垃圾气化装置设计机械CAD图纸

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1、摘 要 国内经济的迅速发展、都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。卫生填埋作为国内目前的重要垃圾解决方式,面临无地可用及挥霍资源的问题。新型的焚烧技术作为垃圾的热解决方式之一不仅解决量大,并且具有能源回收运用和污染少的特点。因此,垃圾的热解决方式得到了国家的注重。相比于垃圾焚烧的解决方式,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。气化气与焚烧同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,并且利于运送和储存,被觉得是将来最有发展前程的能源之一。进一步研究垃圾的热解气化特性,理解完善垃圾热解气化技术

2、,不管在能源运用还是环保方面都是很故意义的。核心词:生活垃圾,热解,气化,催化剂Abstract The rapid economic development, acceleration of urbanization process andgrowth of population have brought the problem that the yield of municipal solidwaste (MSW) has increased dramatically. There are less and less places availableand it is not econom

3、ic when using landfill which is the main disposal for MSW.Modern MSW incineration can not only reduce but also recover energy from MSW.As a result, the thermal treatment of MSW has been paid more and more attention inChina. Compared to incineration, pyrolysis and gasification of MSW is more ad?vance

4、d in emissions aspects. It can realize the nearly zero emission and ash moltenwhile producing clean syngas. The syngas from pyrolysis and gasification of MSWcan be used in thermal and electricity produce as MSW incineration, Otherwise, itcan also be used in chemical industry and it is much easier to

5、 be transported andstored. Thus syngas from gasification is considered to be one of the most promisingfuture energy. It is meaningful both in energy recover and environmental protect toanalysis the pyrolysis and gasification characteristics of MSW and improve thetechnology for wide commercial constr

6、uction.Keywords: MSW, pyrolysis, gasification, catalyst目录摘要1Abstract21.引言42.热解气化技术52.1生活垃圾热解气化技术的原理52.1.1热解过程52.1.2气化过程52.2垃圾热解气化技术的前景62.3生活中的垃圾气化器73.气化妆置简介103.1垃圾气化流程103.1.1原料的准备103.2垃圾气化原理103.2.1进料系统103.2.2 垃圾气化炉103.2.3 冷却装置114.送料装置的设计124.1螺旋体设计124.1.1螺旋叶片124.1.2螺旋轴124.2轴承134.3 机槽134.4驱动装置设计135.传动

7、装置设计145.1电动机的选择145.2减速器设计146.气化系统设计156.1燃烧室设计156.2气化室设计157.净化冷却系统167.1冷凝器设计16总结18参照文献19道谢201.引言 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珍贵的土地资源,还导致了潜在的环境污染问题。生活垃圾的解决不当,小则影响居住环境、生态环境和人们的身体健康,大则影响到一种都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运用和资源再利用的特点。因此生活垃圾的减量化,资源化和无害化的解决十分重要。生活坟圾的处置方式有诸多种,填埋和焚烧是其中两种最重要的无害化处理方式。而能达

8、到减量化,资源化和无害化的解决方式重要还是垃圾的热解决措施。焚烧技术作为热解决方式之一,发展很早,并且近年来发展不久。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措施,有效地脱除了汞、镉及重头合成二恶英等污染物。逐渐解决或减轻了二恶英等污染物排放带来的问题,多种机构数据表白没有发现: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解决的方式也是目前对都市生活垃圾进行减量化,资源化和无害化热解决措施中发展最佳,应用最广的一种方式。 尽管如此,相比于焚烧的解决方式,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

9、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,而气化气与焚烧同样,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,并且利于运送和储存,被觉得是将来很有发展前程的可再生能源之一。在目前倡导保护生态环境,倡导低碳生活大环境下,热解气化技术会由于它在环境上的明显长处而极具发展前景。2.热解气化技术2.1生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,发生化学反映后转化为简朴的分子如C0,C02, H2和CH4等气体组成的合成气的技术。 垃圾的热解气化技术作

