1 前言

西(xi)方發達國家由(you)于城市(shi)生活(huo)垃(la)圾回收(shou)采(cai)用(yong)(yong)分類(lei)(lei)收(shou)集法(fa)，所(suo)以(yi)垃(la)圾堆(dui)肥(fei)(fei)(fei)剩余(yu)物已無回收(shou)利(li)用(yong)(yong)價值，通(tong)常采(cai)用(yong)(yong)衛生填埋方式處(chu)理。而(er)我國目前的(de)生活(huo)垃(la)圾沒有(you)(you)分類(lei)(lei)收(shou)集，所(suo)以(yi)堆(dui)肥(fei)(fei)(fei)剩余(yu)物有(you)(you)其特(te)殊性，主要(yao)表(biao)現為剩余(yu)物熱(re)值較高，達到甚(shen)至超(chao)過國外目前生活(huo)垃(la)圾的(de)發熱(re)值，而(er)且比(bi)較均質，可以(yi)作為燃料(liao)使用(yong)(yong)。因此，對這些剩余(yu)物進行焚燒處(chu)理有(you)(you)利(li)于熱(re)能的(de)回收(shou)。本文探討(tao)生活(huo)垃(la)圾堆(dui)肥(fei)(fei)(fei)廠產生的(de)堆(dui)肥(fei)(fei)(fei)剩余(yu)物的(de)燃燒特(te)性以(yi)及(ji)在流化床中焚燒處(chu)理的(de)工(gong)業應用(yong)(yong)。

2 生活垃(la)圾(ji)堆肥剩余物的工業分析及元素(su)分析

垃(la)(la)(la)圾堆肥(fei)處理(li)廠產(chan)生的堆肥(fei)剩余(yu)物(wu)(wu)，經過風力和人工將(jiang)大塊物(wu)(wu)件如泡沫(mo)、竹(zhu)筐、大塊塑(su)料(liao)、金屬以及(ji)可回(hui)收(shou)利用的塑(su)料(liao)袋(方便面袋)等(deng)分(fen)揀后，剩下的主要由尺寸較(jiao)小的廢舊塑(su)料(liao)、細木頭(tou)片(pian)、破布頭(tou)及(ji)泥土狀物(wu)(wu)質(zhi)組成，約(yue)占垃(la)(la)(la)圾總量的10%～20%。其(qi)特點是發(fa)熱值(zhi)(zhi)較(jiao)高，與國外(wai)的垃(la)(la)(la)圾熱值(zhi)(zhi)相當，適(shi)于焚燒處理(li)。

為了保證取(qu)樣(yang)具有代(dai)表(biao)性(xing)，從供焚燒處理的該種垃圾堆(dui)肥(fei)剩余物堆(dui)中(zhong)不同部位取(qu)回樣(yang)品，在空氣(qi)中(zhong)干(gan)燥后，手工分選結果如表(biao)1所示(shi)，其(qi)工業分析和元素(su)分析見表(biao)2。

表1垃圾堆肥剩余物的組成成分%

表2垃圾堆肥剩余物的工業分析和元素分析(空氣干燥基)

從表2可(ke)以看出，垃圾堆肥剩余物的(de)空氣干燥基熱值達(da)到14650kJ/kg，這種(zhong)垃圾具(ju)有熱能回收利(li)用價值，焚燒時無需(xu)輔助燃(ran)料，質地相對均勻(yun)，可(ke)以作為燃(ran)料使用。

3 垃(la)圾堆(dui)肥(fei)剩(sheng)余物的(de)燃燒(shao)特性(xing)

3.1實驗樣(yang)品的制備(bei)

將實驗原料在(zai)空氣中自然干燥后，對泡(pao)沫、塑料等非(fei)脆性(xing)材料進行切(qie)碎至2mm以下(xia)，其它成分(fen)粉碎至1mm以下(xia)，然后按各組分(fen)的比(bi)例(li)，充(chong)分(fen)混(hun)合，由于混(hun)合試樣(yang)比(bi)較(jiao)蓬松，體積(ji)較(jiao)大，必需壓(ya)實后才能放入(ru)坩鍋內，試樣(yang)的質量為11.54mg。

