城市生活垃圾组分与热解特性

城市生活垃圾的构成随城市生活能源结构、经济发展水平、季节等多种条件影响。较发达的城市，高热值有机物比例较大，季节不同则主要影响有机物的含水量大小。由于工农业生产的发展和生活水平的提高，全世界垃圾年平均增长率达8.42％以上，年生产总量约为450亿吨。而我国年垃圾平均增长速度达10％以上，超过世界平均增长速度。美国每年产生城市生活垃圾达2亿吨，德国为每年14亿吨，俄罗斯为每年17亿吨；在亚洲，日本1亿吨/年为最，我国每年约生产8500万吨生活垃圾。生活垃圾的增长率与经济发达程度有关，发达高于发展中。我国所产生的生活垃圾主要集中于人口密集的北京、上海、天津、重庆等大中城市，其总量约占亚洲总量的16.74％。例如，上海市1991年每天产生生活垃圾8097吨.1993年达到8500吨，这两年增长速度超过10％。北京市1991年产生垃圾483万吨，是1978年的3倍。我国400多个城市中，至少2/3的城市陷人垃圾的重重包围中，垃圾的综合治理是目前急待解决的问题。
垃圾处理要满足“三化”（资源化，减量化和无害化）原则。目前，处理方法主要有以下几种：投海、露天堆放卫生填埋、堆肥、生物降解、焚烧和热解法等。洁净燃烧是处理城市生活垃圾中满足“三化”原则的较好的方法。MSW组分、物性及热解特性的试验研究是垃圾洁净燃烧综合处理系统的重要组成部分，也是保证全系统整体功能正常发挥的重要基础。一般来说，准确掌握城市垃圾物性、热解特性，对制定城市生活垃圾洁净燃烧方案的规划、决定适宜的处理方式、配备设施和系统具有决定性的作用。
基于此，笔者通过对日常生活垃圾垃圾成分，进行组分物性及热解特性实验研究.为进一步实现垃圾洁净燃烧奠定基础。
一、主城区生活垃圾组分
采用TG-328B光学读数分析天平（精度为00001克）完成各组分重量分析，以及煤的热值测定GB2117、工业分析GB212-77标准为实验参考方案，并根据实验情况和垃圾试样的特点，进行烘干实验.确定水分。
重庆主城区的纸张、织物、生物厨余类垃圾占生活垃圾的22.80％～44.21％，垃圾的外部水分含量是较高的，一般在30％以上，不可燃物也在17％以上，其热值基本大于4120kJ/kg。水分含量大的垃圾的发热量低、不易着火、能源利用率不高，而且在燃烧过程中水分的汽化要吸收热量，并降低燃烧富温度，使锅炉效率降低，还易在低温处腐蚀设备；对于水分含量大的垃圾还需要进行预干燥处理；水分大的垃圾也不利于运输。
二、常见垃圾样品物性实验
1.实验结果
以落叶、塑料泡沫、塑料薄膜、桔皮、竹片、蓝布手套、编织带、玻璃纸、橡胶及纸张等11种垃圾实验样品的物性实验结果。
2.实验结果分析
①内部水分
植物性垃圾水分较高.在橱余性物质占比例较大的城区垃圾而言，高水分的特点较明显。
②灰分
灰分是垃圾中的不可燃矿物杂质。从实验结果看.样品的灰分含量橡胶类较高（形成垃圾的物质本身的矿物质），垃圾不可燃物带来的灰分更大，均大于17％。
③挥发分
当垃圾中的有机物被加热到超过一定的温度以后，就进A热分解阶段，进时有机物中的挥发分析出。挥发分是由可燃气体混合物、二氧化碳和水蒸汽所组成，其中可燃气体包括一氧化碳、氢、气态烃类和少量酚醛等。在垃圾的热解过程中所产生的这种气体含有害物质，如果不能被充分燃烧，则必然成为有害的不完全燃烧产物，造成严重的二次污染。桔皮的挥发分仅为16.783％外，其余的实验样品均大于55％，远远高于一般的燃料煤（10％～30％）。挥发分高，垃圾人炉后受热，挥发分析出（热解）、挥发分燃烧等对整个燃烧过程起决定性的作用，也表明了垃圾燃烧是容积反应与表面反应共存的非均相反应，且以容积反应为主，因此垃圾燃烧必须有足够的燃烧空间，才能提高燃烧效率。
④碳
碳具有高发热量、着火点高、与氧充分接触性差、燃尽时间长的特点。竹片、纸张、玻璃纸、编织带含碳均大于14％，它们在自然组分中含量较高，因此易造成垃圾物料的难于着火和燃尽。
⑤热值
试验样品中除了编织带、泡沫、塑料薄膜这类有机化合物的热值较高之外（≥20500KJ/Kg），其余试样的热值普遍较低（在4000～16700KJ/Kg）。而从筏国大多数城市的商业水平和人民的生活水平来看，有机类化合物在生活垃圾的比重并不大，这也是决定我国城市垃圾热值低的主要原因之一。