10、为边圾热解决技术之一,与焚烧同样具有减量化,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,可靠性好等长处。2.1.1热解过程 热解法是运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，变化原有分子构造形态，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，垃圾吸取外界提供的热量后，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映，如羟基断裂生成水。通过脱水反映后，垃圾继续吸热，当温度升高到200400时，有机物分子中的甲基、乙基等侧链开始断裂，生成甲烷、氢气以及其她的碳氢化合物。随着温度的

11、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。热解反映后的气态产物通过冷却后，被分离成可燃气体(具有CH4、 H2、CO、CO2)、有机液体(有机酸、芳烃、焦油)，热解反映后的固态产物为垃圾炭(焦炭和无机成分)。2.1.2气化过程 气化过程是对热解反映的固态产物垃圾炭进行二次解决，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，为热解反映提供能量。同步，将燃烧产生的一部分烟气(运用其中的CO2)和干燥垃圾过程中逸出的水分通人垃圾炭层内，使之发气愤化反映，进一步获得可燃气体(CO、H2)。反映方程式如下： C+H20=CO+H2 (1) C+C

12、02=2CO (2)这种解决方式，一方面大大减少了烟气的排放量，同步又产生了H2和CO等可燃气体，增长了可燃气体的产量。2.2垃圾热解气化技术的发展前景 热解气化技术的应用至今已有200近年的历史,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%-6%的一氧化碳,其他大部分为二氧化碟和甲院。在18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;181月28曰,在伦敦初次使用这种合成气点火,做为路灯照明。随后,由于其她技术的发展,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,它的重要目的是通过费托合成将煤转化为运送装置

13、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.而化工行业和精炼行业也分别从1960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解决。 垃圾的热解气化技术作为垃圾热解决技术之一,与焚烧同样具有减量化,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,可靠性好等长处。 目前国内垃圾焚烧技术重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

14、点,使得国内多数大型炉排炉焚烧厂建设重要依托国外进口引进,例如曰本三菱重工株式会社生产的三菱-马丁逆推炉排等,导致建设投资的成本较高;而流化床炉重要以国化技术为主,因此建设投资成本较低,目前流化床垃圾焚烧技术在国内的应用规模达到了 40%左右,其中特别以浙江大学热能工程研究所严建华课题组提出的都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承认,例如已经运营的杭州锦江乔司垃圾发电厂以及郑州荥锦垃圾焚烧厂等。但是老式的垃圾焚烧技术因会导致环境污染如二恶英排放等缺陷而被话病,然而随着研究的进一步和技术的不断完善,新型的垃圾焚烧技术污染也很少,例如通过高温850C下停留2秒破坏二恶英;炉算移动

15、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减少焚烧的污染排放。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,并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清除,而不像焚烧需要在产生污染物后进行后续解决。此外,通过气化还可以增进垃圾中可回收物品的回收,由于在垃圾气化前,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同样产热或发电,热解气化产气(合成气)还可以用来发电或者用来生产药物、化肥、运送燃料(如乙醇)和替代天然气等。

16、 相比于目前国内占生活垃圾解决量最大的解决方式填埋,热解气化的长处也更加明显: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;减少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;加强既有的再循环生态系统;减少使用化石燃料;减少运送垃圾产生的费用。从二氧化碳排放的角度,看热解气化技术的长处:热解气化系统中,可以运用水煤气变换反映,在燃烧之前将CO转化为CO2,这个过程比燃烧后再清除CO2的过程经济。在生产氨,氢气,燃料或化学品过程中,本来就需要将其中的CO2捕获。2.3生活中的垃圾气化器 热解气化器根据床型分类一般重要分为固定床(移动床),流化床和

17、气流床。老式的固定床的热解气化反映器中气固两相对流,使得物料自身产生的热气化气可觉得上部的湿物料的干燥提供能量,能量运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),但同步也由于气固两相对流,也许导致流动不均一以及反映颗粒局部堆积搭桥,从而导致内部混合效果差,碳反映不完全,局部高温以及低转化率。此外,固定床还重要分为上吸式和下吸式固定床,合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 -l0MWe和0.1-0.5MWe。 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诸多。由于流化床中气固

