学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

废旧线缆和电机绕组热解技术与设备的研发

作　者: 吴正胜
导　师: 张于峰
学　校: 天津大学
专　业: 热能工程
关键词: 热解废旧线缆热解炉热重分析热解气
分类号: X38
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
下　载: 13次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

本论文是在天津市科委“科技创新专项基金”的资助下完成的，目的是研发出一种绿色环保的废旧电线电缆及电机绕组回收利用新技术和装备。由于废旧电缆中含有易于造成二次污染的PVC分子，传统的焚烧处理法尾气污染严重，处理成本高。热解技术作为一种可替代焚烧技术的新型热化学处理技术，具有降低尾气污染物排放，固化有害物质，并有效回收原料中的金属组分等优势。因此，我们应用有机分子高温热解的原理，研发出适用于处理废旧机电产品的清洁工艺与绿色装备。具体的研究内容为：（1）废旧线缆热解的基础性实验应用热失重分析方法（TGA），针对两种主要线缆绝缘材料—PVC绝缘材料和PE绝缘材料，分析测量了它们热分解过程中主要的特征温度，并计算得到了PVC绝缘材料和PE绝缘材料的热解反应动力学参数，建立了两者热解反应的动力学模型。实验结果表明，PVC绝缘材料和PE绝缘材料的活化能分别为152kJ/mol和160kJ/mol。这部分属于基础性的实验研究。（2）设计研发了废旧线缆和电机绕组的热解回收中试装置以基础性实验的实验参数为依据，结合废旧线缆和电机绕组的特点，综合考虑了便捷的操作性能、高效的传热性能、良好的保温性能、低成本的尾气处理成本等因素，设计并制造了新型的废旧线缆和电机绕组热解回收装置。本台热解装置的主要创新工艺是热解气在高温状态下的二次燃烧。传统的废弃物热解装置将热解产物分为气、液、固三部分分别回收。我们认为高温热解气的冷凝不仅增加了装置的复杂性，而且冷凝会带来大量的物理热损失。从以往的运行经验看出，冷凝得到的焦油必须通过深加工才可能成为燃料补充热解所需能量。因此，本台装置设计了高温热解气的二次燃烧系统，实现了热解气在高温状态下的二次燃烧。不仅简化了工艺，热解气的热值可达到50.94MJ/m3。（3）废旧线缆热解的中试试验重点考察了高温热解气的成分和热值随温度变化的规律；热解产物分布的特点；热解残炭的成分和热值。结果表明，废旧线缆热解分为两个阶段，第一阶段为脱出HCl反应，第二阶段产生可燃热解气。可燃热解气的热值50.94MJ/Nm3。热解残炭中固定碳含量为23%，其热值为1776kJ/kg。应用静态经济分析和动态经济分析指标，对废旧线缆热解回收方案进行了经济性评价。方案的内部收益率达到40%，具备进一步工业化的基础。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-32
  1.1 循环经济与可持续发展概述  9-13
    1.1.1 循环经济理念概述  9-11
    1.1.2 实施循环经济的关键技术  11-12
    1.1.3 我国废弃物的循环再利用的发展现状  12-13
  1.2 废旧电线电缆与电机绕组二次铜资源回收利用现状  13-15
  1.3 废旧电线电缆焚烧的危害  15-16
  1.4 固体废弃物热化学处理技术  16-18
  1.5 固体废弃物热解技术  18-22
  1.6 国内外废弃物热解处理技术的研究与应用  22-24
  1.7 国内外固体废物焚烧热解炉体型式综述  24-28
    1.7.1 固体废弃物焚烧炉型综述  24-25
    1.7.2 固体废弃物热解炉型综述  25-28
  1.8 本论文的研究内容及意义  28-32
第二章电线电缆绝缘材料的热解动力学模型  32-47
  2.1 聚氯乙烯和聚乙烯树脂的基本结构  32-33
  2.2 热失重实验系统与条件  33-38
    2.2.1 热失重实验台  33-34
    2.2.2 热天平的工作原理  34-35
    2.2.3 实验原料的选择及分析  35-36
    2.2.4 实验条件  36
    2.2.5 实验数据处理和主要影响因素分析  36-38
  2.3 绝缘材料的热解特性  38-41
    2.3.1 PVC 绝缘材料的热解特性  38-40
    2.3.2 PE 绝缘材料的热解特性  40-41
  2.4 绝缘材料热解的表观动力学参数  41-44
    2.4.1 表观动力学参数的求解方法  41-44
    2.4.2 计算结果与讨论  44
  本章小结  44-47
第三章隧道式热解装置的设计开发与运行调试  47-60
  3.1 设备规模  47-48
  3.2 工艺流程  48-49
  3.3 隧道式的炉型设计  49
  3.4 主要设备与部件的设计与选型  49-57
    3.4.1 圆柱型热解腔体和燃烧室  51-52
    3.4.2 炉体的密封设计  52
    3.4.3 柴油燃烧器的选型  52-53
    3.4.4 热解气二次燃烧的设计  53-54
    3.4.5 炉体保温  54-55
    3.4.6 自控与监测  55-57
    3.4.7 尾气净化  57
  3.5 废旧电机绕组热解装置的设计  57-58
  3.6 本章小结  58-60
第四章废旧电缆热解的中试试验研究  60-77
  4.1 试验的目的  60
  4.2 试验准备  60-61
    4.2.1 试验原料  60-61
    4.2.2 试验原理及方法  61
  4.3 炉体温度变化规律  61-63
  4.4 热解产物分布规律  63-67
    4.4.1 固态产物的总产率  63-66
    4.4.2 气态产物总产率  66-67
  4.5 实验物料热解产气的规律  67
  4.6 可燃热解气成分随温度变化的规律  67-70
  4.7 可燃热解气的热值随温度变化的规律  70-71
  4.8 热解残炭的元素分析及热值分析  71-74
    4.8.1 热解残炭的元素分析  71-73
    4.8.2 热解残炭的热值分析  73-74
  4.9 物料热解后热值的前后对比  74-75
  4.10 本章小结  75-77
第五章试验设备能耗和经济效果分析  77-90
  5.1 隧道式热解设备的能耗分析  77-82
    5.1.1 炉体的得热量与失热量计算  77-81
    5.1.2 废旧线缆热解设备的热平衡分析  81-82
  5.2 隧道式热解工艺的经济性分析  82-89
    5.2.1 经济性分析方法概述  82-83
    5.2.2 隧道式热解工艺的投资、成本和利润估算  83-86
    5.2.3 隧道式热解设备的静态经济分析  86-87
    5.2.4 隧道式热解设备的动态经济分析  87-89
  5.3 本章小结  89-90
第六章结论和建议  90-94
  6.1 主要结论  90-92
    6.1.1 热失重实验的主要结论  90-91
    6.1.2 中试设备的研发  91
    6.1.3 废旧线缆的中试试验  91-92
    6.1.4 设备的能耗和经济性分析  92
  6.2 论文创新点  92-93
  6.3 进一步工作的建议  93-94
参考文献  94-100
发表论文和参加科研情况说明  100-101
致谢  101

废旧线缆和电机绕组热解技术与设备的研发

内容摘要

全文目录

相似论文