三、城市生活垃圾的热解特性
如塑料（曲线8）、泡沫（曲线9）、编织带（曲线10）这类的有机化学合成物都有个较明显的挥发分析出温度区，一般在300℃～500℃之间.挥发分可以大量析出；而如竹片（曲线3）、手套（曲线5）破布（曲线4）、玻璃纸（曲线7）这类纸、布或含纤维质较多的废弃物它们在不同温度区间的析出较均匀，而且析出的温度区相对较宽，在200～500℃之间：树叶、桔皮这类水分含量较高的废弃物的挥发分析出区非常宽，而且挥发分大量析出的温度很低，在100℃～300℃间已析出了大部分。经过对样品的分析可知，由于这类废弃物的水分含量比较高，在温度较低时大量的水分与真正的挥发分夹杂着同时析出，造成了使人误解的假象通过这点再次说明燃烧固体废弃物前做好干燥工作的重要性，否则燃烧阶段水分的大量析出必将影响到其它可燃挥发分的燃烧，阻碍燃烧的正常进行。
同时，从所有样品的热解失重曲线可明显地看出，当温度在600℃～700℃之间时，大多数废弃物的热解析均已完毕，剩余的只是燃尽的灰分.这点可作为确定垃圾燃烧炉膛温度的重要依据。它说明炉膛温度至少应定在700℃上，才能保证垃圾中挥发分的析出与燃烧完全。
四、热力参数对热解的影响
1.温度
热分解的温度不同，热分解后所得的产物和产量也不同，并且物性也不一样分解的温度高，挥发分的产量增加，油、碳化合物相应减少另外，分解温度不同，挥发分成分也发生变化，温度越高，燃气中低分子碳化物CH4、H2等也增加。对于大多数的固体废弃物来说，在热解温度为800℃～900℃之间时，都可以认为它的热解为气化过程，这时，废弃物的热解产物主要是气态的小分子挥发分。由于垃圾中可燃物的可燃基挥发分高达70％～80％，垃圾的燃烧主要取决于挥发分的燃烧。在较高的温度下热解可使挥发分大量、快速地析出.且析出的是有利于燃烧的小分子碳氢气体另外，高温下热解，能使燃烧后的固态残余物大大减少，降低其处理困难。因此，垃圾燃烧温度应在800℃以上才比较合理。无论是对垃圾完全燃烧还是对无害化、减容化来说，炉膛高温的效果应该是明显的。
2.物料尺寸
物料的形状、尺寸和均匀性，关系到物料的升温速度和热量的传递，以及气流流动和热解是否完全：尺寸越大，物料间间隙越大，气流流动阻力小，有利于对流传热，辐射换热空间大，也有利于辐射换热.减小了物料与环境的热传递阻力；但此时物料本身的内热阻增大，内部温度均匀慢。尺寸越大，物料热解所需的时间越长，若减短热解时间，则热解不完全。物料尺寸的大小，在工程上，又关系到预处理装置的动力消耗。因此，综合考虑物料尺寸与热解和动力消耗的关系，是选择较佳物料尺寸的合理思路。
3.物料停留时问
停留时间主要影响产气的完全和装置的处理能力：物料由初温上升到热解温度，以及热解本身都需要一定的时间。若停留时问不足，则热解不完全；若停留时间过长，则装置处理能力下降。
根据实验结果，得到停留时间、热解温度、气化率三者间的更佳关系遵循如下规律：
这里，T——热解温度。纤维素类，200℃＜T＜600℃，高分子聚合物类，400℃＜T＜600℃；E——活化能（纤维类为30000J/mol左右，高分子聚合物类为18000J/mol左右）；n——反应级数（≤2）；A——常数（纤维类为0.416左右，高分子聚合物类为0.643左右）；R——常数（=8.31）；V——温度T时的残留挥发分的重量百分比：t——物料在热解器中的停留时间。
五、结论
1.重庆城区MSW高水分、高灰分、低热值特点比较明显
2.据热解特性知，要保证垃圾洁净燃烧，除了保证炉温（大于800℃）外，针对不同组分及垃圾工业成分确定不同炉型，以保证足够的炉内停留时间、充分燃尽。
3.有机化合物都有较明显的挥发分析出温度区；而纸、布或含纤维质较多的废弃物在不同温度区间的析出较均匀，且温度区相对较宽。
4.温度、物料尺寸及物料停留时问对热解特性有重要影响，停留时间、热解温度、气化率三者间存在更佳关系式。本文出处:RTO http://www.nx021.cn RTO焚烧炉,蓄热式热氧化炉，RTO旋转阀，有机废气处理，转载请注明出处