1、序言
統(tǒng)計資料表明，目前全球每年平均產(chǎn)生約100億t垃圾，全世界垃圾年平均增長速度高達(dá)8.02%；而我國城市生活垃圾的排放量每年正以10%上的速度在遞增，中國已成為世界上垃圾包袱最重的國家之一，城市生活垃圾的增長已成為影響中國可持續(xù)發(fā)展的制約因素。全國400多座大中城市中，已經(jīng)有2/3被城區(qū)外的垃圾群包圍。我國大中城市年產(chǎn)垃圾1億t以上，絕大部分堆積在城郊，未經(jīng)處理，垃圾堆存量逾70多億t．侵占土地面積達(dá)5億㎡；垃圾中產(chǎn)生的有害有毒物質(zhì)滲透到地下和河流中，對環(huán)境、水源和土質(zhì)造成極大的危害，給城市帶來不容忽視的隱性危害。
隨著人民生活水平的提高，我國生活垃圾成分的構(gòu)成也發(fā)生了很大的變化，可燃的有機(jī)物不斷增加，垃圾的值越來越高。以北京為例，年產(chǎn)垃圾400多萬t，垃圾中的灰土、爐渣等不可燃物所占的比例從90年代初的53%下降到目前的10%以下；而垃圾中的紙類、織物、塑料等可燃物的比例已由40%增加到80%以上，垃圾的熱值也由過去的3 349 kj/kg上升到5 860 kj/kg,其中“有機(jī)可燃物”的發(fā)熱值高。研究發(fā)現(xiàn)，2 t垃圾燃燒所產(chǎn)生的熱量，相當(dāng)于1 t煤煉燒的熱量。垃圾燃燒后，再通過發(fā)電機(jī)組可轉(zhuǎn)化為電能。
“垃圾發(fā)電”是將垃圾通過特殊工藝處理，實(shí)現(xiàn)綜合利用，其特點(diǎn)是減量性好，無害化程度高，防污染徹底且有一定的經(jīng)濟(jì)回報。因而，“垃圾發(fā)電”是世界上許多先進(jìn)國家和地區(qū)最常采用的技術(shù)方法，在國際上已開始成為新的投資熱點(diǎn)：世界上出現(xiàn)了“以微生物技術(shù)從填埋的城市垃圾中制取沼氣發(fā)電”、“垃圾專用焚燒爐余熱發(fā)電”和“垃圾制成的同體燃料直接燃燒發(fā)電”等多種類型的新興垃圾發(fā)電技術(shù)：而“垃圾焚燒余熱發(fā)電”和“垃圾制成的固體燃料”技術(shù)，在英國、印度等也都已投入使用，效益可觀。與其它處理城市垃圾的方法相比，具有占地少、可回收能源，達(dá)到減量化和資源化處理的月的。
盡管目前我國城市生活垃圾無害化處理的主要方法還是衛(wèi)生填埋，其次是高溫堆肥和焚燒，但是我國已經(jīng)開始重視垃圾發(fā)電的開發(fā)。因此，垃圾發(fā)電在我國將會成為垃圾無害化處理的一個重要措施。一期投資達(dá)4億元人民幣、日處理量超千噸的現(xiàn)代大型城市垃圾環(huán)保利用項日→寧波楓林垃圾發(fā)電廠，已通過專家組驗(yàn)收并投人詎式運(yùn)行。至此，寧波繼深圳、珠海之后，成為我國第3個實(shí)現(xiàn)”垃圾發(fā)電“的城市。有專家預(yù)測，21世紀(jì)垃圾發(fā)電將成為與太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)能并駕齊驅(qū)的無公害新能源。
2、試驗(yàn)方法和過程
2.1 垃圾熱解試驗(yàn)
（1）原料準(zhǔn)備
在試驗(yàn)中采用人工分揀方法，準(zhǔn)備原料垃圾。原料準(zhǔn)備分3個步驟：
① 原始垃圾干燥。垃圾經(jīng)太陽曬千，去除水分。其垃圾成分組成如表1。
表1 垃圾成分概況
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有機(jī)垃圾部分 |
無機(jī)垃圾部分 |
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廚余 |
紙張 |
塑料 |
木竹 |
纖維 |
合計 |
爐灰 |
礫石 |
金屬 |
玻璃 |
合計 |
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2 |
1 |
10 |
3 |
3.0 |
20 |
68 |
10 |
1.0 |
1.0 |
80 |
②垃圾分揀。將可燃成分和不可燃成分分開，垃圾中可燃組分占20%，不可燃組分占80%�？扇冀M分包括：塑料袋、塑料外包裝、紙張、纖維、碎布、樹葉、木質(zhì)組分等，其中塑料組分占70%。
③將可燃組分粉碎。粉碎后的尺寸小于5mm。
經(jīng)曬干、分揀及粉碎后的可燃組分的特性為堆積密度：280 Kg/m
3;含水率：6%；粒度：小于5mm；干基灰分：22.6%；熱值：18893 kj/kg。
(2)熱解初探
試驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室中采用AS 711裝置熱重天平進(jìn)行。
將粉碎處理好的垃圾，置于氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，在一定溫度和時間內(nèi)完成熱解，熱解原料在爐內(nèi)停留時問為13 s，試驗(yàn)情況和分析結(jié)果如下：
