废树脂焚烧处理技术研究
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摘要
随着社会经济的不断发展，环境问题得到越来越高的重视，其中，固体废物的处置已成为困扰各国的难题。由于树脂类制品具有美观、质轻、绝缘、耐腐蚀、易加工、难降解等特点，广泛应用于社会经济文化建设及人们日常生活的方方面面。焚烧法具有减容、减量、资源化等优点，在发达国家被广泛应用。本文提出采用循环流化床焚烧的技术来处置废树脂。
利用等速升温热天平研究树脂的燃烧和热解特性，得到如下结论：树脂的燃烧反应过程分为两个阶段，第一阶段为挥发份析出和燃烧阶段，第二阶段为固定碳的燃烧阶段；升温速率对树脂的燃烧和热解过程有影响，但不会影响它的最终失重率；使用热解产物特性指数来考察树脂的热解特性，研究结果表明随着升温速率的提高，树脂的热解特性指数增大，热解产物的释放趋于集中；进行动力学参数的计算，结果表明可以用一级反应来描述树脂的燃烧反应。
在小型流化床实验台进行树脂焚烧实验，考察炉膛温度、炉膛高度和烟气停留时间对污染物排放的影响。研究表明，废树脂焚烧过程中SOx很低；随着炉膛温度的升高，NOx浓度增加，CO浓度降低。相比于炉膛温度，炉膛高度和停留时间对CO排放浓度的影响更大，较高的炉膛高度及较长的停留时间能降低CO浓度。
根据树脂的燃烧特性和污染物排放特性，设计了废树脂焚烧炉，实验表明，其设计合理，其尾气排放完全达到国家危险废物焚烧污染控制标准。
根据流化床焚烧炉的动态特性，设计废树脂焚烧炉DCS控制系统及其控制策略。实现了床层温度自动控制。并利用模糊控制技术，设计了汽包水位模糊控制策略，实际运行证明，该方法有过渡时间较短，超调量小，系统抗干扰能力强的优点，能很好地克服蒸汽流量扰动对汽包水位的影响。
As the world economic growing, environmental problems have been paid more attention to. How to deal with the solid waste is one of the problems to all the countries. Because of the special characteristics of the resin products they are widely used. Incineration has the advantage of maximum volume/quantity reduction and energy recovery, which has been adopted by the developed country. We bring forward the technology of CFB to deal with the abandoned resin.
Studies on the pyrolysis and combustion of resin by the thermal balance where the temperature increases linearly were performed. Some conclusions were obtained. There were two stages in the process of resin combustion. The first stage is the ejection and combustion of the volatile matter and the second one is combustion of the fixed carbon. The heating rate can influence the process of pyrolysis and combustion but not the final weightlessness rate. The index of pyrolysis products can be used to characterize the pyrolysis. As the increase of heating rate, the index of pyrolysis products increases and the ejection of pyrolysis products is more concentrative. The kinetic calculation had been done and its kinetic parameters had been obtained. The results indicate that the combustion of resin can be expressed as a first order reaction.
The experiments of incinerating resin were carried out on CFB to study the influence of furnace temperature, furnace height and residence time on the pollution emission. Some conclusions were obtained. The concentration of SOx was very low. The NOx emission increased with temperature. The effects of residence time and furnace height were greater than temperature. Higher temperature, less residence time and higher height of furnace were favor of reducing the concentration of CO.
The waste resin incinerator was designed according to the resin characteristics of combustion and pollution emission. It was found that the waste resin incinerator can meet the pollution control standard for hazardous wastes incineration.
DCS of waste resin incinerator was designed according to the dynamic characteristics of CFB. The automatic control of bed temperature was designed. Fuzzy control technology was used in steam drum level to decrease regulation time and improve regulation precision.