3.2熱重分析實(shi)驗儀器及(ji)實(shi)驗參(can)數描述

實驗(yan)采用(yong)日(ri)本理學熱(re)(re)分析(xi)儀TAS100高(gao)(gao)溫(wen)微分差(cha)熱(re)(re)天平進行。實驗(yan)時將(jiang)準備分析(xi)的(de)(de)(de)試(shi)樣放(fang)在(zai)坩鍋(guo)內，通以(yi)空氣(qi)(qi)，使試(shi)樣在(zai)空氣(qi)(qi)氛(fen)圍中連(lian)續升溫(wen)，記錄試(shi)樣在(zai)升溫(wen)過程(cheng)中TG(熱(re)(re)重(zhong)，即(ji)(ji)重(zhong)量(liang)(liang)隨溫(wen)度(du)的(de)(de)(de)變(bian)化)、DTG(熱(re)(re)重(zhong)的(de)(de)(de)微分即(ji)(ji)失重(zhong)速率(lv))及DTA(差(cha)熱(re)(re)分析(xi)即(ji)(ji)吸熱(re)(re)或放(fang)熱(re)(re)變(bian)化規律(lv))隨溫(wen)度(du)的(de)(de)(de)變(bian)化曲線，如圖1所示。實驗(yan)條件為：升溫(wen)速率(lv)2000/min；空氣(qi)(qi)流量(liang)(liang)20ml/min；最(zui)高(gao)(gao)加熱(re)(re)溫(wen)度(du)900℃。

3.3實(shi)驗結(jie)果與分析

圖1為垃圾堆肥剩余物的TG、DTG及DTA曲線。TG曲線失重分為三個階段，第一段244℃以前為水分蒸發和少量揮發分析出段，其中130℃時水分析出達到峰值，DTA曲線上表現為吸熱段。溫度高于244℃，第二失重段開始，DTG在320℃達到極值，表明揮發分在此溫度下強烈燃燒，溫度升至380℃失重相對緩慢。溫度大于244℃時DTA曲線表現為放熱，328℃時出現極值，它對應于DTG曲線320℃，說明在此溫度下燃燒最劇烈，放熱量最多。溫度高于420℃第三段失重開始，DTG曲線在428℃出現極值，對應于DTA曲線為450℃，說明是固定碳燃燒所致，此后仍緩慢失重直至750℃左右，說明仍有殘碳在緩慢燃燒放熱。

