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我国有70%以上的生活垃圾采用卫生填埋法进行处理,每年填入垃圾几千万吨。随着城市生活垃圾产生量的日益增长,城市土地已经无法满足填埋法的需要,急需发展一种针对填埋场内陈腐垃圾的处理方法。焚烧法是城市生活垃圾处理的重要发展方向之一,为此,本文研究了陈腐垃圾的燃烧及污染物排放特性,为进一步研究奠定了基础,同时也为焚烧炉的设计提供了一定的实验基础。
在本论文的研究中,我们首先进行了陈腐垃圾理化性质的研究。结果表明:选用的陈腐垃圾样品容重为210 kg/m3,水分含量较低,挥发分和固定碳的含量较高,C元素含量较高,易燃烧有机物含量高,低位热值较高,焚烧性能良好。
首次采用热重分析方法研究了陈腐垃圾及其主要组分的燃烧特性,并进行了动力学分析,得到了陈腐垃圾组分燃烧的特征值,以及燃烧动力学参数值。结果表明:陈腐垃圾及其组分的着火点相对新鲜垃圾均较低,分别为塑料184℃,腐殖质176℃,垃圾样品172℃,草木170℃;燃烧过程失重率分别为塑料84.44%,腐殖质38.59%,垃圾样品62.69%,草木69.11%;陈腐垃圾各组分燃烧的活化能都很小,理论上焚烧较易进行。
在自行研制的陈腐垃圾焚烧实验装置中,研究了陈腐垃圾样品的焚烧状况,通过烟气分析仪研究了焚烧过程中污染性气体的排放特性,并通过原子吸收光谱仪研究了几种主要重金属的挥发情况。结果表明:陈腐垃圾较易燃烧,投入实验装置6s后挥发分即开始析出并燃烧,焚烧炉内温度可达到1000℃。焚烧过程中产生的CO排放浓度很高,随着温度的升高先升高后降低,过量空气系数增大时,CO的浓度先下降后升高,垃圾样品含水率的提高能明显的降低CO的排放浓度:温度高于800℃时,SO2开始产生,排放浓度随着温度的升高而增大,过量空气系数的增大也会提高SO2的排放浓度,水分含量对SO2的排放浓度没有明显的影响;焚烧过程中产生的NOx排放主要为NO,NOx的排放浓度随着温度的升高先增大后减小,过量空气增大时,NOx排放先增大后减小,高含水率的垃圾样品焚烧过程产生的NOx排放明显高于低含水率垃圾样品产生的NOx排放。几种主要重金属的挥发能力为Hg>Cd>Zn>Pb>Cu>Ni>Cr,Hg的挥发温度区间为25~200℃以及600~700℃,Cd的挥发温度区间为300~600℃,这两种重金属主要出现在烟气和飞灰中;Zn和Pb在飞灰和底灰中都有分布,其中Zn的挥发温度区间为200~600℃,Pb的挥发温度区间为300~500℃以及800~1000℃;Ni、Cu、Cr三种重金属的最大挥发量很小,主要出现在底灰中,Ni和Cu没有明显的挥发温度,而Cr在400℃时基本已经挥发完全。