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1、 第1章 绪论1.1 城市生活垃圾的现状城市生活垃圾是指在城市日常生活中和为日常生活提供服务的活动中产生的固体废弃物。包括一般性垃圾、人畜粪便、厨房废物、污泥、垃圾残渣和灰尘等固体物质。随着城市建设的发展和居民生活水平的提高，我国城市生活垃圾产生量与日俱增。据统计，我国城市居民每人每日平均产生垃圾1.2kg左右，自1979 年以来，我国城市生活垃圾平均以每年8.98% 的速度增长，2005年城市生活垃圾产生量已达1.52亿吨，预计到2010年将达到3.1亿吨1。城市生活垃圾带来的危害很多。一是垃圾露天堆放，产生大量氨、硫化物等有害气体，严重污染空气；二是垃圾堆中的病原微生物、重金属和有机污染物
2、，经雨水渗入地下水或进入地表水，造成水体污染；三是垃圾场往往是蚊、蝇、蟑螂和老鼠的孽生地，对居民生存环境造成严重危害；四是垃圾堆长时间堆放会形成甲烷气体厌氧环境，易发生爆炸事故。近几年来随着我国城市生活水平的提高，城市生活垃圾的构成及特性也发生了很大的变化。城市生活垃圾中有机成分占总量的60，无机物约占40，其中废纸、塑料、玻璃、金属、织物等可回收物约占总量的20。从成分构成看，城市生活垃圾中的有机物含量及热值较高，可以考虑能量转化收集；而废纸、金属、玻璃、塑料等废弃物是可以循环利用的再生资源。1.2 生活垃圾处理的方式城市生活产生垃圾的总量逐年上升，并且其种类和成分都在愈发的复杂和难以用常规
3、方式无害化处理。现有的城市垃圾处理方式有：焚烧、填埋、压缩处理、生物降解堆肥等。1.2.1 垃圾填埋将生活垃圾直接填埋在土地中。可以利用各地所能提供的基础条件，采用不同的填埋方式，满足作业和消纳的要求。垃圾填埋既可以处理城市的混合垃圾，也可以消纳其他废物处理工艺的剩料和不能再回收利用的废物。垃圾卫生填埋由于技术工艺简单、维护费用低等优点已经被国内外广泛采用。随着城市垃圾卫生填埋技术的不断应用，其二次污染问题也越来越引起人们的重视。填埋场在使用过程中及封场后相当长时间内会产生大量填埋释放物(渗滤液和填埋气体)，它们对环境的即时和潜在危害很大。如不妥善处理，污染将持续几十年甚至上百年，会对周围的大
4、气、土壤和水体造成严重危害。美国的腊芙运河公害事件，就是填埋场二次污染事件，其危害人们至今记忆犹新。国内近些年来垃圾填埋场爆炸事故不断发生，已成为一个突出的社会问题。填埋场一般离城市较近，随着城市化范围的扩大，填埋场带来的景观问题也日趋尖锐，成为困扰城市发展的焦点问题之一。因此采取有效措施防治二次污染，使填埋的垃圾及其产物与周围的土壤、水体隔离，减少其对周围环境的污染，并妥善进行封场处理，具有重要的实际意义。是在填埋场建设和填埋操作中为防止和减少填埋释放物对周围环境的二次污染所必须着眼的问题及应采取的措施。1.2.2 压缩处理对于一些密度小、体积大的城市垃圾，经过加压压缩处理后可以减小体积，便