圖(tu)1垃圾堆肥剩余物(wu)的燃燒(shao)的熱重分析

4堆(dui)肥剩(sheng)余物在流化床中(zhong)的焚燒處理應用(yong)實例

4.1焚燒爐結構及基本參數

在上述研究基礎上，我們為(wei)(wei)(wei)某(mou)環保(bao)集團設(she)計了(le)流(liu)(liu)化(hua)床(chuang)(chuang)垃(la)(la)(la)圾(ji)(ji)(ji)(ji)焚燒(shao)爐(lu)，日處理垃(la)(la)(la)圾(ji)(ji)(ji)(ji)堆(dui)肥(fei)剩余物(wu)70t/d，焚燒(shao)產(chan)生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)(de)熱量(liang)用(yong)于(yu)(yu)4萬m2垃(la)(la)(la)圾(ji)(ji)(ji)(ji)堆(dui)肥(fei)處理廠房供暖及(ji)垃(la)(la)(la)圾(ji)(ji)(ji)(ji)高溫(wen)發酵用(yong)熱。該焚燒(shao)系統為(wei)(wei)(wei)垃(la)(la)(la)圾(ji)(ji)(ji)(ji)焚燒(shao)與(yu)余熱鍋爐(lu)一體(ti)化(hua)裝置(zhi)。垃(la)(la)(la)圾(ji)(ji)(ji)(ji)首(shou)先被送(song)入流(liu)(liu)化(hua)床(chuang)(chuang)密相(xiang)區(qu)(qu)燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)，由(you)于(yu)(yu)垃(la)(la)(la)圾(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)比重較(jiao)輕，容易被煙(yan)氣(qi)(qi)(qi)攜帶出(chu)爐(lu)膛而(er)(er)導致燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)不(bu)完全，并(bing)且(qie)垃(la)(la)(la)圾(ji)(ji)(ji)(ji)堆(dui)肥(fei)剩余物(wu)中(zhong)細灰較(jiao)多不(bu)能形成(cheng)(cheng)床(chuang)(chuang)料(liao)，而(er)(er)能夠形成(cheng)(cheng)床(chuang)(chuang)料(liao)的(de)(de)(de)(de)又是一些(xie)粒徑較(jiao)大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)顆粒如石(shi)子、瓦礫碎片(pian)，從而(er)(er)容易導致流(liu)(liu)化(hua)不(bu)良，為(wei)(wei)(wei)了(le)保(bao)證垃(la)(la)(la)圾(ji)(ji)(ji)(ji)與(yu)床(chuang)(chuang)料(liao)混合均勻，需(xu)定期向(xiang)爐(lu)內添加(jia)流(liu)(liu)化(hua)床(chuang)(chuang)底料(liao)來維(wei)持床(chuang)(chuang)料(liao)高度(du)。由(you)于(yu)(yu)垃(la)(la)(la)圾(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)揮(hui)發分高，入爐(lu)后產(chan)生(sheng)(sheng)大(da)(da)量(liang)的(de)(de)(de)(de)可(ke)燃(ran)(ran)(ran)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)，需(xu)及(ji)時(shi)補(bu)充燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)所(suo)需(xu)的(de)(de)(de)(de)空(kong)氣(qi)(qi)(qi)，所(suo)以(yi)在密相(xiang)區(qu)(qu)上方送(song)入旋(xuan)轉(zhuan)二次風(feng)(feng)，促進(jin)(jin)可(ke)燃(ran)(ran)(ran)成(cheng)(cheng)分與(yu)二次空(kong)氣(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)混合，延(yan)長(chang)燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)所(suo)需(xu)的(de)(de)(de)(de)停(ting)留(liu)時(shi)間。稀相(xiang)區(qu)(qu)出(chu)口進(jin)(jin)入旋(xuan)風(feng)(feng)燃(ran)(ran)(ran)盡(jin)(jin)室(shi)，可(ke)燃(ran)(ran)(ran)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)在此進(jin)(jin)一步(bu)燃(ran)(ran)(ran)盡(jin)(jin)。設(she)計參(can)數為(wei)(wei)(wei)：密相(xiang)區(qu)(qu)燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)溫(wen)度(du)為(wei)(wei)(wei)900℃，稀相(xiang)區(qu)(qu)出(chu)口850℃，旋(xuan)風(feng)(feng)燃(ran)(ran)(ran)盡(jin)(jin)室(shi)出(chu)口不(bu)低(di)(di)于(yu)(yu)800℃，煙(yan)氣(qi)(qi)(qi)從密相(xiang)區(qu)(qu)到旋(xuan)風(feng)(feng)燃(ran)(ran)(ran)盡(jin)(jin)室(shi)出(chu)口之間的(de)(de)(de)(de)停(ting)留(liu)時(shi)間大(da)(da)于(yu)(yu)2s，從而(er)(er)滿足(zu)國家(jia)環保(bao)標(biao)準GB18485-2001《生(sheng)(sheng)活垃(la)(la)(la)圾(ji)(ji)(ji)(ji)焚燒(shao)污染控制標(biao)準》要求(qiu)的(de)(de)(de)(de)爐(lu)膛出(chu)口溫(wen)度(du)不(bu)低(di)(di)于(yu)(yu)850℃，停(ting)留(liu)時(shi)間大(da)(da)于(yu)(yu)2s的(de)(de)(de)(de)要求(qiu)。余熱鍋爐(lu)的(de)(de)(de)(de)設(she)計參(can)數為(wei)(wei)(wei)：表壓0.7MPa，飽和溫(wen)度(du)170℃，蒸(zheng)汽流(liu)(liu)量(liang)7t/h，垃(la)(la)(la)圾(ji)(ji)(ji)(ji)低(di)(di)位熱值(zhi)不(bu)低(di)(di)于(yu)(yu)10467kJ/kg(2500kcal/kg)。為(wei)(wei)(wei)了(le)防止(zhi)尾部受(shou)熱面HCl的(de)(de)(de)(de)低(di)(di)溫(wen)腐蝕，旋(xuan)風(feng)(feng)燃(ran)(ran)(ran)盡(jin)(jin)室(shi)出(chu)口的(de)(de)(de)(de)對流(liu)(liu)煙(yan)道僅布置(zhi)蒸(zheng)發受(shou)熱面，保(bao)證管壁溫(wen)度(du)大(da)(da)于(yu)(yu)HCl露點溫(wen)度(du)120℃，不(bu)布置(zhi)省煤器和空(kong)氣(qi)(qi)(qi)預熱器，排煙(yan)溫(wen)度(du)為(wei)(wei)(wei)250℃左右。