利用等速升温热天平研究树脂的燃烧和热解特性，得到如下结论：树脂的燃烧反应过程分为两个阶段，第一阶段为挥发份析出和燃烧阶段，第二阶段为固定碳的燃烧阶段；升温速率对树脂的燃烧和热解过程有影响，但不会影响它的最终失重率；使用热解产物特性指数来考察树脂的热解特性，研究结果表明随着升温速率的提高，树脂的热解特性指数增大，热解产物的释放趋于集中；进行动力学参数的计算，结果表明可以用一级反应来描述树脂的燃烧反应。
在小型流化床实验台进行树脂焚烧实验，考察炉膛温度、炉膛高度和烟气停留时间对污染物排放的影响。研究表明，废树脂焚烧过程中SOx很低；随着炉膛温度的升高，NOx浓度增加，CO浓度降低。相比于炉膛温度，炉膛高度和停留时间对CO排放浓度的影响更大，较高的炉膛高度及较长的停留时间能降低CO浓度。
根据树脂的燃烧特性和污染物排放特性，设计了废树脂焚烧炉，实验表明，其设计合理，其尾气排放完全达到国家危险废物焚烧污染控制标准。
根据流化床焚烧炉的动态特性，设计废树脂焚烧炉DCS控制系统及其控制策略。实现了床层温度自动控制。并利用模糊控制技术，设计了汽包水位模糊控制策略，实际运行证明，该方法有过渡时间较短，超调量小，系统抗干扰能力强的优点，能很好地克服蒸汽流量扰动对汽包水位的影响。
As the world economic growing, environmental problems have been paid more attention to. How to deal with the solid waste is one of the problems to all the countries. Because of the special characteristics of the resin products they are widely used. Incineration has the advantage of maximum volume/quantity reduction and energy recovery, which has been adopted by the developed country. We bring forward the technology of CFB to deal with the abandoned resin.
Studies on the pyrolysis and combustion of resin by the thermal balance where the temperature increases linearly were performed. Some conclusions were obtained. There were two stages in the process of resin combustion. The first stage is the ejection and combustion of the volatile matter and the second one is combustion of the fixed carbon. The heating rate can influence the process of pyrolysis and combustion but not the final weightlessness rate. The index of pyrolysis products can be used to characterize the pyrolysis. As the increase of heating rate, the index of pyrolysis products increases and the ejection of pyrolysis products is more concentrative. The kinetic calculation had been done and its kinetic parameters had been obtained. The results indicate that the combustion of resin can be expressed as a first order reaction.
The experiments of incinerating resin were carried out on CFB to study the influence of furnace temperature, furnace height and residence time on the pollution emission. Some conclusions were obtained. The concentration of SOx was very low. The NOx emission increased with temperature. The effects of residence time and furnace height were greater than temperature. Higher temperature, less residence time and higher height of furnace were favor of reducing the concentration of CO.
The waste resin incinerator was designed according to the resin characteristics of combustion and pollution emission. It was found that the waste resin incinerator can meet the pollution control standard for hazardous wastes incineration.
DCS of waste resin incinerator was designed according to the dynamic characteristics of CFB. The automatic control of bed temperature was designed. Fuzzy control technology was used in steam drum level to decrease regulation time and improve regulation precision.
