（工程热物理专业论文）典型城市生活垃圾组分流化床热解气化特性及反应机理研究.pdf

浙江丈学硕士学位论文 - 1i i i i ii 1 1 i 鼍 摘要 城市生活垃圾是全世界共同面临的环境问题。传统的垃圾处理技术已经暴 露出自身不足的问题，如果处理不当，会对环境产生二次污染。尤其是焚烧带 来的二嗯英和重金属问题，已引起西方发达国家的高度重视。城市生活垃圾气 化熔融是一种新型的垃圾处理技术，它结合了垃圾气化和飞灰熔融二者的特点， 具有良好的环保特性和高效的资源利用率，从根本上解决了二嗯英和重金属二 次污染的问题，因而近年来在日本、欧美等西方发达国家得到了广泛的运用， 被认为是最具潜力的焚烧处理替代技术。但在我国，对这一技术的研究还不完 善，由于我国垃圾的特性与国外有很大的差别，因而在借鉴国外先进技术的同 时，必须结合国内实际开展垃圾气化熔融技术的研究。 本文对我国城市生活垃圾的理化特性作了分析，提出了两种适合我国国情 的城市生活垃圾气化熔融处理技术系统方案。方案一：基于垃圾综合处理的筛 上物气化熔融技术方案：方案二：原生垃圾+ 辅助燃料气化熔融技术方案。 本文对城市生活垃圾中生物质类组分( 木块、竹子) 流化床气化特性进行 了研究，分析了不同的反应条件对气化气成分、气化气热值和气化效率等参数 的影响；提出了生物质类组分气化反应的机理：对生物质类组分流化床热解展 开了研究，分析了热解产物的分布，对热解焦油、热解残碳以及热解气的特性 进行了研究，发现随热解温度的升高，热解碳产率减少，热解油产率先增大后 减少( 5 0 0 。c 时最大) ，热解气产率增加；最后对木竹的热解反应机理做了详细 的描述。 本文对聚合物类组分( p v c 、p e ) 流化床气化特性和气化机理进行了研究： 分析了不同反应条件对p v c 中的c l 转化为h c l 的影响；以及p v c 气化产生烟 雾随不同反应条件的变化规律及形成机理；对p e 流化床热解特性进行了研究。 本文还对厨余类组分的流化床气化进行了初步研究，考察其在预定的气化 熔融工况下的反应特性，所得的结果基本上达到了预期的目标，从而为大试验 台的实验提供有价值的参数。 最后，本文采用神经网络方法建立了城市生活垃圾典型组分流化床气化产 物特性的预测模型，为以后建立气化熔融预测模型进行了有益的探索。 关键词：城市生活垃圾气化熔融流化床气化热解p v cp e 木块 竹厨余神经网络模型 滤江大学联士学位论文 a b s t r a c t m u n i c i p a l s o l i dw a s t e ( m s w ) h a sb e c o m eas e r i o u se n v i r o n m e n t a lp r o b l e m b e s e r i n ge a c hc o u n t r y t h et r a d i t i o n a lt e c h n o l o g i e st od i s p o s a lm s w h a v eb e e n p r o v e nt h a tt h e yh a v em a n ys h o r t c o m i n g s i ft h e yh a v en o ti np r o p e rd i s p o s a la n d u t i l i z a t i o n ，t h es e c o n d s t e pp o l l u t i o no fe n v i r o n m e n tw i l lo c c u r , e s p e c i a l l yt h e p r o b l e mo ft h er e l e a s eo ft o x i cs u b s t a n c e s s u c h 船h e a v ym e t a l sa n dd i o x i n sb y i n c i n e r a t o rt e c h n o l o g y m s wg a s i f i c a t i o n & m e l t i n gi san e wt e c h n o l o g yf u rw a s t e t r e a t m e n t i tc o m b i n e st h ea d v a n t a g e so fm s wg a s i f i c a t i o na n df l ya s hm e l t i n g ， w o r k sa th i g he f f i c i e n c ya n dd o e sn o tc a u s ea t m o s p h e r i cp o l l u t i o n ，a n da b s o l u t e l y r e s o l v et h ep r o b l e mo fh e a v ym e t a l sa n dd i o x i n s s oi nt h ep a s tf e wy e a r s t h em s w g a s i f i c a t i o n & m e l t i n gt e c h n o l o