5、于运输和填埋。有些垃圾经过压缩处理后，可成为高密度的惰性材料和建筑材料。1.2.3 垃圾堆肥生活垃圾堆肥作为生活垃圾处理的一项重要手段，以其无害化程度较高、减量化效果较为明显、可以最大限度地实现生活垃圾处理资源化的特点，在我国目前经济条件下得到了较为广泛的应用。同时堆肥处理后产生的副产品垃圾堆肥，可以返回大自然作为一种资源在农业和园林方面使用，符合当今世界可持续发展的总体战略，所以受到了越来越多的重视。但是垃圾堆肥实际运行起来却困难重重，原因主要有以下几条：（1）对垃圾堆肥处理技术的定位不准，认识上存在误区；（2）对堆肥工艺选择不切合实际；（3）堆肥运行成本偏高；（4）堆肥原料仍以混合垃圾为主
6、，堆肥质量不高；（5）堆肥产品的市场尚未打开；（6）政府对于堆肥处理方式的关注和支持不够。因此，国内对生活垃圾的处理方式仍然欠缺一种比较经济合理的办法，并且能够满足垃圾的减量化、无害化以及资源化。1.2.4 垃圾焚烧将生活垃圾直接以氧化燃烧的方式处理，垃圾焚烧后产生的热能，可用来生产蒸汽或电能，也可用于供暖或生产的需要。根据计算，每5吨的垃圾，可节省1吨标准燃料。不过垃圾焚烧工厂必须配备消烟除尘装置，以降低向大气排放的污染物质。虽然焚烧是一种减少城市固体垃圾重量和体积的有效方法，但由于城市固体垃圾的成分相差很大，其焚烧操作方法较为复杂，并且通常的焚烧方法易于形成有害物质，容易产生二次污染，人们
7、发现在垃圾的焚烧过程中产生大量的有毒物质，其中最为危险的当属被国际组织列为人类一级致癌物中毒性最强的二恶英（DIOXINs，DXNs）。二恶英主要是由垃圾中的塑料制品焚烧产生，它不仅具有强致癌性，而且具有极强的生殖毒性、免疫毒性和内分泌毒性，并且越来越多的研究显示，其对人类的远期危害远比我们目前掌握的情况严重。这种比氰化钾毒性还要大1千多倍的化合物由于化学结构稳定，亲脂性高，又不能生物降解，因而具有很高的环境滞留性。无论存在于空气、水还是土壤中，它都能强烈地吸附于颗粒上，借助于水生和陆生食物链不断富集而最终危害人类。因此，世界各国已经逐渐关停垃圾焚烧设备，改用其他方式处理生活垃圾。1.2.5
8、垃圾热解对于之前提到的几种城市生活垃圾的主要处理方法，都存在其自身的缺陷，因而无法完全满足城市生活垃圾的减量化、无害化以及资源化处理。针对这些情况，垃圾的缺氧高温热解处理成为了近年来城市生活垃圾处理研究的一大方向。热解处理是把固体废弃物在无氧或贫氧条件下加热到一定温度，用热能使化合物的化合键断裂，由大的相对分子质量的有机物转化成能源产品的中间产物，即小的相对分子质量的可燃气体、液体燃料和焦炭的过程，是一种非常有效的资源化处理方式。实现快速、显著减容的同时，对废物中有机成分加以充分利用。热解过程是一个吸热反应，产物有液态焦油、固态焦炭和燃料气等，有的也称热解为“干馏” 。与生化法相比，热化学处理
9、优势在于处理周期短、占地面积小、可实现最大程度的减容、延长填埋场使用寿命，且对废物的适用范围更广泛。从能源回收和污染控制等方面综合比较，热解比焚烧处理更为有利 ，因为热解在缺氧或无氧条件下进行的，产生二次污染要比焚烧少得多，而热解生成气或液体燃料在空气中燃烧与固体废物直接燃烧相比，不仅燃烧效率高，所引起的大气污染也低。热解是任何热化学处理过程的必经阶段，同时热解作为一种独立的固体废物热化学处理技术近年来也得到了一定程度的发展 。热解气是热解过程的重要产物之一，研究影响热解产气的因素以及产气成分和气体热值的变化对研究固体废物热解处理技术具有重要的意义2。第2章 实验设备2.1 实验设备结构 2.