4.2焚燒效果

該流(liu)化床焚燒(shao)爐(lu)于2000年(nian)11月(yue)投入正常運行，實踐表(biao)(biao)明，在(zai)不(bu)加(jia)任(ren)何輔助燃(ran)料條件(jian)下，額定負(fu)荷下爐(lu)膛出口(kou)溫度可控制在(zai)850℃以上(shang)。表(biao)(biao)3給出了(le)不(bu)同負(fu)荷下焚燒(shao)爐(lu)各處溫度。可見，該焚燒(shao)爐(lu)燃(ran)燒(shao)狀況良好(hao)。

表3不同負荷下焚燒爐各處溫度℃

4.3污染物排放(fang)及其(qi)控制

采用英國蘭德(LAND)公司生產的Land Series II型煙氣(qi)分析儀，對NOx、SO2原始(shi)排放濃(nong)度(du)進行測(ce)定(ding)。HCl采用0.1N的NaOH溶液吸(xi)收，采用AgNO3容量法測(ce)定(ding)。當(dang)爐膛出口溫度(du)為805～891℃時，NOx原始(shi)排放濃(nong)度(du)為116～162mg/m3，SO2原始(shi)排放濃(nong)度(du)平均值為112～164mg/m3，HCl排放濃(nong)度(du)為365～467mg/m3(上述數(shu)據均折算到煙氣(qi)中(zhong)O2=11%)。

為了(le)(le)控制污染物的(de)排(pai)放，設計(ji)時(shi)采用(yong)文丘(qiu)里+噴(pen)淋塔+兩級湍球塔煙氣凈(jing)(jing)化(hua)組合工藝對尾(wei)氣洗滌(di)凈(jing)(jing)化(hua)，目(mu)的(de)是為了(le)(le)控制顆粒物、HCl、SO2等(deng)酸性氣體的(de)排(pai)放。在(zai)額定負荷下(xia)，燃用(yong)設計(ji)燃料時(shi)，凈(jing)(jing)化(hua)后的(de)煙氣經(jing)黑龍江省(sheng)環境監(jian)測站測定，結果如表4所(suo)示。

表4污染物(wu)實測結果mg/m3

注：ND表示(shi)未檢出，所有結果均(jun)以標準(zhun)狀態(tai)下含11%O2的干(gan)煙(yan)氣(qi)為參(can)考(kao)值(zhi)換算。

可見除含(han)塵濃度外，其余各項都達到(dao)了國(guo)家環(huan)保標(biao)準。尤其是重金屬汞、鎘都檢不出，這(zhe)主要得益于垃圾分選工藝，使得垃圾在焚燒之前，已(yi)將廢舊電(dian)池等(deng)重金屬污染物清除。由于省環(huan)境監測站(zhan)沒有(you)二(er)(er)惡(e)英檢測設備(bei)，所以，沒有(you)二(er)(er)惡(e)英檢測結(jie)果(guo)。