g yh a sb e e nw i d e l yu s e di nj a p a n ，a m e r i c aa n do t h e r w e s t e r nd e v e l o p e dc o u n t r i e s ，i th a sa t t r a c t e da t t e n t i o na s “n e x tg e n e r a t i o n m s w p r o c e s s i n gm e t h o da n db e e nc o n s i d e r e dt h er e p l a c e ro f t h ei n c i n e r a t i o n b u ti nc h i n a ， t h e r ei sq u i t el i m i ts u c c e s s f u lp r a c t i c a lg a s i f i c a t i o n & m e l t i n ga p p l y i n go nm s wa n d d e f i c i e n to fr e l a t i v ef i m d a m e n t a lr e s e a r c ho nt h e m b e c a u s et h ep h y s i c a la n d c h e m i c a lc h a r a c t e ro fm s wi nc h i n ai sv e r yd i f f e r e n tf r o md e v e l o p e dc o u n t r i e s ，t h e f u n d a m e n t a lr e s e a r c ha b o u tm s w g a s i f i c a t i o n & m e l t i n gm u s tb a s eo nt h es i t u a t i o n o fc h i n a a f t e ra n a l y z i n gt h ep h y s i c a la n dc h e m i c a lc h a r a c t e ro fm s wi nc h i n a ，t w on o v e l a n di m p r o v e dm s w g a s i f i c a t i o n & m e l t i n gs c h e m e sa r eb r o u g h tf o r w a r dp r e f e r a b l y ： 1 t h eg a s i f i c a t i o na n dm e l t i n gs y s t e mb a s e do ni n t e g r a t e dd i s p o s a lo f m s w ； 2 t h eg a s i f i c a t i o na n dm e l t i n gs y s t e mo f o r i g i n a lm s w + a s s i s t a n tf u e l t y p i c a lb i o m a s sf w o o d & b a m b o o ) c o m p o n e n t s c h a r a c t e r i s t i c so fg a s i f i c a t i o nw e r e s t u d i e di naf l u i d i z e db e d ，w h i c hw a s d e s i g n e da n dd e v e l o p e da tt h el a b o r a t o r ys c a l e i ti s a n a l y z e dt h a td i f f e r e n tr e a c t i o nc o n d i t i o n s ( e x c e s s i v ea i rc o e f f i c i e n ta n d t e m p e r a t u r e ) i m p a c to ns u c hp a r a m e t e r s 弛t h ec o m p o s i t i o no fg a s i f i c a t i o ng a s t h e h e a tv a l u eo ft h eg a sa n dt h eg a s i f i c a t i o n e f f i c i e n c ye t c ，a n dp u tf o r w a r dt h e m e c h a n i s mo fb i o m a s sc o m p o n e n t s g a s i f i c a t i o nr e a c t i o n t h ep y r o l y s i s e x p e r i m e n t s o fb i o m a s s c o m p o n e n t s w e r ec a r r i e do u to nt h e f l u i d i z e db