10、1.1 实验设备的材料本试验所使用仪器、设备均由自行设计，高温热解容器使用耐高温特种不锈钢制造，保证试验高温加热过程中，设备可以正常运行，保持完整、不变形。设备的其余部分，如气体管道、冷却循环水、冷却水套、循环水箱以及焦油收集罐均由普通不锈钢制成，在满足试验要求的情况下，尽量降低制造试验装置的资金开销。试验中使用的湿式气体流量计为防腐型，因为试验的热解气体中含有的酸性物质，虽然在进入流量计之前已经通过NaOH溶液的吸收，但是仍然不能彻底予以去除。所以必须使用防腐的型号。装置的气体管道接头、热解容器的密封顶盖、焦油采集罐与系统的连接处均需要严格按要求进行密封。气体管道接头、焦油采集罐与系统的连接
11、处采用法兰连接，另外在密封处必须在法兰之间加密封垫圈，保证其密封效果。由于热解容器工作时的高温环境，所以不能用普通垫圈，改用钢质垫圈。2.1.2 实验设备的结构实验装置如图2-1所示，按图中编号将详细结构及其功能介绍如下。（1）双旋流燃烧器，提供热解物料的热量，通过全新设计，燃烧器的燃气与鼓风呈两个向逆方向，沿切向旋转射入燃烧室，使空气与燃气充分彻底混合，燃烧效果非常优秀，可以提供充足的热解用热量，是理想的实验加热燃烧器。（2）加热炉，提供热解反应器加热的腔室，其中用耐火砖将炉腔与炉体的铁板隔开，保护炉体的同时，起到隔热保温的效果。（3）热解反应器，填装热解物料，是热解反映的中心装置。使用耐高
12、温不锈钢制造，耐火温度可达1200。分为容器桶体，以及顶盖两部分。两部分用高强度不锈钢螺栓以法兰形式连接，缝隙之间加入钢垫圈保证密封。整个热解反应器再次以螺栓固定在加热炉上，保证加热过程中容器与炉体的稳定。（4、5）热电偶，用于探测反映过程中反应器内部的温度。两个热电偶分别监视反映过程中，容器底部物料的温度，和容器空腔中的温度。而空腔温度也即生成热解气的气体温度。（6）电控柜，用于控制冷却水循环水泵、双旋流燃烧器，上方的两个显示器分别显示了反应器中两个热电偶所测的温度，另外包括一个紧急停机按钮，以防实验过程中发生意外。（7）冷却器，主要作用是将热解气中的焦油蒸汽冷却，将其与其他气体分离。一共三
13、组，保证焦油的充分冷凝。（8）焦油收集器，一共有三个收集罐，与三组冷却器相对应。保证焦油彻底被冷却，尽量减少焦油在管道中的残留量。（9）空气开关，控制热解产气是否被回收。打开后，热解气直接进入热解炉的燃气管道，参与加热热解器的燃烧。若关闭此阀，并打开热解气燃烧器(5)阀门，热解气将进入此燃烧器被燃烧，得以处理。 （10）循环水箱，容纳在冷却器及加热炉水套中循环的冷却水，同时也有为循环水泵吸入口定压的作用，保证水泵工作的环境稳定。（11）酸性气体吸收（反应）器，用于吸收热解气体中的酸性物质，一方面保护了系统下游湿式气体流量计和气体管道不被腐蚀；另一方面通过称重，比较试验前后吸收器中碱性溶液的增重
14、情况，得出反应中生成酸性气体的质量。通过化学检验方式，还可确定酸性气体的成分。（12、21）湿式气体流量计，分别测量了热解产气和热解炉消耗燃气的体积。通过统计气体产量与耗量，还可进一步得到热解产气回收，并用于继续加热热解炉的情况下，节约燃气的效果。（13）气体采样器（详细结构见图2-2），从系统引出的气体先经过焦油过滤器，滤除焦油和其他颗粒型杂质；再通过装有变色硅胶的气体干燥器，去除气体中的剩余水蒸气，使取样气体彻底干燥；最后经过活性炭过滤器，吸附剩余气体杂质，保证气体洁净。采用实验专用气袋，各个过滤器之间用内径与气袋入口外径稍小的橡胶管，以保证密封程度。（14）循环水泵，为冷却水循环提供流动
15、力。（15）热解气燃烧器（详细结构见图2-3），具体结构包括：风机、小型双旋流燃烧器两部分。燃烧器燃气由液化石油气瓶(6)供。当进行不回收产气的实验时，将产气以燃烧的方式处理，保证实验室内人员安全。（16）液化石油气瓶，提供热解炉燃烧所用燃气。（17、20）压力表，分别监视燃气在燃气/空气比例调节阀前后的压力。通过其示数辅助调节燃烧器的空气、燃其比例。图2-2 气体采样器图2-3 热解气燃烧器（18、22）电磁阀，控制燃气的供给，共有两个。由控制柜通过燃气管道上游的压力检测器的压力信号控制，当检测到燃气压力满足正常点火运行压力时，控制柜向小流量空气开关发出打开信号。稳定点火后，大流量空气开关自动打开，开始高强度燃烧。（19）燃气、空气比例调节阀，通过鼓风量自动调节燃气供给量的装置，保证燃气量不论鼓风量如何变化，始终与空气的混合比例不变。（23）助燃风机，用于加热炉燃烧器的鼓风。2.2 设备的改进2.2.1 热解气管道形状的改进图2-4 对热解器出口处管道形状的改进如图2-4将管道改为倾斜状态，有利于此段管道沿途冷凝下的焦油回流到热解炉内，并且减少了管道长度，这两点都有效改善了管道内因焦油结块而堵塞管道的问题。2