18、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。流化床重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%,合用于生物质热解气化的输出功率一般是3-20MWe左右和l0MWe- 250MWe。气流床一般温度极高,颗粒高度分散,燃烧到很高的温度以达到液态排查和迅速气化,反映器的效率和功率也很高,可以分别达到45%和1000MWe，同步规定给料均一,需要氧气量高。从流体动力学特性上比较,气流床相对简朴,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,以及碳反映不完全等问题。此外,气流床需要使用干物料,使用湿物料时需要耗费诸

19、多能量在干燥上。 热解气化器根据氛围和压力, 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重要气化产物为CO、CO2、H2、CH4、N2和焦油。气化气质量品位较低,应用上的重要问题是气化气不利于燃烧,特别是不适合在燃气祸轮机中使用。纯氧不完全燃烧气化重要气化产物为CO、CO2、H2、CH4和焦油(无N2)。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余的费用。水蒸汽热解气化重要气化产物是CO、CO2、H2、CH4和焦油。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

20、热值更高、污染物更少以及更纯净的气化气。加压气化炉一般重要在15-50 bar的压力下进行,加压后可以减小反映室和管路尺寸大小而不需使用气化气压缩器,效率高。但是由于要保证反映在加压下运营,投资成本和运营成本都还是会明显提高。从操作和经济角度上看,加压反映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映温度,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。3.气化妆置简介3.1垃圾气化流程 如图所示 为垃圾气化的一

21、般流程： 3.2.1原料的准备 生物质（落叶、锯末、刨花、桔梗等）通过破碎机精破碎后，成为80100 mm的细小颗粒粉末。这些颗粒通过风机吹送入燃烧室中进行焚烧获得气化所需要的热量。3.3垃圾气化原理 根据垃圾气化流程图中所示，我们科依次设计气化妆置的构成部分，具体如下。3.3.1进料系统 分选出生活垃圾的构成部分，通过干燥破碎等程序变成直径45cm的颗粒，再经由螺旋进料器均匀喂料。3.3.2 垃圾气化炉 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达到气化炉的上部料斗，最后通往烟气解

22、决工序。在此过程中，各烟气列管内的高温烟不断地向气化室传热，供应气化反映所需的大量热能，并在出口处预热料斗内的垃圾颗粒。 气化室 垃圾颗粒一方面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映，最后气化生成可燃气体。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。3.3.3 冷却净化妆置 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，再通过一系列除杂环节可分离出所含的飞灰杂质，得到纯净的可燃气体。4.送料装置的设计 送料装置采用水

23、平螺旋机构。 螺旋机构涉及螺旋体，机槽，轴承，驱动装置等。4.1螺旋体设计 螺旋体是由螺旋轴和螺旋叶片构成4.1.1螺旋叶片 采用满面式螺旋叶片 4.1.2螺旋轴 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=47Dsn式中: 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 在足输送量的状况下转速不适宜过高，更不能超过最大许用转速，螺旋转速应为 nnmax=A/(D) 将此公式代入上式，令b=s/D,得 Q47D2.5bA 则D（Q/ 47DbA)1/2.5 假设Q=0.08t/h =1.2t/m3 s/D=0.8 查

24、表得A=45 =0.33 =1 =1代入公式得 D=15.56 取D=16 n=30 取n=30 用公式 nnmax=A/(D) A=45 验算 nmax=A/(D)=11.25满足条件 具体的数据见CAD图4.2轴承 根据具体的实际状况，在这里我们选择深沟球轴承。4.3 机槽 采用U型机槽4.4驱动装置设计 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。5.传动装置设计5.1电动机的选择类型和构造的选择： 选择Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机。功率的拟定：1)工作机所需功率 Vm=300.323.14/60=0.1413m/s Pw=FwVw=300.1413=4.29KW2