e d d i f f e r e n t c h a r a c t e r i s t i c so fd i s t r i b u t i n go fp y r o l y s i so u t c o m e s ，p y r o l y s i so i l ，p y r o l y s i sc a r b o n i i 灏江大学硬士学位论文 a n dp r o p e r t yo fs y n t h e s i sg a sp r o d u c i n gw e r ea n a l y z e d w i t ht h er i s i n go ff i n a l p y r o l y s i st e m p e r a t u r ef a c t o r , t h ep r o d u c t i o nr a t eo fp y r o l y s i sc a r b o nd e c r e a s e s ；t h e p r o d u c t i o nr a t eo fp y r o l y s i so i li n c r e a s e sf l r s ta n dt h e nd e c r e a s e s ( m a xv a l u ea t 5 0 0 。c ) ；t h ep r o d u c t i o nr a t e o fp y r o l y s i sg a si n c r e a s e s f i n a l l y , t h er e a c t i n g m e c h a n i s mo f w o o da n db a m b o ow a sm a d ed e t a i l e dd e s c r i p t i o n t h eg a s i f i c a t i o nm e c h a n i s ma n dc h a r a c t e r i s t i c so fp o l y m e rc o m p o n e n t ( e v c p e ) i nm s ww e r es t u d i e d t h em a i nf a c t o r sw e r ea n a l y z e dr e s p e c t i v e l y , s u c ha st h eh e a t v a l u eo ft h eg a s ，t h eg a s i f i c a t i o ne f f i c i e n c y , t h et r a n s f o r mr a t eo fc 1t oh c la n dt h e p r o d u c i n gr a t eo fs m o g 。i nt h ee n d ，t h ep y r o l y s i st r i a lo fp ew a sc a r r i e do u to na f l u i d i z e db e d i n t h i sp a p e r , t h ee x p e r i m e n t a ls t u d i e so nk i t c h e nr e s i d u a lc o m p o n e n to fm s w g a s i f i c a t i o nh a v ea l s ob e e nc a r r i e do u t 。i n v e s t i g a t i n gi t sr e s p o n s ec h a r a c t e r i s t i cu n d e r g a s i f i c a t i o n & m e l t i n gt e c h n o l o g y , t h er e s u l th a sr e a c h e dt h ea n t i c i p a t e dg o a l b a s i c a l l y , a l lo ft h e s eg i v et h ef l u i d i z e db e dg a s i f i c a t i o n i nl a r g es c a l eag o o d s u g g e s t i o n i nt h el a s tp a r to ft h i sp a p e r , t h en e u r a ln e t w o r km o d e li sb u i l tu pt oa n t i c i p a t et h e g a s i f i c a t i o np r o d u c t so fm s w , i th a sc a r r i e do nb e n e f i c i a le x p l o r a t i o nf o rs e t i n gu p g a s i f i c a t i o n & m e l t i n gm o d e l 。 