鑒于當時(shi)對(dui)垃圾焚燒尾氣(qi)凈化工藝認識(shi)的不足，導致排塵濃度不達標(biao)，應(ying)當采用半干法+噴活性炭(tan)+布袋除塵器組合工藝來解決。

4.4焚(fen)燒(shao)方式的探討

垃(la)(la)(la)(la)(la)圾(ji)(ji)焚(fen)燒(shao)(shao)(shao)(shao)發(fa)展的(de)(de)障礙(ai)是二惡(e)英(ying)(ying)的(de)(de)排(pai)(pai)(pai)放(fang)，本(ben)文控(kong)(kong)制二惡(e)英(ying)(ying)的(de)(de)措施主要是控(kong)(kong)制爐(lu)(lu)(lu)(lu)內(nei)溫(wen)(wen)度(du)大(da)于(yu)(yu)850℃，采(cai)用旋轉(zhuan)二次風增(zeng)加爐(lu)(lu)(lu)(lu)內(nei)混合(he)(he)強度(du)以(yi)及停留時間(jian)大(da)于(yu)(yu)2s即所謂的(de)(de)“3T”，對二惡(e)英(ying)(ying)在(zai)(zai)爐(lu)(lu)(lu)(lu)內(nei)的(de)(de)生成起(qi)到較好的(de)(de)控(kong)(kong)制作(zuo)用，但(dan)是現在(zai)(zai)看來還遠遠不夠(gou)，因(yin)為，二惡(e)英(ying)(ying)在(zai)(zai)尾部200～500℃溫(wen)(wen)區內(nei)在(zai)(zai)Cu2+的(de)(de)催化(hua)作(zuo)用下會再度(du)合(he)(he)成。采(cai)用半干法(fa)+噴活性炭+布(bu)袋除(chu)塵(chen)器組合(he)(he)工(gong)藝，雖然布(bu)袋除(chu)塵(chen)器后(hou)的(de)(de)二惡(e)英(ying)(ying)排(pai)(pai)(pai)放(fang)濃度(du)遠低于(yu)(yu)1.0TEQng/m3，通常可達到0.1TEQng/m3，但(dan)布(bu)袋捕集灰(hui)中(zhong)(zhong)的(de)(de)二惡(e)英(ying)(ying)可達798～7530TEQng/kg，而飛(fei)灰(hui)的(de)(de)處置費用很高，目前(qian)上(shang)海垃(la)(la)(la)(la)(la)圾(ji)(ji)焚(fen)燒(shao)(shao)(shao)(shao)飛(fei)灰(hui)的(de)(de)處置費為960元(yuan)/t，從(cong)這(zhe)種意義講對于(yu)(yu)垃(la)(la)(la)(la)(la)圾(ji)(ji)堆肥剩(sheng)余物(wu)的(de)(de)焚(fen)燒(shao)(shao)(shao)(shao)處理由于(yu)(yu)其熱(re)值(zhi)達到國外(wai)垃(la)(la)(la)(la)(la)圾(ji)(ji)熱(re)值(zhi)水平(ping)，采(cai)用爐(lu)(lu)(lu)(lu)排(pai)(pai)(pai)爐(lu)(lu)(lu)(lu)比(bi)較可行，因(yin)為爐(lu)(lu)(lu)(lu)排(pai)(pai)(pai)爐(lu)(lu)(lu)(lu)的(de)(de)飛(fei)灰(hui)量(liang)(liang)占(zhan)垃(la)(la)(la)(la)(la)圾(ji)(ji)總量(liang)(liang)的(de)(de)3%～5%，而流(liu)化(hua)床(chuang)的(de)(de)飛(fei)灰(hui)量(liang)(liang)占(zhan)10%～15%，從(cong)處理成本(ben)來看，采(cai)用爐(lu)(lu)(lu)(lu)排(pai)(pai)(pai)爐(lu)(lu)(lu)(lu)比(bi)較經(jing)濟。這(zhe)一點北(bei)京順(shun)義垃(la)(la)(la)(la)(la)圾(ji)(ji)綜合(he)(he)處理廠(chang)(chang)做得很好，該廠(chang)(chang)將垃(la)(la)(la)(la)(la)圾(ji)(ji)通過人工(gong)分(fen)揀，將玻璃(li)、金屬等不燃物(wu)、大(da)塊(kuai)塑料紙張等可回收物(wu)以(yi)及電池等污染物(wu)分(fen)揀出，可燃垃(la)(la)(la)(la)(la)圾(ji)(ji)經(jing)發(fa)酵脫水后(hou)，熱(re)值(zhi)達到12560kJ/kg(3000kcal/kg)以(yi)上(shang)通過液(ye)壓推進裝置送入(ru)國產爐(lu)(lu)(lu)(lu)排(pai)(pai)(pai)爐(lu)(lu)(lu)(lu)內(nei)燃燒(shao)(shao)(shao)(shao)，焚(fen)燒(shao)(shao)(shao)(shao)爐(lu)(lu)(lu)(lu)為絕(jue)熱(re)爐(lu)(lu)(lu)(lu)膛，爐(lu)(lu)(lu)(lu)膛出口溫(wen)(wen)度(du)達到1100℃，CO濃度(du)幾(ji)乎為零，對控(kong)(kong)制二惡(e)英(ying)(ying)十分(fen)有(you)利(li)。垃(la)(la)(la)(la)(la)圾(ji)(ji)在(zai)(zai)爐(lu)(lu)(lu)(lu)排(pai)(pai)(pai)上(shang)燃燒(shao)(shao)(shao)(shao)非常充分(fen)，灰(hui)渣灼減(jian)率只有(you)3%以(yi)內(nei)。為了減(jian)少飛(fei)灰(hui)量(liang)(liang)，該廠(chang)(chang)在(zai)(zai)垃(la)(la)(la)(la)(la)圾(ji)(ji)入(ru)爐(lu)(lu)(lu)(lu)前(qian)進一步過篩，篩去垃(la)(la)(la)(la)(la)圾(ji)(ji)中(zhong)(zhong)灰(hui)土(tu)，這(zhe)樣既提高垃(la)(la)(la)(la)(la)圾(ji)(ji)熱(re)值(zhi)又減(jian)少布(bu)袋除(chu)塵(chen)器飛(fei)灰(hui)捕集量(liang)(liang)，值(zhi)得垃(la)(la)(la)(la)(la)圾(ji)(ji)堆肥廠(chang)(chang)剩(sheng)余垃(la)(la)(la)(la)(la)圾(ji)(ji)焚(fen)燒(shao)(shao)(shao)(shao)處理借鑒。

