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垃圾物理组份与焚烧热值关系的试验研究2007-09-04 05:28 环卫科技网 作者：王伟 刘竞 徐方毅 摘要：论文在调查试验的基础上，针对垃圾焚烧中存在的问题作了分析探讨。进行了垃圾物理组份与含水率特性分析、自然堆放对含水率影响试验与影响因素分析，进行了垃圾各组份热值的测定，并重点分析了垃圾组份、含水率与热值的关系。试验分析显示：可燃垃圾湿基组份占总量的80.0%，其低湿热值比混合垃圾高21.24%，自然堆放的五日失水率为25.99%，可使垃圾含水率由50.9%降低到37.67%，热值相应提高39.84%。提出了按热值进行垃圾分类的观点，提出了采用垃圾分类处理和焚烧垃圾失水预处理方法的建议。 关键词：垃圾组份；含水率；失水率；热值 焚烧处理方法因具有大幅度减少垃圾体积，彻底消除病菌，破坏毒性有机物，以及可回收热能等减量化、无害化和资源化优点而被日益重视。本文在调查试验研究的基础上对垃圾物理组份及含水率与焚烧热值的关系进行分析探讨。 调查试验参照城市生活垃圾采样和物理分析方法标准的原则进行，时间为九八年八月至九九年九月。 1.采样过程 在北京市大屯垃圾转运站，每月两次间隔采集当天收运堆放的以居民区为主的生活垃圾。具体方法是：在各车卸下的垃圾堆中，间隔选五堆，每堆采100kg以上，实际每次共采垃圾样品567.5kg（均值）。采样后在现场进行部分项目测定，并做自然堆放的失水试验。另取少量在化验室进行其它项目测定。 2.垃圾物理组成和含水率的测定 将采集的垃圾样品测定容重（结果范围147.4609.9kg/m3，均值为324.7kg/m3。)后分捡出十类主要组份称量计算湿基组成，然后测定组份含水率并计算垃圾总含水率和干基组成。统计结果见表1、表2。 表1垃圾物理组份测定统计在湿基组份中易燃垃圾（包括塑料、织物、纸类和木竹等）及可燃垃圾（食品和落叶）组份占80.0%，这是影响焚烧热值的主要因素。 表2垃圾含水率测定统计垃圾平均含水率高达50.9，这是影响焚烧热值的重要因素。 3.自然堆放对垃圾含水率影响的试验 从收运至焚烧前的堆放过程对垃圾含水率会产生影响，其影响程度可以通过如下试验说明。 3.1方法 将垃圾样品在自然（露天和土地面）状态下堆放，连续五日称重。在假设损失重量全部为失水的前提下（忽略其它生化反应如发酵对重量的影响），分析其对含水率的影响程度。同时进行相关的气温、地温、湿度以及其它环境因素的观测与分析。 3.2结果 从收运至焚烧前的堆放过程对垃圾含水率会产生影响，其影响程度可以通过如下试验说明。 表3垃圾自然堆放的失水率统计3.3分析 (1)表3中四组失水率的日均值基本处在同一水平，这主要是由于每天称量时翻堆搅动使垃圾堆表面的含水率大致相同的结果，因为表面含水率是失水的重要内因。如果保持静态则失水率应随着表面含水率的降低而逐步降低。但是，从理论上讲物质（即分析中的应用基）所含水中的内在水份是不能在自然状态下晾干的，一般垃圾堆放25天左右后便与空气含水率（湿度）达到平衡状态，其含水率将保持恒定（即分析中的分析基）。 (2)将五日累计失水率与原垃圾含水率两组数据作相关曲线，见图1。图1含水率失水率曲线及趋势线两组数据经回归分析无显著相关性（相关系数r0.1974），说明在试验条件下含水率这单一因素对失水率的影响程序不大。 (3)将五日累计失水率分别与地温、湿度和气温作相关曲线，见图2、图3、图4。图2.地湿失水率曲线及趋势线图3.湿度失水率曲线及趋势线图4.气温失水率曲线及趋势线对地温失水率和湿度失水率数据的回归分析均无显著相关性（r=0.0830和r-0.2129），说明在试验条件下地温和湿度等单一因素对失水率的影响程度也不大。而对气温失水率数据的回归分析结果显示相关性很好（r0.6298ra0.5897，显著性水平a0.01），并可作出一条正相关性很好的趋势线；表述为：随着气温的升高失水率增加。 比较以上四项因素的分析可见：气温（或季节）是影响失水率的最重要因素，另外三项因素虽有影响，但影响程序相对较弱。当然，总的来说垃圾失水率是诸多因素综合作用的结果。 4.垃圾热值的测定 热值又称发热量，是表示垃圾焚烧产生热能的度量指标。 4.1方法 将垃圾各组份分别测定热值。其中金属和玻璃等不宜用现有仪器测定的，采用城市生活垃圾采样和物理分析方法提供的参数进行组份热值的计算；砖陶热值因远低于仪器的最低检出限故忽略不计。 4.2结果与分析 统计结果见图5、图6、图7。 注：高干为高位（恒容状态）干基，低湿为低位（恒压状态）湿基，后者为有含水率和含氢率等参与的计算值。 根据图中低湿热值数据可以将垃圾分为：大于10000kj/kg的易燃垃圾、大于2000kj/kg的可燃垃圾和小于1000kj/kg的难燃垃圾。灰土中因含有不宜分离的易燃垃圾碎屑而使测定值偏高，实际上其应属于难燃垃圾。（在对纯净灰土的测定中可以证明。） 图5垃圾组份热值比较图6混合与可燃垃圾热值比较注：混合垃圾包括所有组份，可燃垃圾包括塑料、织物、纸类、木竹、落叶及食品等组份。 可燃物湿基组份占80.0%，其低湿热值比混合垃圾高21.24%，因此可燃垃圾更适于焚烧处理，这是提高焚烧热能收益的一种方法。而难燃无机垃圾组份应采用其它方法处理。这也正是垃圾分类收运处理的意义。图7.各组份对垃圾低湿热值的贡献率 以上贡献率是由组份含量与组份热值决定的。 5.结论与建议 5.1关于垃圾的焚烧性 联合国环境规划署（UNEP）曾规定低湿热值范围在3350-7118kj/kg的垃圾适于焚烧处理，2000年我国垃圾处理技术政策规定5000kj/kg以上的垃圾适于焚烧处理。本文研究具有代表性的生活垃圾低湿均热值5738kj/kg在其范围内。因此，从总体上讲适于焚烧处理；如果垃圾热值低于焚烧规定时，可以采取失水预处理。 5.2关于焚烧垃圾的失水预处理 垃圾低湿热值比高干热值低63.37%，这主要是含水率太高造成的，因此降低含水率是提高焚烧热值的又一种方法。在自然堆放试验中累计五日失水率均值为25.99%，可使原垃圾含水率由50.9%降低到37.67，热值相应增加2286kj/kg，提高39.84：即失水率每增加1（或含水率每降低0.51），热值相应增加88kj/kg，提高1.5。 5.3建议 我国垃圾普遍采取混合处理，这种粗放的方式不利于提高效益，应加快按组份分类处理的进程。我国垃圾含水率普通较高，比本研究同期的日本（北海道）垃圾含水率高约一倍，从而使大部分焚烧热能为蒸发水份而损失掉了。如采用自然堆放法可以降低含水率而提高热能收益