25、)电机至工作间总效率的拟定： 取联轴器效率10.99；滚动轴承效率20.99；锥齿轮传动效率30.97工作机效率w0.96；3)电动机所需功率Pd：PdPw/5.5KW则总效率(1)2(2)2(3)2(4)2w0.834)电动机额定功率Pm：因PmPd，故取Pm5.50KW，查表177选择电动机，该电机额定功率Pm5.50KW，满载转速nm1390r/min传动比的分派：1)总传动比：螺旋轴转速nw=30r/min，则总传动比inm/nw46.332)拟定一级圆锥齿轮传动比i1：i13.13)拟定二级圆柱齿轮传动比i2：i22.04)拟定三级圆锥齿轮传动比i3：i3=7.55.2减速器设计 根

26、据电动机参数和传动比选择相应的减速机。6.气化系统设计6.1燃烧室设计 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足燃烧放出热量，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CAD图纸。6.2气化室设计 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0.2计算，每公斤干无灰物料消耗空气0.93，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=0.523

27、5923298+0.5（2359232987950)=0.261选择流化速度为0.6时则布风板面积为s=0.2610.6=0.4自由层高度要保证气体的停留时间，根据有关文献资料，由此可以算出自由层高度 H=80.2611=2.088气化室中挡板的高度要保证生物质停留时间，这里设计为1.5，可以是颗粒停留大概1min左右。示意图如下具体数据和参数见CAD图。7.净化冷却装置7.1净化冷却装置设计 冷却装置分为上中下3个部分，冷却装置上部是一种圆柱形构造，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

28、冷却器的换热构造部分，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，拟定换热器的直径140mm,高 100mm圆柱体。内部均匀安装 若干根直径 10mm 的金属管，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 70mm，直径 140mm 的圆柱体，可以将热解气由输入转到输出端，同步分离热解气中的焦油和水分。在底部的左边开设直径是6mm 的焦油排放口，右面开设直径6mm 的凝

29、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CAD图纸。总结根据机械设计创新措施，以及我们所学过的知识，在这里我们设计了这样一种垃圾气化妆置，这种气化妆置是一种简易的气化妆置，该装置的长处是运营稳定，污染小，充足运用了能源，减少了垃圾污染，并能制取清洁的可燃气体，是一种新型垃圾气化解决方式。通过这样长的时间完毕了毕业设计，查阅了大量的资料，又一次对大学所学知识进行了深刻的学习，总的来说这次又一次学到了好多。参照文献1卢苇,马一太.垃圾焚烧的发展趋势分析J.太阳能学报.(6).2孟了,熊向陨,马箭.国内垃圾渗滤液解决现状及存在问题J.给水

30、排水.3张相锋,肖学智,何毅,等.国内垃圾填埋气发电项目运用清洁发展机制的可行性研究J.太阳能学报.4金余其.都市生活垃圾燃烧特性及新型流化床焚烧技术的研究D.浙江大学,.5徐嘉,严建华,肖刚,等.都市生活垃圾气化解决技术J.科技通报.6郑皎.生活垃圾流化床气化特性的实验研究与模型预测D.浙江大学,.7苏毅,陆方,罗永浩,等.60kW两段式秸秆气化炉运营特性J.太阳能学报.8魏敦崧,李芳芹,李连民.生物质固定床气化实验研究J.同济大学学报(自然科学版).9邱宣怀,郭可谦,吴宗泽.机械设计，高等教育出版社.10方原欢,陈砺,王红林.南方农林废弃物的固定床气化特性研究J.太阳能学报., 30(8)

31、: 1118-1123.道谢历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同窗和教师的协助下度过了。特别要强烈感谢我的论文指引教师XXX教师，她对我进行了无私的指引和协助，不厌其烦的协助进行论文的修改和改善。此外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的教师也给我提供了诸多方面的支持与协助。在此向协助和指引过我的各位教师表达最中心的感谢!感谢这篇论文所波及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的协助和启发，我将很难完毕本篇论文的写作。感谢我的同窗和朋友，在我写论文的过程中予以我了诸多你问素材，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的协助。由于我的学术水平有限，所写论文难免有局限性之处，恳请各位教师和学友批评和指正!