5 結論

(1)垃圾堆肥廠產生的堆肥剩余物(wu)熱值(zhi)高，具有熱能回收利用價值(zhi)。

(2)堆肥(fei)剩余物的熱天平燃燒(shao)特性分析結果表明，空氣干燥基下垃圾中的揮發(fa)分在(zai)240℃左(zuo)右(you)著火燃燒(shao)，在(zai)320℃左(zuo)右(you)劇烈(lie)燃燒(shao)，焦炭(tan)在(zai)420～450℃左(zuo)右(you)開始(shi)強烈(lie)燃燒(shao)，燃盡溫度達750℃左(zuo)右(you)。

(3)工(gong)業應(ying)用結果(guo)表(biao)明，堆肥剩余物能(neng)夠在(zai)流化(hua)(hua)床焚燒爐(lu)中穩定燃(ran)燒。尾氣經多級洗(xi)滌凈(jing)化(hua)(hua)后，主要污染物如NOx、SO2、HCl、CO及重金屬等的排放濃(nong)度達到國家環保標準(zhun)。但是考慮飛(fei)灰處置(zhi)費用高，建議采(cai)用爐(lu)排爐(lu)處理(li)，以降(jiang)低(di)飛(fei)灰處置(zhi)成本。

參考文獻略

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”

相關文章