引文
1． 1972年联合国人类环境大会宣言．
2． 中华人民共和国固体废物污染环境防治法。
3． 刘刚，典型危险废弃物回转窑热处置特性和技术研究[D]．浙江大学学位论文，2006．
4． 沈祥智，生活垃圾中主要可燃组分热解特性的试验研究[D]．浙江大学学位论文，2006．
5． 孙立明，黄凯兴，Z．You，美国城市垃圾的控制、收集和焚烧处理现状[J]． 工业安全与环保，2004．30(2)：p．16～19．
6． 大江宏，日本的废弃物与环境商机[J]．世界环境，2004．(3)：p．64～68．
7． 任力编译，美国与欧洲诸国垃圾处理状况[J]．辽宁科技，1996．(2)：p．32～33．
8． 中国环境保护产业协会固体废物处理利用委员会，我国固体废物处理利用行业发展状况．中国环保产业，2005．(12)：p．39～41．
9． 邢化峰，固废：放错位置和未充分利用的资源．世纪环境，2006．(2)：p．83．
10． 孙汉文，安建华，梁淑轩等，固体废物污染状况分析与废物资源化的思考．河北大学学报：自然科学版，2006．26(5)：p．506～514．
11． 国家危险废物名录．
12． 卢荣根，综合利用城市固体废弃物 促进循环经济发展．环境卫生工程， 2006．14(6)：p．27～28，31．
13． 常理，循环经济与可持续发展．湘潭师范学院学报：社会科学版，2007． 29(1)：p．45～46．
14． 祝学礼，徐文龙，我国固体废物污染与无害化处理技术．卫生研究，2002． 31(4)：p．331～332．
15． 刘伯慧，浅谈城市垃圾卫生填埋的困境与出路．黑龙江科技信息，2004． (3)：p．210．
16． 刘家勇，城市垃圾处理及对策．舰船防化，2004．(4)：p．23～25，22．
17． 杨迪芳，马莉，胡斌，重视城市垃圾的处理．能源研究与利用，2004．(2)：p． 47～49．
18. BernhardRaninger, WernerBidlingmaier,李润东等, Bioorganic Municipal Waste Management to Deploy a Sustainable Solid Waste Disposal Practice in China. Chinese Journal of Process Engineering, 2006.6(2): p. 255～260.
19． 朱佳琪，管式布风流化床的流动特性研究及其处理固体废物的工业化应用．浙江大学学位论文，2006．
20． 屈志云，王敬民，刘涛等，我国城市生活垃圾处理技术方式的选择．环境卫生工程，2006．14(3)：p．58～60．
21． 余媛媛，城市生活垃圾堆肥处理及其前景展望．有色冶金设计与研究， 2000．21(1)：p．52～55．
22． 吴德礼，朱申红，城市生活垃圾的综合处理技术与发展方向．城市环境与城市生态，2002．15(4)：p．25～27，32．
23. Berenyi, E.B, The status of municipal waste combustion in the United States. Journal of Hazardous Material, 1996. (47): p. 1～17.
24． 宋国英，牛静波，国外城市固体废弃物的处理技术的进展．国外环境科学技术，1993．(2)：p．53～57．
25. Korzun, E. A., Recycling Energy Values of Municipal Solid Waste. Journal of Energy Engineering, 1991.116(1): p. 39～49.
26． 张悦，我国城市垃圾处理产业化发展趋势和相关政策——在“2002第一届国际固体废物处理技术与设备研讨会”上的主体发言．中国城市环境卫生， 2002．(4)：p．14～17．
