陳國艷，曾紀進，段翠九

（1.福建省豐泉環(huán)保控股有限公司，福州 350007；2.中德（中國）環(huán)保有限公司，北京 100142；3.清華大學熱能工程系，北京 100083）

1 引言

由于自然資源的不斷開發(fā)利用和社會經(jīng)濟的發(fā)展，特別是隨著人口的高度集中和城市化的迅速發(fā)展，世界各國的垃圾產(chǎn)生量均以較快的速度增長，由此產(chǎn)生的垃圾給地球生態(tài)以及人類生存環(huán)境帶來了巨大的威脅，目前已成為重要的社會問題之一[1、2]。

近幾十年來，對于煤燃燒過程中NOx、SO2的生成特性，專家們已做了大量的研究工作[4、5]。但有關(guān)焚燒垃圾過程中NOx、SO2的生成特性的報道則很少，同時，由于垃圾成分及燃燒過程比煤的情形復雜得多，生成氮氧化物的危害性更大。因此有必要對垃圾焚燒過程中NOx、SO2生成的特性進行深入研究，為找出相應的降低NOx排放的措施提供理論指導。盡管人們付出了巨大努力，垃圾焚燒的廢氣排放問題卻一直無法得到根本解決，尤其是有關(guān)二英危害人類健康的報道使得公眾對垃圾焚燒造成的二次污染的擔心日益加重[3、4]。

固體廢棄物的燃燒是一個復雜的連續(xù)化學反應過程，其中有大分子的斷鍵、異構(gòu)等反應，燃燒的中間物質(zhì)一方面是大分子裂解成小分子，另一方面，又有小分子聚合成較大的分子。無論是焚燒、氣化，還是燃燒，垃圾的揮發(fā)分析出過程都是一個必經(jīng)階段，所以燃燒是所有垃圾熱處理工藝的前提和基礎(chǔ)。因此，了解城市生活垃圾的燃燒特性對垃圾熱處理裝置的設計和運行具有重要的指導意義，因而有必要對垃圾的燃燒特性進行深入系統(tǒng)的研究[5]。

本文采用立式固定床快速分解技術(shù)，對典型垃圾組分在高溫下進行燃燒特性研究，以探討溫度、過量空氣系數(shù)等對垃圾焚燒煙氣特性的影響，該研究對現(xiàn)場應用具有一定的指導意義。

2 試驗

2.1 試驗設備與方法

本試驗采用固定床燃燒裝置（如圖1所示）。該裝置主要由電加熱爐、高壓氣瓶、冷卻裝置、積灰裝置、氣體分析儀器、過濾器等組成。首先將爐子加熱到800℃，待爐子恒溫后，把準備好的典型垃圾組分通過給料機連續(xù)送入爐內(nèi)。垃圾組分經(jīng)過熱解燃燒后，煙氣經(jīng)過冷卻、除灰、過濾后進入氣體分析儀測量，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后記錄。

圖1 燃燒試驗裝置示意

2.2 試驗樣品

試驗樣品選取某地區(qū)由典型垃圾組分按比例組成的垃圾，物料大小為3～5mm，試驗樣品取1kg/h。試驗所用物料的典型組分元素分析數(shù)據(jù)見下表。

典型垃圾組分元素分析表

3 結(jié)果與討論

3.1 溫度對煙氣成分含量的影響

從圖2可以看出，在過量空氣系數(shù)為1.6時，溫度從800℃到950℃的垃圾燃燒特性：隨著溫度的升高，NOx的含量由130mg/m3增加到約250mg/m3，增加速度較快，基本成直線上升。SO2的含量由185mg/m3增加到約245mg/m3，基本上也是呈逐步增加的趨勢，主要是由于垃圾中的S在高溫的情況下與O2反應更加劇烈，反應效率更高[6]。CO的含量由122mg/m3減少到約60mg/m3，這主要是由于垃圾產(chǎn)生的CO在高溫的情況下與O2反應更加劇烈，反應效率更高，生成的CO2含量增加。H2S的含量由85mg/m3減少到約38mg/m3，主要是由于垃圾產(chǎn)生的H2S在高溫的情況下與O2反應更加劇烈，反應效率更高，生成的SO2含量增加。

圖2 溫度對煙氣成分的影響（過量空氣系數(shù)為1.6）

3.2 過量空氣系數(shù)對煙氣成分的影響

從圖3可以看出，在爐膛溫度為900℃時，過量空氣系數(shù)從1.2到2.0的垃圾燃燒特性：隨著過量空氣系數(shù)的增加，NOx的含量由185mg/m3增加到約225mg/m3，增加速度較緩慢，基本上成直線上升，這主要是由于隨著過量空氣系數(shù)的增加，NOx含量迅速增加，但由于過量空氣的稀釋，所以NOx含量增加緩慢。SO2的含量由215mg/m3減少到約115mg/m3，基本上呈逐步減少的趨勢，主要是由于垃圾中的S在過量空氣的情況下有利于SO2及硫氧化物氣體的生成，但是，由于過量空氣的稀釋，所以SO2含量緩慢減少[7]。CO的含量由122mg/m3減少到約73mg/m3，主要是由于垃圾產(chǎn)生的CO在高溫的情況下與氧氣反應更加劇烈，反應效率更高，生成的CO2含量增加，再加上過量空氣的稀釋，所以CO含量下降比較多。H2S的含量由75mg/m3減少到約49mg/m3，主要是由于垃圾產(chǎn)生的H2S在高溫的情況下與過量空氣中的O2反應更加劇烈，再加上過量空氣的稀釋，所以H2S含量逐步減少。

圖3 過量空氣系數(shù)對煙氣成分的影響（溫度為900℃）

4 結(jié)論

（1）在過量空氣系數(shù)一定時，溫度從800℃到950℃的垃圾燃燒特性：隨著溫度的升高，NOx的含量成直線上升；SO2的含量也是呈逐步增加的趨勢；CO、H2S的含量逐漸減少。

（2）在爐膛溫度為一定時，隨著過量空氣系數(shù)的增加，NOx的含量增加速度較緩慢，基本上成直線上升；SO2的含量呈逐步減少的趨勢；CO、H2S的含量逐漸減少。

[1]陳國艷，張衍國，朱九龍，曾紀進.灰色理論及改良方法對我國垃圾產(chǎn)量的預測[J].環(huán)保產(chǎn)業(yè)技術(shù)，2011，156（6）：51-54.

[2]陳國艷，張衍國，朱九龍，等. 灰色系統(tǒng)理論對我國垃圾產(chǎn)量的預測[J].環(huán)境保護科學，2011，37（4）：29-33.

[3]李季，張錚，楊學民，等.城市生活垃圾燃燒特性的TG-DSC分析[J].化工學報，2002，53（7）： 759-764.

[4]Guoyan Chen，Yanguo Zhang，Jiulong Zhu，Yan Cao，Weiping Pan. Coal and Biomass Partial Gasification and Soot Properties in an Atmospheric Fluidized Bed[J]. Energy＆Fuels. 2011，25（5）：1964-1969.

[5]陳國艷，張衍國，朱九龍，等.垃圾焚燒過程中NOx排放控制研究進展[J].四川環(huán)境，2011，30（4）：140-143.

[6]浮愛青，諶倫建，王建軍.垃圾中典型組分熱重分析研究[J].環(huán)境工程學報，2007，1（11）： 104-106.

[7]吳楨芬，王華，胡建杭.城市生活垃圾燃燒和燃燒失重特性及動力學研究[J].昆明理工大學學報（理工版），2008，33（5）：86-89.