k e yw o r d s ：m s w ；g a s i f i c a t i o na n dm e l t i n g ；f l u i d i z e db e d ；g a s i f i c a t i o n ；p y r o l y s i s ； w o o d ；b a m b o o ；p v c ；p e ；k i t c h e nr e s i d u a l ；n e u r a ln e t w o r km o d e l 1 1 1 学号：2 q 2 q 墨2 1 全 独创性声明 本久声臻掰呈交靛学位论文蹩本人在导疼指导下迸毒亍瓣研究王佟及联褥鹣 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝姿起堂或其他教育机 构的学位或证书而使用道的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中 窜了葫确静说稠并表示 骞 意。 学位论文作者签名：f 幼矽签字日期彬年害月? 日 b 咿 l 学位论文版权使用授权书 本学位论文 睾者完全了解鲞姿盘鲎有关傈餐、往稻学位论文静麓定， 蠢权像整并向国家有关部门或机构送交论文的复e 9 l 牛和磁盘，允谗论文被套阕毒鞋 借阅。本人授权逝江盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据庠 避行榆索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 保密懿学位论文在解密看适羽本授袄书) 门 学位论文作者签名： 签字裔期：盘巧年 渺矽 月t f i 学位论文作者毕业后去向： 工 乍单位：中国联合工程公司 通讯地址：杭州市石桥路3 3 8 号 导师签名； 签字目期对年；月臼 电话；0 5 7 1 8 8 1 3 8 0 6 2 邮编：3 1 0 0 2 2 浙江人学硕士学证论文第一章绪论 审i i i i i 鼍薯嗣i i i i i i 葺葺鼍躺薯眚i i i i i i r r i l i i l i 蕾i i 一 1 1 前言 第一章绪论 随着经济建设的快速发展和城市居民生活水平的提高，特别是近几年来城 市化进程的飞快发展，城市生活垃圾的产量不断增长。统计资料表明【l l ，目前全 球每年平均产生约1 0 0 亿t 垃圾，全世界垃圾年平均增长速度高达8 0 2 ；而我 国城市生活垃圾的排放量每年正以1 0 以上的速度在递增，中国己成为世界上 垃圾包袱最重的国家之一，城市生活垃圾的增长已成为影响中国可持续发展的 制约因素。全国4 0 0 多座大中城市中，己经有2 3 被城区外的垃圾群包围。我国 大中城市年产垃圾1 亿t 以上，绝大部分堆积在城郊，未经处理，垃圾堆存量逾 7 0 多亿t ，侵占土地面积达5 亿m 2 ：垃圾中产生的有害有毒物质渗透到地下和 河流中，对环境、水源和土质造成极大的危害，也给城市带来不容忽视的隐性 危害，影响到社会的稳定和经济的发展。 由此可见，城市生活垃圾所引起的社会问题和环境问题日益突出，如何妥 善处理城市生活垃圾，保证城市的可持续发展和资源的合理利用，已经成为当 前世界性的课题，成为各国政府、企业和市民普遍关注的焦点和热点问题。 1 2 城市生活垃圾的来源、分类及特点 1 2 1 城市生活垃圾的来源 城市生活垃圾( m u n i c i p a ls o l i dw a s t e ) ：主要是指城市居民在生活中和为城 市日常生活提供服务的活动中产生的综合固体废弃物。如塑料、木竹、纸张以 及厨余等。 我国城市生活垃圾主要包括以下三种来源【2 叫： 居民生活垃圾 街道保洁垃圾 集团垃圾 居民生活垃圾数量大，成分复杂，区域、时间、季节和气候对其主要组成 影响较大。街道保沽垃圾来自街道等路面的清扫，其成分与居民生活垃圾相似， 激亨工大学硬士学位论文 第一章绪论 著_ _ _ _ _ _ 蕾葺黼赫薯i i i 蕾i 麓黼薯皇宣| 嗣| _ _ _ 一i i i i i i 蠢| | _ 瞄 但泥沙、枯枝落叶和商业包装较多，易腐有机物较少，含水量较低。集团垃圾 是指机关、学校、工厂和第三产业在生产和工作过程中产生的废弃物，它的成 分馋遮发生源不鞫 嚣变讫，怒鼹菜个发生源剩耀对稳定。 1 2 2 城市生活垃圾的分类 城市生活垃圾的种类繁多、成分复杂，波动性大。是一种非均质的多样物 质的混合物，不象单一物质那样具有自己特定的内部结构和外部特征，正因为 此，处理和消纳城市垃圾的方法也多种多样，这就必须对城市生活垃圾作一详 细的分类。