27． 于飞，加强固废管理 推进循环经济．环境经济，2005．(4)：p．12～13．
28． 赵由才，刘洪，我国固体废物处理与资源化展望．苏州城建环保学院学报， 2002．15(1)：p．1～9．
29． 沈维民，贺新华，王赛辉等，我国危险废物焚烧处理中回转窑炉型的探讨．工业炉，2006．28(2)：p．16～18．
30． 邓志文，张宏伟，我国医疗废物焚烧处理现状和技术选择．中国环保产业， 2006．(3)：p．32～35．
31． 张国平，周恭明，危险废物管理及其焚烧处理综述．能源研究与信息， 2003．19(3)：p．172～179．
32． 沈逍江，医疗废物回转窑热解焚烧处置研究．浙江大学学位论文[D]， 2005．
33． 芩可法，邱坤赞，朱燕群，中国能源与环境可持续发展问题的探讨(二)． 发电设备，2004．18(6)：p．325～331．
34． 杜昭辉，催化裂解废旧不饱和聚酯树脂新技术．辽宁化工，2004．33(10)：p． 559～561．
35． 杜昭辉，废旧不饱和聚酯树脂裂解工艺．辽宁石油化工大学学报，2005． 25(1)：p．16～19．
36． 沈兴，差热、热重分析与非等温固相反应动力学．1995：冶金工业出版社．
37． 于伯龄，姜胶东，实用热分析．1988：纺织工业出版社．
38． 陈镜泓，李传儒，热分析及其应用．1985：科学出版社．
39. A.W.Coats, J.P．Redfern, Analyst. 88.906(1963).
40． 于海龙，姜秀民，桦甸油页岩热解特性的研究．燃料化学学报，2001．29(5)： p．450～453．
41． 周俊虎，匡建平，周志军等，原煤和黑液水煤浆燃烧特性的热分析对比研究．燃料化学学报，2005．33(1)：p．33～37．
42． 任存勇，锅炉燃煤产生的主要污染物及危害分析．地方病通报，2006． 12(6)：p．71～72．
43． 李清海，李文革，张衍国等，垃圾焚烧的主要污染物毒性分析．环境科学与管理，2006．31(3)：p．144～147．
44． 周莉菊，冯家满，赵由才，二恶英的毒性及环境来源．工业安全与环保， 2006．32(11)：p．49～51．
45． 陈光利，花岗石水膜除尘器的制造和使用．中国设备工程，2005．(3)：p． 55～56．
46． 夏兴祥，高温除尘技术综述．化工机械，2000．27(1)：p．47～52．
47． 贾立军，刘炳光，我国烟气脱硫技术综述．盐业与化工，2006．35(5)：p． 35～39．
48． 王文选，肖志均，夏怀祥，火电厂脱硝技术综述．电力设备，2006．7(8)：p． 1～5．
49． 张磊，杨学民，谢建军等，循环流化床燃煤过程NOx和N2O产生-控制研究进展．过程工程学报，2006．6(6)：p．1004～1010．
50． 王护军，关于循环流化床锅炉发展趋势的探讨．机电技术，2006．29(2)：p． 75～79．
51． P．Basu，S．A．Fraser，岑可法，循环流化床锅炉的设计与运行．1994：科学出版社．
52． 鲍捷，分布式控制系统的发展与智能化．中国工控信息网，2006．
53． 张秋生，方海珍，张书敬等，450t／h循环流化床锅炉协调控制系统的试验研究．动力工程，2006．26(5)：p．662～665，746．
54． 何彦，浅谈分散型控制系统的通讯网络．石油化工自动化，2003．(3)：p． 68～71．
55． 卞正岗，电厂及输配电自动化综述．可编程控制器与工厂自动化(PLC FA)， 2006．(10)：p．11～16．
56． 陈晓华，DCS系统在循环流化床锅炉中的应用．维纶通讯，2005．25(2)：p． 41～43．
57． 毛金华，张湜，王际业，DCS在自动负荷升降顺序控制系统中的应用．自动化技术与应用，2003．22(8)：p．35～38．
58． 西门子(中国)有限公司，SIEMENS STEP 7 用户手册．1996．
59． 北京亚控科技发展有限公司，绍态王 Version6.51用户手册．2005．
60． 郑景军，医疗垃圾焚烧炉计算机监控系统的研究开发．浙江大学学位论文， 2005。
61． 牛培峰，柴天佑，循环流化床锅炉热工自动控制系统与展望．动力工程， 1998．18(6)：p．39～46．
62． 杨道勇，赵军，郭勃政，循环流化床燃烧过程控制的应用研究．山西电力， 2006．(2)：p．25～27．
