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        城市生活垃圾燃燒特性研究

        2013-09-07 09:32:04陳國艷曾紀(jì)進(jìn)段翠九
        中國環(huán)保產(chǎn)業(yè) 2013年2期
        關(guān)鍵詞:過量組分煙氣

        陳國艷,曾紀(jì)進(jìn),段翠九

        (1.福建省豐泉環(huán)??毓捎邢薰?,福州 350007;2.中德(中國)環(huán)保有限公司,北京 100142;3.清華大學(xué)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(jì)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(bào)道則很少,同時,由于垃圾成分及燃燒過程比煤的情形復(fù)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(jìn)行深入研究,為找出相應(yīng)的降低NOx排放的措施提供理論指導(dǎo)。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(bào)道使得公眾對垃圾焚燒造成的二次污染的擔(dān)心日益加重[3、4]。

        固體廢棄物的燃燒是一個復(fù)雜的連續(xù)化學(xué)反應(yīng)過程,其中有大分子的斷鍵、異構(gòu)等反應(yīng),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(shè)計(jì)和運(yùn)行具有重要的指導(dǎo)意義,因而有必要對垃圾的燃燒特性進(jìn)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(jìn)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(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。

        2 試驗(yàn)

        2.1 試驗(yàn)設(shè)備與方法

        本試驗(yàn)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(zhǔn)備好的典型垃圾組分通過給料機(jī)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(jìn)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(yàn)裝置示意

        2.2 試驗(yàn)樣品

        試驗(yàn)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(yàn)樣品取1kg/h。試驗(yàn)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(yīng)更加劇烈,反應(yīng)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(yīng)更加劇烈,反應(yīng)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(yīng)更加劇烈,反應(yīng)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(yīng)更加劇烈,反應(yīng)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(yīng)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(jì)進(jìn).灰色理論及改良方法對我國垃圾產(chǎn)量的預(yù)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(yù)測[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué),2011,37(4):29-33.

        [3]李季,張錚,楊學(xué)民,等.城市生活垃圾燃燒特性的TG-DSC分析[J].化工學(xué)報(bào),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(jìn)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(xué)報(bào),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(xué)研究[J].昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)(理工版),2008,33(5):86-89.

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