目前常见的分类方法如表1 1 所示6 8 1 ： 表i - i 城市生活垃圾分类表 分类方法 内容 分类意义 为堆肥及其它生物处理 按可堆肥性 可堆肥垃圾与不可堆肥垃圾 提供依据 按可燃性可燃性垃圾与不可燃性垃圾 为热化学处理提供依据 按发热量 高热值垃圾与低热值垃圾 为热化学处理提供依据 按处理处置方可回收物、易堆腐物、可燃物及其它 为资源回收、选择合适的 式( 或资源回收无机废物 处理处置方法提供依据 利用)有机物、无机物、可回收物 食品垃圾( 亦称厨房垃圾) ：居民住户 排出垃圾的主要成分； 普通垃圾( 亦称零散垃圾) ：纸类、废 旧塑料、罐头盒、玻璃、陶瓷、木片等 日用废物，亦可统称为家庭垃圾，是城 市生活垃圾中可回收利_ j 的主要对象； 庭院垃圾：植物残余、树叶、树权及 庭院其它涓扫杂物； 清扫垃圾：城市道路、桥梁、广场、 为垃圾分类、收集、加工 公园及其它露天公共场所由环卫系统 转化、资源回收选择合适 清扫收集的垃圾；的处理处置方法提供依 商业垃圾：城市商业、各类商业性服 据 务网点或专业性营业场所( 如菜市场、饮 按产生或收集 食店等) 产生的垃圾； 建筑垃圾：城市建筑物、构筑物进行 来源 维修或兴建的施工现场产生的垃圾； 危险垃圾：医院传染病房、放射治疗 系统、核试验室等场所排放的各种废物 ( 常被归类到危险废物之列) ； 其它垃圾：除以上各类产生源以外场 灏江夫学硕士学位论文 第章绪论 所排放的上盘圾的统称 食品垃圾、纸类、细碎物、金属、玻璃、为垃圾分类、收集、加工 l 谨绥分类塑料、轮齄、电池、本制龋、疲家电、转纯、蛰源回收选择台适 报废汽车等麓处褒整莺 为垃圾研究、设计、加工 i 按化学成分c 、h 、o 、n 、s 等 处理等提供依据 1 2 3 城市生活垃圾的特点 据统计1 9 , 1 0 l ，1 9 7 9 年以来，我国城市生活垃圾清运量经历了一个急剧增长的 阶段。至1 9 9 5 年止，平均每年的增长速度为8 9 8 ，由1 9 8 0 年的3 1 3 2 万吨增 1 6 0 1 4 0 k1 2 0 岫1 0 0 删8 0 1 l6 0 垫4 0 剑2 0 o 我国垃圾年产量 一 一 l 曩固 一 豳 圈翻圈 堪图r _ 豳1 1 9 8 01 9 8 51 9 9 0 1 9 9 51 9 9 92 0 0 2 年份 图1 - 1 我国城市生活垃圾历年产量分布 至1 9 9 5 年的1 0 7 4 8 万吨。近几年，中国城市生活垃圾清运量的增长趋势开始变 缓，进入了一个低增长阶段。1 9 9 9 年，全国城市生活垃圾清运量为1 1 4 1 5 万吨， 与1 9 9 5 年相比，仅增长了6 。到2 0 0 2 年我国垃圾清运量为1 3 6 5 0 万吨【9 】。这 些数字说明，中国城市垃圾的快速增长势头已经得到有效控制 3 l 】。 城市生活垃圾的成份与该城市的经济发达程度、居民生活水平以及生活习 惯密切相关，经济发达的国家和消费水平高的地区及城市，其垃圾不仅产量高， 而且固体废弃物中的纸、塑料以及其他容器废弃物( 如罐头和饮料用的盒、罐、 瓶等) 所占比例也大，而经济不发达的国家与消费水平低下的地区和城市则相 反 1 1 , 1 2 】。 我国垃圾成分的主要特点是无机物多，有机物少，可回收的废品也少。大 濒江大学硕士学传论文第一章绪论 蔫ii i 胃嗣葺黼蕾i i 赢i 葺i 黛赫赫皇i i 葺葺i 葛i 高i i i 墨葺皇i 蕾宣鼍鼍簟 多数城市的垃圾无机物成分都超过6 0 0 ，其中有的城市高达8 0 o 以上。但 近1 0 年来，由于城市居民生括水平的提崭，城市垃圾成分也在发生了变化，一 些巍方现伐化藏寮( 盔涤努l i 憋) 生活墟毂翡礴极藏分已达到6 0 - 9 5 ，上海豹垃 圾祷机成分也达5 7 2 。北京市的垃圾申滗祝物含量出j 9 8 6 年的5 0 8 下降到 目前的3 0 0 蹦，垃圾中可回收利用的物品由1 9 8 6 年的1 2 5 上升刹1 9 9 6 年的 2 5 o 。其中塑料制品的含蘸变化最大，1 9 8 6 年垃圾中的塑料制品为1 6 ，t 9 9 5 年上嚣为5 。o 。蠢到2 0 0 2 攀我国典墼坡毅孛静毒橇残份基透8 6 + 1 1 l 辖l ，接近 国外城市垃圾中的有机物平均水平。由表1 2 可以看出发达国家城市垃圾中，垃 圾热值较高，我国大城市的生活垃圾的热值近年来有所提高，这有利于我国采 髑女l 源纯弱娃遴方法处理城市生话垃圾。 表1 - 2 几个国家和地区城市垃圾热值( k j k g ) 1 4 美国英国 日本 香港 巴黎 慕尼黑维也纳 德黑兰 北京深圳 1 1 6 6 91 2 1 4 2 1 1 7 2 3 4 3 0 0 1 0 0 4 87 7 5 27 7 5 28 5 0 35 0 7 0 5 0 6 6 1 3 9 7 61 3 1 8 81 2 5 6 0 6 5 6 0 1 3 城市生活垃圾的危害 城市生活垃圾对人类环境的危害，主要表现在以下六个方面 1 5 , 1 6 】。 ( 1 ) 侵占大量的土地：垃圾不加利用时，需占地堆放。堆积量越大，占地也越 多。据估算，每堆积l 万吨垃圾，约占地1 亩。我国许多城市利用市郊堆存城 市生活垃圾，也侵占了大量农田，同时，大量废物的排放和堆积，将严重地破 坏地貌、植被和自然景观。例如，根据前几年北京市商空远红外探测的结果显 示，北京市区几乎被环状的垃圾群所包围。 ( 2 ) 污染土壤：废物堆放或者没有适当的防渗措施的垃圾填埋，其中的有害成 分很容易经过风化雨淋地表径流的侵蚀渗入土壤之中。这些有害成分能够杀灭 土壤中的微生物，使土壤丧失腐解能力，导致水木不生。 ( 3 ) 污染水体：城市垃圾随天然降水和地表径流汇入江河湖泊，或随风飘落入 水体使地面水污染；渗沥水进入土壤则使地下水污染，直接排入河流、湖泊和海 洋，又会造成更大的水体污染。这样的污染事件屡有发生。 ( 4 ) 污染空气：城市废物一般通过如下途径污染大气：一些有机垃圾在适宜的 温度和湿度下被微生物分解，释放出有毒气体；以细粒状存在的垃圾，在大风 吹动下会随风飘逸，扩散到很远的地方，造成大气的粉尘污染；垃圾在运输和 处理过程中，产生有害气体和粉尘。如焚烧法由于缺乏尾气净化装置而污染大 激江大学颈士学位论文 第章绪论 气a ( 5 ) 影响环境姒生：我国的城市废物的综合利用率很低。我国3 0 0 个城市统计， 城枣垃圾戆 毒遮蹩纹占产量瓣4 0 5 0 ，燹害翻二楚理攀只蠢1 。麟，5 0 瑷上兹垃 城堆放在城市的一些死角，9 8 以上的垃圾未经无害他处理进入环辘，严重影响 人们的居住环境的卫生状况，导致传染瘸菌繁殖，对人们的健康构成潜在的威 胁。 ( 6 ) 英谴惫赛：菜些特殊蠢密凌甥靛臻羧双及熊瑾玻毅过程中，滁了产生 冀主 备种危害外，逐可能造成燃烧、爆炸、二嚼英中毒、严重腐蚀等特殊的损害。 1 。4 城市生活垃圾的常规处理方法 由前一节知，城市生活垃圾不仅要占用大批土地，甚至占用良田，而且会 污染大气、土壤和水体，破坏环境景观。城市生活垃圾特别是其中有害物质， 处理不当就会危害人类健康。城市生活垃圾中所含的化学成分能形成化学物质 型污染，其中含有的病原微生物能形成病原体型污染1 1 , 1 7 1 9 ，因而对城市生活 垃圾进行处理处置刻不容缓。 城市生活垃圾的处理十分麻烦，因其来源和成分相当复杂，目前，世界各 国都把城市生活垃圾的减量化、无害化和资源化作为综合解决城市生活垃圾的 原则，我国政府颁布的中华人民共和国固体废弃物污染环境防治法中提出 对固体废弃物防治应实行减量化、资源化、无害化的方向发展。垃圾的处理技 术主要有堆肥、卫生填埋、热处理三大技术( 2 0 , - 2 “。而热处理技术则以热解、焚 烧和气化熔融为主。就发展趋势而言，城市生活垃圾的热解、气化熔融技术具 有更为广阔的前景【2 ”。 1 4 1 卫生填埋法 所谓卫生填埋，就是经过科学的选址、严格的场地防护处理，使填埋的废 物不再对周围环境造成污染1 2 ”。目前卫生填埋处理技术在世界各国仍被广泛采 用，尽管在一些发达国家中废物焚烧法日渐增加，填埋法有所减少，但不少国 家仍以填埋为主要处理方式。此法的特点是建设和运行费用比较低，操作简单， 可以处理所有种类的垃圾。但由于技术上的不完善而造成的环境问题很多 2 t 捌。 例如垃圾渗出液会污染地下水及土壤，垃圾堆放产生的臭气严重影响场地周边 的空气质量，另外，垃圾发酵产生的甲烷气体既是火灾及爆炸隐患，排放到大 气中又会产生温室效应。近年来，我国加大了对填埋气问题的重视，并建成了 杭州天子岭填埋气体发电厂( 一期工程装机容量2 9 7 0 k w ) ，于1 9 9 8 年1 1 月 浙江火学颈士举位论文 第一章绪论 讯式投产。 垃圾填埋带来的环境问题及其潜在危密，已引起馓界各国的关注。国外从 8 0 年我疆来，翌生壤埋没施骞逐澎减少救趋势，当然，无论各国慕瘸嚣魏按拳 赴邂城市生活缎圾，最后总肖一定数量的残渣( 包括髭枫物和不燃物) 需作最 终处理，其办法还是填埋。因此，作为熄圾处理的最终手段，填埋法将与垃圾 处理长期共存，成为其它处理工艺的辅助方法，用来处理不能再利用豹物质。 1 4 2 堆肥法【3 0 堆肥技术的工艺也比较简单，适合于易腐有机质含量较高的垃圾处理，对 垃圾中的部分组分进行资源利用，且处理相同质量的垃圾投资比单纯的焚烧处 理大大降低。堆肥技术在欧美国家起步较早，目前已经达到工业化应用的水平。 但引进国外技术投资巨大，不适合我国国情。针对这一情况，我国一些研究单 位和企业已经开始了这方面的工作，并取得了一定的成绩。 发达国家由于生活垃圾中的易腐有机物含量大大低于我国的一般水平，因 此靠堆肥只能处理1 5 左右的垃圾组分，这在一定程度上阻碍了堆肥技术的推 广。但就我国大中城市具体情况来看，生活垃圾中的易腐有机质( 主要是厨余) 含量都在5 0 左右，因此采用堆肥技术可以达到比较好的处理效果。 但堆肥技术也存在明显的缺点：不能处理不可腐烂的有机物和无机物，因此 减容、减量及无害化程度低。因此仅仅依靠堆肥处理仍然不能彻底解决垃圾问 题。 目前在一些地方，简单的垃圾“堆肥”已经在一些填埋场应用，并产生了一 定的效益。但是这与我们所讲的垃圾堆肥技术相去甚远，因为在这些地方仅仅 是将生活垃圾填埋，靠自然发酵，若干年后再挖掘出来，筛去其中的塑料等不 腐烂的物质后就当作肥料出售。实际上用这种肥料种植果树、蔬菜及粮食是危 险的，原因是由于垃圾中不易腐有机组分( 纸、塑料、布、橡胶等) 的重金属 ( p b ，c d ，h g 等) 含量很高，占垃圾中重金属总量的8 5 以上，如果这类物 质与易腐有机物长期共同埋于地下，加上雨水的作用，重金属必然会渗入最终 的有机肥产品中，用这种肥种出来的食品重金属的含量必然超标，危害人体健 康。因此，堆肥技术必须是将新鲜的垃圾首先进行分类后再将易腐有机组分进 行发酵，才能有效地防止重金属的渗入，从而保证有机肥产品达到国家标准， 真正实现无害化和资源化。 我国堆肥技术处理城市生活垃圾和堆肥的商品化程度仍远落后于许多发达 国家，应寻找和发展适合我国国情的堆肥技术，城市生活垃圾的处理无法单纯 依靠堆肥，必须与其它技术相结合使用。 