① 解溫度550 %：干基得炭：13.9%； 灰分：22.6%；氣體中焦油產(chǎn)品：19.9%。
②熱解溫度700℃：干基得炭：10.1%； 灰分：26.6c7c；氣體中焦油產(chǎn)品：11.9%。
通過在實(shí)驗(yàn)室中對垃圾進(jìn)行熱解試驗(yàn)，并與木屑在相同條件下進(jìn)行對比，從產(chǎn)生的氣體速度看出，垃圾熱解反應(yīng)速度比生物質(zhì)快。
2.2垃圾氣化試驗(yàn)
(1)原料準(zhǔn)備
原料同實(shí)驗(yàn)室中相同。
(2)試驗(yàn)裝置
試驗(yàn)采用流態(tài)化氣化爐。
流態(tài)化氣化爐結(jié)構(gòu)如圖1，主耍由螺旋加料器、料斗、反應(yīng)段和分離段4部分組成。
(3)工藝流程
人工將處理后的固體垃圾送人料倉(13)，垃圾經(jīng)螺旋進(jìn)料器(12)送入流態(tài)氣化爐(3)中，進(jìn)行流化氣化反應(yīng)。產(chǎn)生的氣體經(jīng)旋風(fēng)分離器(14)、惰性除塵器(5)、水洗塔(6、7)、過濾器(8)，由羅茨鼓風(fēng)機(jī)(9)經(jīng)水封(10)送入氣柜(11)。
氣化試驗(yàn)在錐形流態(tài)氣化爐中進(jìn)行，在垃圾原料投入氣化爐之前，將氣化爐中部溫度預(yù)熱至600℃以上，垃圾氣化反應(yīng)溫度在600～750 ℃范圍內(nèi)，氣化爐進(jìn)料速度為91.7 kg/h，煤氣產(chǎn)量為200m
3／h，所產(chǎn)生的煤氣成分及熱值見表2。在反應(yīng)溫度為550℃時，試驗(yàn)所產(chǎn)生的氣體，有汽油味。與生物質(zhì)比，固體垃圾的灰分量高，但很松散（與草木灰差不多）。在本試驗(yàn)條件下，未見熔融狀態(tài)。
3、試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及討論
3.1原料處理
(1)本試驗(yàn)采用的垃圾，前期干燥、分揀及粉碎均由人工完成，因此本次采用的氣化原料受到人為的因素影響，原料的代表性需進(jìn)一步研究。
(2)由人工分揀出的可燃成分占垃圾總量的1 00/e左右，其余部分為不可燃成分，可燃成分中主要是塑料制品，占可燃成分總量的70%左右，其余的是纖維、紙張、樹葉及木質(zhì)組分等，這部分可燃成分經(jīng)太陽曬干后，采用粉碎機(jī)粉碎至一定的粒徑，因塑料袋、纖維等物料是柔性的，采用普通粉碎機(jī)粉碎有一定難度且效率很低，如大規(guī)模使用需選用高效粉碎設(shè)備。
(3)考慮到垃圾分揀出的原料比較少，試驗(yàn)韌期氣化爐采用秸稈原料預(yù)熱，待氣化爐操作正常時，將垃圾原料投入氣化爐，根據(jù)試驗(yàn)過程中原料的進(jìn)料情況、氣化爐床層的壓降情況以及所產(chǎn)生的煤氣燃燒情況判斷，所投入的垃圾原料可在氣化爐穩(wěn)定地完全氣化，所產(chǎn)生的煤氣可穩(wěn)定的燃燒。
3.2熱解
從試驗(yàn)室的熱解試驗(yàn)研究數(shù)據(jù)分析可以看到，在相同條件下，以干燥無灰基計算，垃圾產(chǎn)生的炭和可凝物質(zhì)比生物質(zhì)少。得炭約為生物質(zhì)的70%，得可凝產(chǎn)品約為生物質(zhì)的60%。
3.3氣化
(1)在氣化過程中，當(dāng)氣化溫度達(dá)到550℃時，氣體中發(fā)出明顯的汽油味。說明固體垃圾產(chǎn)生的氣體成分中含有較多的烴類物質(zhì)，這是生物質(zhì)所不具備的。
(2)試驗(yàn)初期氣化爐采用秸稈原料預(yù)熱爐體，待氣化爐操作穩(wěn)定之后將垃圾原料投入氣化爐，根據(jù)試驗(yàn)過程中原料的進(jìn)料情況、氣化爐床層的壓降情況以及所產(chǎn)生的煤氣燃燒情況判斷，所投入的垃圾原料可在氣化爐中連續(xù)穩(wěn)定地完全氣化，所產(chǎn)生的煤氣燃燒情況很好。
(3)垃圾氣化后的灰分含量雖高，但松散（與草木灰差不多），未見熔融狀態(tài)。有利于氣化操作。
(4)垃圾氣化產(chǎn)生的氣體中烴類物質(zhì)含量明顯的高，最高可達(dá)6%，這也是垃圾氣化熱值高的原因。
(5)從表2中我們可以看到，氣化溫度對CO、CO
2的含量影響不大，對CH4和C
mH
n。的影響比較大。究其原因可能是因?yàn)楣腆w垃圾原料中含有較多的塑料有機(jī)物，另外其中的纖維類有機(jī)物經(jīng)過較長時間的堆放，產(chǎn)生過生物降解過程，使得其更有利于熱解、氣化，從而改變了熱解過程，產(chǎn)生較多的烴類物質(zhì)。
4、結(jié)論
(1)城市固體垃圾分離后的有機(jī)物是很好的氣化原料，其產(chǎn)生的氣體可以作為發(fā)電、生活用氣和燃燒鍋爐用。
(2)處理后的固體垃圾的熱解速度比較快，熱解比較容易。但是其固體產(chǎn)物的灰分含量高達(dá)72%以上。
(3)用流態(tài)化氣化爐進(jìn)行城市固體垃圾氣化在技術(shù)上是可行的。可以制得6500～7500 kj/m
3的較高熱值煤氣。
(4)城市固體垃圾的氣化比生物質(zhì)氣化更容易。
