论文总字数：25377字

摘 要

城市生活垃圾问题日益严重，垃圾衍生燃烧技术可以使城市生活垃圾转化为资源，减少其危害。将垃圾衍生燃料（简称RDF）用于水泥厂不仅可以替代煤，减少煤的消耗；同时可以利用RDF脱硝，减少水泥厂中NO_x的排放。本文采用了热重分析仪、傅里叶红外变化光谱仪、气相色谱仪、质谱仪、裂解仪、烟气分析仪等仪器结合热分析动力学的理论对垃圾衍生燃料及其脱硝性能进行了研究，研究结果表明：

1）与煤相比，RDF是一种高挥发分和高灰分，有较低固定碳含量的燃料；RDF着火温度和燃尽温度低，最大燃烧速度较小并且其对应的温度较低；RDF的燃烧分为四个阶段：水分的挥发、挥发分的析出与燃烧、挥发分进一步的析出与燃烧、固定碳的燃烧。

2） RDF的燃烧由3个一级反应构成，反应温度分别为160~340℃、340~520℃、520~800℃，对应的活化能分别在72kJ/mol、88kJ/mol、81 kJ/mol左右。 RDF在着火点处的活化焓在68kJ/mol左右，活化自由能在187kJ/mol左右，活化熵在-0.24kJ/mol左右。

3） RDF在200℃~350℃的裂解产物主要为长链羧酸，还含有一定量的二氧化碳、联氨及邻苯二甲酸二酯；在350℃~500℃的裂解产物主要为短链羧酸，还含有一定量的烯烃、二氧化碳和联氨；在500℃~900℃裂解产物与之前发生改变，以烯烃、苯、甲苯、苯乙烯和萘等小分子为主。

4）RDF在200℃~400℃温度范围燃烧时，燃料中的N主要转化为NH₃，随着温度的升高，NH₃生成速率降低且NO_x生成速率增加，即温度的升高会使RDF中的N更多的转化为NO_x；当温度大于600℃时，RDF碳化，有利于对NO_x的还原。

5） RDF在900 ℃燃烧时NO_x的浓度最大值和生成总量均偏低，是较为合适的燃烧温度；RDF燃烧最合适的氧气浓度为14%。

关键词：RDF；燃烧；动力学；NO_x

Abstract

The problem of municipal solid waste is becoming more and more serious. The waste-derived combustion technology can effectively recycle MSW and make it harmless. Using waste-derived fuel (RDF) in cement plants would not only replace coal, reducing its consumption; At the same time, RDF denitration can be used to reduce NO_x emissions in cement plants. In this paper, thermogravimetric analyzer, Fourier infrared change spectrometer, gas chromatograph, mass spectrometer, pyrolysis apparatus, flue gas analyzer and other instruments are used to study the garbage derived fuel and its denitrification performance in combination with the theory of thermal analysis dynamics. The research results show that:

1）Compared with coal, RDF is a fuel with high volatilization and ash content and low fixed carbon content. RDF has low ignition and burnout temperatures, low maximum combustion rates and low corresponding temperatures. The combustion of RDF is divided into four stages: water volatilization, volatilization and combustion of volatilization, further volatilization and combustion of volatilization, and combustion of fixed carbon.

2）The combustion of RDF consists of three first-order reactions with reaction temperatures of 160~340°C, 340~520°C and 520~800°C respectively, with corresponding activation energies of about 72kJ/mol, 88kJ/mol and 81kJ/mol respectively. The activation enthalpy of RDF at the ignition point is about 68kJ/mol, the activation free energy is about 187kJ/mol, and the activation entropy is about -0.24kj /mol.

3）The pyrolysis products of RDF at 200℃~350℃ are mainly long-chain carboxylic acids, and also contain a certain amount of carbon dioxide, hydrazine and diphthalate. The pyrolysis products at 350℃~500℃ are mainly short-chain carboxylic acids, and contain a certain amount of olefin, carbon dioxide and hydrazine. The pyrolysis products at 500℃~900℃ were changed from those before, and mainly consisted of small molecules such as olefin, benzene, toluene, styrene and naphthalene.

4）When RDF is burned at a temperature ranging from 200℃ to 400℃, N in the fuel is mainly converted into NH₃. With the increase of temperature, the formation rate of NH₃ decreases and the formation rate of NO_x increases. In other words, the increase of temperature will make more N in RDF be converted into NO_x. When the temperature is greater than 600℃, RDF carbonization is conducive to the reduction of NO_x.

5）When RDF is burned at 900 ° C, the maximum concentration of NOx and the total production amount of RDF are both low, which is a relatively appropriate temperature; The optimal oxygen concentration for RDF combustion is 14%.

Keywords: RDF；combustion；kinetics；NO_x

目 录

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 垃圾衍生燃料技术 1

1.3 NO_x减排技术 2

1.4研究现状 3

1.5研究意义及内容 5

1.5.1 研究意义 5

1.5.2 研究内容 5

第二章 RDF燃烧特性研究 6

2.1 实验方法 6

2.1.1 实验样品 6

2.1.2 工业分析方法 6

2.1.3 实验设备 6

2.2 RDF组成成分研究 6

2.2.1 RDF工业分析 6

2.2.2 RDF元素分析 7

2.3 RDF燃烧特性研究 7

2.4本章小结 9

第三章 RDF动力学计算 10

3.1 Coats-Redfern模型 10

3.2 改进的动力学模型 13

3.3 RDF活化热力学模型 14

3.4本章小结 15

第四章 RDF的热解特性及NO_x生成规律 16

4.1 实验方法 16

4.2 RDF裂解产物研究 17

4.3 RDF燃烧产物研究 18

4.4 RDF燃烧过程中NO_x的生成规律 20

4.4.1 温度对NO_x释放规律的影响 20

4.4.2 氧气浓度对NO_x释放规律的影响 21

4.5本章小结 22

第五章 结论与展望 23

5.1结论 23

5.2展望 24

参考文献 25

致谢 27

第1章 绪论

1.1 引言

城市生活垃圾是指城市居民日常生活中或部分服务于人们日常生活的行为过程中产生的固体废弃物，主要包括建筑垃圾、厨余、废纸等^[1]。目前，城市生活垃圾问题已经是一个全球性的问题，据统计，我国有200座以上的城市面临着垃圾围城的挑战，在城市周围所堆存的生活垃圾量已达60亿吨，侵占大量的土地，这说明城市生活垃圾是我国面临的紧迫问题之一^[2]。

目前国内外根据“三化”（无害化、减容化、资源化）的原则，城市生活垃圾的处理方式主要包括：填埋法、堆肥法及焚烧法^[3-5]。填埋法优势在于简单低成本，然而填埋法侵占土地容易造成污染，无法有效的将垃圾转化为资源。堆肥法可以合理将垃圾资源化利用，但是其中的重金属容易造成严重的污染问题。垃圾焚烧技术可以有效的将垃圾资源化和无害化。由于地理、气候不同等环境因素，城市生活垃圾的成分复杂且差异性较大，直接对城市生活垃圾进行焚烧，对焚烧的设备要求较高，且资源化程度低。垃圾衍生燃料技术做为一种城市生活垃圾处理的新技术，可以有效的提高垃圾的资源化程度，且对焚烧设备的要求并不高。

1.2 垃圾衍生燃料技术

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