6 瓤江大学硕士学俄论文第章绪论 i 簟篁宣i i i i 西i l li i l l l 薯i i 皇i 篇囊i 皇i i 1 4 3 焚烧法 焚烧是一种对城市垃圾进行高温化学处理的技术。垃圾燃烧产生的高温烟 气可作为热能回收利用，性质稳定的残渣可直接填埋或作建材用。经过焚烧处 理，垃圾中的细菌、病毒能彻底被消灭，各种恶臭气体得到高温分解，烟气中 的有害气体经处理达标后排放。因此，可以说焚烧处理是实现垃圾无害化、减 量化和资源化最有效的手段之一。早在1 8 7 6 年英国的第一台垃圾焚烧炉问世至 今已有1 0 0 多年的历史【3 2 】。目前美 垂l 3 3 , 3 4 1 城市垃圾约有3 0 燃烧发电，康涅狄 格州的焚烧处理公司建设的焚烧垃圾的发电厂，每天可处理垃圾4 0 0 0 吨，装机 容量达6 5 0 0 千瓦。日本从1 9 6 3 年开始，推行垃圾焚烧处理以达到减量化、稳 定化和无害化。现在已有8 0 以上的城市垃圾采用焚烧处理。如今日本已经建 有1 9 8 3 多家垃圾焚烧发电厂，法国已有垃圾焚烧处理厂5 0 多座，约有9 0 座焚 烧炉，每年焚烧垃圾2 5 0 3 0 0 万t 。 今天焚烧是城市垃圾处理的三大方法之一，在城市垃圾处理方面的总体应 用规模仅次于填埋。城市固体废弃物焚烧回收热能之所以能得到如此迅速的发 展，是因为它有许多独特的优点 2 8 , 3 5 , 3 6 l ：1 ) 焚烧占地少；2 ) 减容、减量效果明显， 体积、重量分别可缩减到原来的8 1 2 和2 5 4 0 ；3 ) 焚烧对垃圾处理彻底、 迅速，残渣二次污染危险较小；4 ) 焚烧操作是全天侯的，不受天气影响；5 ) 焚烧 炉可安装在接近垃圾源的地方，节约运输费用；6 ) 焚烧的适用面广，其他废弃 物也可采用焚烧方法进行净化；7 ) 随着对城市垃圾填埋的环境措施要求的提高， 焚烧的操作费用可望低于填埋；8 ) 由于废物中的可燃物，尤其是纸和塑料大量增 加，废物发热量明显提高，焚烧处理的资源化效益越来越显著：9 ) 焚烧法处理城 市垃圾回收能源，从长远观点看，可减少由于填埋产生的温室气体。 正由于焚烧法有上述诸多优点因而近年来我国的垃圾焚烧发展非常迅速。 深圳市市政环卫综合处理厂是我国引进国外关键技术及其主要设备建成的第一 座现代化焚烧厂。珠海市资源发电厂也在2 0 0 0 年7 月进口美国底特律公司的炉 排炉发电，此外仅广东省目前在建的垃圾焚烧发电厂就有广州资源电厂 ( 9 0 0 v d ) 、广州小洲垃圾发电厂( 2 0 0 0 t d ) 、惠州市垃圾发电厂( 6 0 0 t d ) 、深 圳龙岗平湖垃圾发电厂( 6 0 0 t d ) 、东莞清溪垃圾发电厂( 1 0 0 0 t d ) 、顺德垃圾 发电厂( 6 0 0 t d ) 等十余家。上海浦东新区生活垃圾焚烧厂处理能力1 0 0 0 t d ， 年发电量1 亿度。江桥生活垃圾焚烧厂是上海的第二座垃圾焚烧发电厂，工程 规模为日处理生活垃圾1 5 0 0 t ，一期安装2 台5 0 0 t d 的焚烧线和2 台1 2 m w 汽 轮发电机组，主要设备由西班牙引进，总投资约7 5 亿元人民币，已于2 0 0 2 年 年底建成。四川、沈阳等地也相继建设了垃圾焚烧处理厂。另外，浙江大学在 7 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 i i i i j 墨t li i i i i 宣_ 流化床垃圾焚烧方面取得了卓有成效的成绩，现已在杭州、义鸟、芜湖、荥阳、 荷泽、枣庄等全国各地建成了6 座大中城市生活废弃物焚烧发电厂，共有焚烧 炉1 6 台，同处理垃圾3 0 3 0 吨。广东东莞、浙江富阳、浙江金华、萧山、山东 济宁、河北邢台、安徽黄山、湖南邵阳等垃圾焚烧处理项目已经启动在建。我 国部分垃圾焚烧厂的概况如表l 一3 。 表1 3 我国部分垃圾焚烧发电厂概况 规模 地点 投资( 亿元) 技术来源炉型状态 ( t d ) 深圳市政环卫】5 0 3日本马，炉排】9 9 8 年 珠海6 0 0 美国美底特律炉排2 0 0 0 ，7 上海浦东新区 1 0 0 06 7 法国倾斜往复推力炉排2 0 0 1 ，1 2 上海江桥一期 5 0 0 x 27 5 两班牙炉排2 0 0 2 年底 寸啵枫林3 5 0 x 3 4 3 德国顺推炉排2 0 0 2 缸 深圳宝安 1 2 0 04 9 西格斯炉排2 0 0 4 年底 苏州市 1 0 0 05 机械炉排2 0 0 5 年底 北京高安屯 8 0 0 x 2 7 5 美国炉排 2 0 0 5 年底 杭州余杭 1 5 0 浙江大学+ 流化床1 9 9 8 8 山东菏泽 4 0 0 同上流化床2 0 0 1 ，4 安徽芜湖 9 0 0 同上流化床 2 0 0 2 ，“尔东莞一期 4 0 0 x 33 同上流化床2 0 0 5 年底 + 浙江大学热能工程研究所和锦江集团 当然焚烧方法也不是完美的，首先它的初投资大，占用资金周期长；其次 对垃圾的热值有一定的要求，一般不能低于3 3 6 0 k j k g ，这限制了它的运用范围： 最后，焚烧的废气排放的问题，虽已花费了很大的代价，但远非完全解决，而 近年来出现的“二嚼英”1 37 】和重金属问题，更使人们的担心变得严重起来。