63． 俞海斌，褚健，CFB锅炉汽包水位的专家PID控制．机电工程，2000．17(3)： p．103～106．
64． 高俊，锅炉汽包水位模糊控制的应用研究．自动化仪表，2003．24(3)：p． 56～59．
65． 晏勇，杜继宏，冯元琨，模糊控制．计算机自动测量与控制，1999．(1)：p． 55～57．
66． 孙增圻，张再兴，邓志东，智能控制理论与技术．1997：清华大学出版社．
2． 中华人民共和国固体废物污染环境防治法。
3． 刘刚，典型危险废弃物回转窑热处置特性和技术研究[D]．浙江大学学位论文，2006．
4． 沈祥智，生活垃圾中主要可燃组分热解特性的试验研究[D]．浙江大学学位论文，2006．
5． 孙立明，黄凯兴，Z．You，美国城市垃圾的控制、收集和焚烧处理现状[J]． 工业安全与环保，2004．30(2)：p．16～19．
6． 大江宏，日本的废弃物与环境商机[J]．世界环境，2004．(3)：p．64～68．
7． 任力编译，美国与欧洲诸国垃圾处理状况[J]．辽宁科技，1996．(2)：p．32～33．
8． 中国环境保护产业协会固体废物处理利用委员会，我国固体废物处理利用行业发展状况．中国环保产业，2005．(12)：p．39～41．
9． 邢化峰，固废：放错位置和未充分利用的资源．世纪环境，2006．(2)：p．83．
10． 孙汉文，安建华，梁淑轩等，固体废物污染状况分析与废物资源化的思考．河北大学学报：自然科学版，2006．26(5)：p．506～514．
11． 国家危险废物名录．
12． 卢荣根，综合利用城市固体废弃物 促进循环经济发展．环境卫生工程， 2006．14(6)：p．27～28，31．
13． 常理，循环经济与可持续发展．湘潭师范学院学报：社会科学版，2007． 29(1)：p．45～46．
14． 祝学礼，徐文龙，我国固体废物污染与无害化处理技术．卫生研究，2002． 31(4)：p．331～332．
15． 刘伯慧，浅谈城市垃圾卫生填埋的困境与出路．黑龙江科技信息，2004． (3)：p．210．
16． 刘家勇，城市垃圾处理及对策．舰船防化，2004．(4)：p．23～25，22．
17． 杨迪芳，马莉，胡斌，重视城市垃圾的处理．能源研究与利用，2004．(2)：p． 47～49．
18. BernhardRaninger, WernerBidlingmaier,李润东等, Bioorganic Municipal Waste Management to Deploy a Sustainable Solid Waste Disposal Practice in China. Chinese Journal of Process Engineering, 2006.6(2): p. 255～260.
19． 朱佳琪，管式布风流化床的流动特性研究及其处理固体废物的工业化应用．浙江大学学位论文，2006．
20． 屈志云，王敬民，刘涛等，我国城市生活垃圾处理技术方式的选择．环境卫生工程，2006．14(3)：p．58～60．
21． 余媛媛，城市生活垃圾堆肥处理及其前景展望．有色冶金设计与研究， 2000．21(1)：p．52～55．
22． 吴德礼，朱申红，城市生活垃圾的综合处理技术与发展方向．城市环境与城市生态，2002．15(4)：p．25～27，32．
23. Berenyi, E.B, The status of municipal waste combustion in the United States. Journal of Hazardous Material, 1996. (47): p. 1～17.
24． 宋国英，牛静波，国外城市固体废弃物的处理技术的进展．国外环境科学技术，1993．(2)：p．53～57．
25. Korzun, E. A., Recycling Energy Values of Municipal Solid Waste. Journal of Energy Engineering, 1991.116(1): p. 39～49.
26． 张悦，我国城市垃圾处理产业化发展趋势和相关政策——在“2002第一届国际固体废物处理技术与设备研讨会”上的主体发言．中国城市环境卫生， 2002．(4)：p．14～17．
