3种，主要是可燃的低分子化合物：气态的有氢气、一氧化碳、二氧化碳和甲烷等；液态的有甲醇、丙酮、醋酸和乙醛等水溶性或非水溶性有机物(焦油)；固态的主要是焦炭或碳黑，称为热解炭1。

热解炭和焦油通过直接称重的方法确定产量；可燃气体产量由累积气体流量计直接读数；瞬时产气速率取单位时间流量值。在每次热解实验完成后，收集热解反应器内的焦炭并称重，由于垃圾未进行前期处理所以实际热解残炭中有一定灰分含量.焦油的液体部分分布在三级冷凝器的热解液收集瓶中，通过反应前后收集瓶的重量之差就可得到；膏状焦油则凝结在气体经过的管路中，将其取出并称重。通过该方法确定的前后总量误差小于5%(质量分数)1。

结论(1)热解终温为700℃与550℃相比，垃圾筛上物热解产物中固体和液体的产率降低，气体产率升高1。

(2)瞬时产气速率曲线基本趋势都是热解初期的产气速率上升较快，达到最大值后突然降低，并逐渐趋于平稳.说明开始升温后，物料就开始产气，并且热解终温升高，反应持续的时间变短，产气时间相对比较集中，瞬时产气速率明显较大。工程应用中从热解产气角度来看，城市生活垃圾的筛上物更加适合采用700℃的热解终温1。

(3)垃圾热解反应的耗电量分为两个阶段反应初期增长较快，到一定值后开始呈线性趋势缓慢增长，并且热解终温越高，增长越快1。

(4)瞬时耗电量与瞬时产气速率曲线形状相近，而瞬时产气速率曲线整体延迟了5～10min.表明作为供给热解反应需要的能量，耗电量与热解反应需要的能量一致，热解反应越剧烈，消耗的能量越大1。

(5)热解炭存在与否对垃圾热解得到的固液气产物产率、产气特性和能量消耗等方面几乎没有影响1。

垃圾筛上物热解特性的实验研究在小型外热式固定床热解炉实验台上，开展了垃圾筛上物在550℃至750℃范围内热解特性的实验研究，并进行系统能量的分析。得到了热解炉内不同部位物料的温度变化和不同热解终温下的热解产气速度、产气量及其它产物产量。结果表明，热解炉内各部位温度先升高后趋于稳定，产气速度在20min左右达到最大，且最大产气速度、热解液体量、产气量随终温升高而增加，残炭量则随终温升高而减少。其中50℃下热解得到产物：127765g热解液，102101L热解气和22018g残炭。700℃下能量平衡分析表明：热解气和残炭的热值较高，垃圾热解产物经过处理后作为燃料应用在热解过程中可以减少外界能量的消耗，提高系统运行的经济性2。

热解是指在缺氧条件下使垃圾在高温下分解，产生可燃气、液体焦油和固体残炭等产物的反应，是一个复杂、连续的化学反应过程。国内外对垃圾热解已有很多研究。Battle对城市垃圾热解产气进行了研究，证实热解过程中所产生能量转换超过。Srum等人用热重量分析法研究了城市固体垃圾典型组分的热解特性。LinKuenSong等人研究了RDF的热解动力特性，得出热解温度越高，越有利于热解气体产生的结论。东南大学用TGDTA92型热重差热分析仪对8种典型的城市生活垃圾组分进行了氮气环境下的热重、微分热重和差热试验，研究了这些典型城市固体废弃物的热解特性得出了热解终温升高，将导致热解率增加的结论2。

国内外大多数研究是针对垃圾某单一组分的热失重特性和热解机理进行研究，得出的结论是针对具体垃圾组分的热解特性；而对城市垃圾筛上物的整体热解特性和热解过程中能量分析的研究尚未见报导。城市垃圾进入垃圾厂后一般要进行机械筛选，将垃圾分为垃圾筛上物和可用于堆肥的垃圾。其中，垃圾筛上物成分复杂、不易回收、不易腐烂，且各成分在热解反应中相互影响，不同于单一组分的热解特性。因此，研究垃圾筛上物的热解特性，对合理制定垃圾筛上物的处理方法具有很高的实用价值。在小型外热式固定床热解炉实验台上，开展垃圾筛上物热解特性实验研究，分析热解过程中产物变化趋势、能量转换以及有害污染物的生成及控制2。

实验方法实验物料为垃圾筛上物(指垃圾处理厂经筛选后的垃圾剩余物)，未经过破碎和均匀化，主要含有塑料、橡胶及纸、布、木屑、棉等可燃成分和土、玻璃、金属等不可燃成分，称取505g垃圾筛上物从热解炉顶部装入，将热解实验各个装置连接完毕，运行电加热器。热解实验在内部为氮气的环境下进行，用75kW的电加热器以30min-1的加热速率将热解炉由室温加热至550℃、600℃、650℃、700℃、750℃，通过3只K型热电偶分别测量热解炉内下部、中部以及上部物料的温度。热解产生的气体经过除尘后进入冷凝管冷却，经过冷却后的热解气体经过滤器净化后进入集气囊，采样收集热解气，剩余气体在热解实验装置末端燃烧。实验进行过程中记录流量计表读数、各热电偶读数、电表读数，通过流量计观察没有气体产生时停止加热，结束实验2。

结论1)实验结果表明，热解温度是影响整个垃圾热解过程的主要因素，热解炉内物料温度的变化反映了热解气化过程；热解炉内各部位的温度先逐渐升高而后趋于稳定；可根据气化炉内各部分温度变化情况来监控热解气化反应的进行2。

2)热解过程中，产气速度的趋势是热解初期小，热解过程进行到20min左右时达到最大，随后不断减少，在终温为750℃下最大产气速度达到111.111mLkg-1s-1；累计产气量在因热解反应进行的前40min增加较快，产气量约占总产气量的80%左右，增加到一定程度后趋于平缓2。

3)热解终温升高，累计产气量和最大产气速度亦随之增大，残炭含量减少，垃圾减容量增多；热解终温为750℃时垃圾量减少了56.4%2。

4)能量分析表明，垃圾热解产物发热量较高；终温为700℃时热解气体和残炭的发热量约占能量消耗量的52.2%，热解法可将垃圾变为可利用的能量资源2。

5)垃圾热解是在缺氧和除去氯等酸性气体条件下进行的，大大抑制了硫化氢、氯化物等有害污染物的生成；热解产生的气体燃烧后的尾气和热解残渣经过监测均符合标准，可实现垃圾处理的无害化、减量化和资源化2。

本词条内容贡献者为:

刘军 - 副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所