焚烧 的优势和缺陷决定了它将在一个时期内继续作为主要的垃圾处理方法得到运 用，但在将来会被更加环保的垃圾处理方法，如气化熔融法等所代替。 。4 。4 热鼹法 热解是指在无氧条件下，将有机废物( 高分子化合物) 高温加热、裂解为 低分子化会秘( 妇c h 4 、h 2 、c o 、焦灌、学醇、焦碳等) 豹方法。热解方式孛 静器量形式为化学能，产物包括气淼燃气、液态蕊油和固态酸爨三种。通道热 解或气化可以达到两个目的：一是回收储存性能源，如燃料气、燃料油和碳黑； 二是减少焚烧造成的二次污染。热解处理技术的特点如下： ( 1 ) 黯予繇凌绦护泉浚，热瓣滋瑟浇燹安全，这童要是姨焚烧法产玺二秀奖蠢 8 浙江人学硕士学位论文第一章绪论 重金属二次污染方面而言； ( 2 ) 热解产物的能量利用多种多样，燃气、焦油和碳黑可以根据不同需要加以 利用。而焚烧产物只能进行热能利用； ( 3 ) 热解可以简化污染控制，而且烟气中飞灰含量小： ( 4 ) 对于焚烧无法处理的垃圾，如医疗垃圾和危险废弃物等，热解可以很好的 加以处理。 热解工艺根据炉型分类主要有：炉排炉、立式炉、固定炉、回转窑和流化床 等。热解法在处理单组分废弃物( 如塑料、橡胶、生物质等) 方面取得了较为 成功的经验。但由于城市生活垃圾组分和成分极其复杂，垃圾的高水分和高灰 分使得热解产气( 或油) 品质较低，而且不稳定，同时由于含有硫、金属、玻 璃等物质也使焦碳无法利用f 3 “，所以城市垃圾热解回收能源在工业化方面没有 取得太大的进展。 1 。5 城市生活垃圾气诧熔融处理技术概况 垃圾气化熔融处避技术是近年来茨国、日本、德国等发达阑家为解决垃圾 焚浇楚毽避程中产生二嚼荚( d i o x i n s ) 类毒蛙秘蒺溜嚣嚣挺爨豹 3 9 1 ，滚楚爨技 术极大地满足了无害化，减量化，资源化的要求。成为2 l 世纪新型的垃圾处理 技术。该撒术实际包含了城市生活垃圾在4 0 0 6 0 0 。c 温度下的热解气化和含炭 灰渣在1 3 0 0 娃上温发熔融焚烧髓个过程。该技术的主要优点楚： ( 1 ) 处理潦大：瞽静，鬣大的凡个气赣：熔融垃圾处疆厂有：秘弼瑞士t h e r m o s e l e c t 技术的德网k a r l s r u h e ，处理量为3 0 0 t d 1 5 0 1 ：利用流化床气化熔融技术的意大利 g r e v e i n c h i a n t i ，处理鬣为2 0 0 t d 5 0 1 ；利用直接气化熔融技术的 i 本大阪府获术 索，楚理爨建1 5 0 f f d l 3 9 薅等； 2 ) 能源阐收率高：文献1 3 2 j 中两座气化发电效率w 达2 7 8 和3 5 5 ；文献1 5 0 1 中认为t h e r m o s e l e c t 技术气化熔融发电效率可高达4 0 ；垃圾气化技术与i g c c 联焉，更西离迭4 5 1 的发电效率【5 i 】 ( 3 ) 二次污染，j 、：灏气箨藏薅，n o x 1 5 0 p p m 、二曝英国0 1 n g - t e q n m 3 、 c o 1 0 p p m 、s 0 2 5 p p m 、h c l 5 p p m 、d u s t ) ： ( 4 ) 最大程度的减量化：减量可选9 0 以上，髂涟可以用于蹲基等建筑材料。 目前发达国家主要采用的气化熔融技术流派及工程应用实例有：流化床气化 与旋风燃烧熔融技术( e b a r a 技术) ；s i e m e n s 技本；t h e r m o s e l e e t 技术；r c p 技 术稻富氧空气壹接气纯络融技术，下蕊分裂 蕈分缓。 浙江人学颂士学位论文 第一章绪论 iill11i i 1 5 1 流化床气化与旋风燃烧熔融技术 流化床是一种常见的炉型，空气、水蒸气、n 2 和氧气( 或富氧空气) 等都 可以作为流化介质。流化床气化炉内温度均匀，气固接触良好，是一种物料适 应性广、高转化率、高气化强度、低能耗的气化工艺，非常适合处理含灰分量 很高非常细小以及含水量较高或波动较大的废物( 如城市垃圾、医疗废物) ，由 于废物在流化床内气化反应速度比较快，设备的尺寸要比其它反应器小。另外 该工艺要求物料颗粒粒径必须满足良好的气固接触及传热传质，而且为防止结 渣，对床温的控制要求较为严格。如图1 2 所示，垃圾从炉膛上部经螺旋给料机 送入，在旋回流化床下部热分解气化，灰渣等不燃物沿下部的倾斜布风板排出， 燃气和飞灰从炉膛出口进入旋风熔融炉焚烧，其产生的热量可经余热锅炉发电， 飞灰在高温下熔融并惯性分离。 该技术要求垃圾的热值下限为6 2 7 0 8 3 6 0 k j k g 且不需要经过特殊处理，运 行时不需要辅助燃料。熔融后的飞灰中不含二嗯英。理论的能量回收率是7 5 ， 实际只有理论一半左右。优点是高温炉渣排放可靠，建设运行和维修费用比较 低。目前利用流化床气化熔融技术的有意大利g r e v e i n - c h i a n t i ，处理量为 2 0 0 t d t 5 0 j ，闩本青森( a o m o r i ) 处理量为6 0 t d p 9 1 。该技术代表有荏原、三菱重 工、神户制钢和川崎重工等几家公司。根据我国垃圾低热值、