27． 于飞，加强固废管理 推进循环经济．环境经济，2005．(4)：p．12～13．
28． 赵由才，刘洪，我国固体废物处理与资源化展望．苏州城建环保学院学报， 2002．15(1)：p．1～9．
29． 沈维民，贺新华，王赛辉等，我国危险废物焚烧处理中回转窑炉型的探讨．工业炉，2006．28(2)：p．16～18．
30． 邓志文，张宏伟，我国医疗废物焚烧处理现状和技术选择．中国环保产业， 2006．(3)：p．32～35．
31． 张国平，周恭明，危险废物管理及其焚烧处理综述．能源研究与信息， 2003．19(3)：p．172～179．
32． 沈逍江，医疗废物回转窑热解焚烧处置研究．浙江大学学位论文[D]， 2005．
33． 芩可法，邱坤赞，朱燕群，中国能源与环境可持续发展问题的探讨(二)． 发电设备，2004．18(6)：p．325～331．
34． 杜昭辉，催化裂解废旧不饱和聚酯树脂新技术．辽宁化工，2004．33(10)：p． 559～561．
35． 杜昭辉，废旧不饱和聚酯树脂裂解工艺．辽宁石油化工大学学报，2005． 25(1)：p．16～19．
36． 沈兴，差热、热重分析与非等温固相反应动力学．1995：冶金工业出版社．
37． 于伯龄，姜胶东，实用热分析．1988：纺织工业出版社．
38． 陈镜泓，李传儒，热分析及其应用．1985：科学出版社．
39. A.W.Coats, J.P．Redfern, Analyst. 88.906(1963).
40． 于海龙，姜秀民，桦甸油页岩热解特性的研究．燃料化学学报，2001．29(5)： p．450～453．
41． 周俊虎，匡建平，周志军等，原煤和黑液水煤浆燃烧特性的热分析对比研究．燃料化学学报，2005．33(1)：p．33～37．
42． 任存勇，锅炉燃煤产生的主要污染物及危害分析．地方病通报，2006． 12(6)：p．71～72．
43． 李清海，李文革，张衍国等，垃圾焚烧的主要污染物毒性分析．环境科学与管理，2006．31(3)：p．144～147．
44． 周莉菊，冯家满，赵由才，二恶英的毒性及环境来源．工业安全与环保， 2006．32(11)：p．49～51．
45． 陈光利，花岗石水膜除尘器的制造和使用．中国设备工程，2005．(3)：p． 55～56．
46． 夏兴祥，高温除尘技术综述．化工机械，2000．27(1)：p．47～52．
47． 贾立军，刘炳光，我国烟气脱硫技术综述．盐业与化工，2006．35(5)：p． 35～39．
48． 王文选，肖志均，夏怀祥，火电厂脱硝技术综述．电力设备，2006．7(8)：p． 1～5．
49． 张磊，杨学民，谢建军等，循环流化床燃煤过程NOx和N2O产生-控制研究进展．过程工程学报，2006．6(6)：p．1004～1010．
50． 王护军，关于循环流化床锅炉发展趋势的探讨．机电技术，2006．29(2)：p． 75～79．
51． P．Basu，S．A．Fraser，岑可法，循环流化床锅炉的设计与运行．1994：科学出版社．
52． 鲍捷，分布式控制系统的发展与智能化．中国工控信息网，2006．
53． 张秋生，方海珍，张书敬等，450t／h循环流化床锅炉协调控制系统的试验研究．动力工程，2006．26(5)：p．662～665，746．
54． 何彦，浅谈分散型控制系统的通讯网络．石油化工自动化，2003．(3)：p． 68～71．
55． 卞正岗，电厂及输配电自动化综述．可编程控制器与工厂自动化(PLC FA)， 2006．(10)：p．11～16．
56． 陈晓华，DCS系统在循环流化床锅炉中的应用．维纶通讯，2005．25(2)：p． 41～43．
57． 毛金华，张湜，王际业，DCS在自动负荷升降顺序控制系统中的应用．自动化技术与应用，2003．22(8)：p．35～38．
58． 西门子(中国)有限公司，SIEMENS STEP 7 用户手册．1996．
59． 北京亚控科技发展有限公司，绍态王 Version6.51用户手册．2005．
60． 郑景军，医疗垃圾焚烧炉计算机监控系统的研究开发．浙江大学学位论文， 2005。
61． 牛培峰，柴天佑，循环流化床锅炉热工自动控制系统与展望．动力工程， 1998．18(6)：p．39～46．
62． 杨道勇，赵军，郭勃政，循环流化床燃烧过程控制的应用研究．山西电力， 2006．(2)：p．25～27．
63． 俞海斌，褚健，CFB锅炉汽包水位的专家PID控制．机电工程，2000．17(3)： p．103～106．
64． 高俊，锅炉汽包水位模糊控制的应用研究．自动化仪表，2003．24(3)：p． 56～59．
65． 晏勇，杜继宏，冯元琨，模糊控制．计算机自动测量与控制，1999．(1)：p． 55～57．
66． 孙增圻，张再兴，邓志东，智能控制理论与技术．1997：清华大学出版社．