随着我国城市化进程推进和国民经济的高速发展，固体废弃物的数量在迅速增加。焚烧并实现能源化利用是固体废弃物处理的一种较有效方式。但一些固体废弃物成分多变、水分高、热值低，焚烧处理中存在燃烧不稳、污染物难处理等问题。本文在调研和综合分析的基础上，提出固体废弃物高温空气回转窑焚烧处理的技术方案，并从理论、数值模拟、实验研究几个方面对回转窑体内的固体废弃物高温空气焚烧特性进行了研究，侧重探讨了固体废弃物燃料在炉内的输运规律、炉内的传热与燃烧规律、污染物的释放与减排规律。这些基础研究工作将为固体废弃物高温空气焚烧回转窑炉的优化、开发及商业化应用提供理论依据。 首先用能值理论并结合清洁发展机制(CDM)方法，以城市生活为例，对垃圾填埋气发电、垃圾焚烧发电和垃圾堆肥3种方式进行评价。能值分析表明：填埋气发电、焚烧发电、堆肥的能值产出率较低，但从环境负载率来看对环境保护仍有积极意义。成本一收益分析垃圾处理的净收益都为负值，如考虑CDM机制，引进发达国家减排增量成本资金，垃圾填埋及沼气发电、垃圾焚烧发电可以获得正的净收益，并且环境负载率(ELR)进一步降低为0.07和0.05，远小于1，同时可持续发展指数(ESI)增加到56.9和79.2，可持续性大为提高，使垃圾处理系统能有效运转。 固体废弃物在回转窑内的输送规律对固体废弃物传热和燃烧有较大影响。先用实验方法，在冷态情况下通过改变有关参数：窑内风速、物料种类、回转窑转速和倾角，研究了对物料输送规律的影响。物料在窑内平均停留时间(MRT)随回转窑转速的提高而减小，并且转速较小(<5r/min)时，MRT对转速的变化较敏感，只要改变较小的转速，MRT就会有较大的变化。物料在回转窑内的平均停留时间MRT随回转窑体倾角增加而均匀减小，近似随倾角增加直线下降。回转窑内风速的影响规律较为复杂，在较小回转窑转速(<2.50r/min)、较低窑内风速(<0.25m/s)时，风速增加，MRT下降较快；而在较大回转窑转速(>2.50r/min)、较高窑内风速(>0.25m／s)范围，风速对MRT的影响减缓；特别在风速超过一定值时(0.5m/s)，因推进物料和增加物料滚落阻力的双重影响，风速对MRT影响趋于稳定，进而建立了风速条件下回转窑内输运的理论模型(MMCAV)。该模型较好地反映了风速条件下回转窑内物料输运的规律，并研究发现传统模型中风速的影响范围与回转窑倾角有较大关系，当倾角α=3.04°、风速c>0.41rn/s时，必须考虑风速对物料输运的影响；而倾角α=4.56°、c>0.25m/s时，应考虑风速的影响。 固体废弃物在高温空气回转窑内的传热、燃烧有其特殊规律，结合高温空气燃烧技术(HTAC)的特点，采用CFD软件Fluent和FLIC，对回转窑内和物料层的生物质焚烧过程进行了数值模拟，发现高温空气燃烧可以加剧燃烧的过程，提高氧气体积分数可以加剧燃烧。例如算例中空气入口温度为1273K时，整个燃烧过程在1．25m处完成，而空气入口温度为1073K时，整个燃烧一直到1．9m才完成；空气中氧气体积分数为21％时，整个燃烧完成在1．4m处，同样温度下空气中氧气体积分数10％要燃烧到1．9m处才完成。高温低氧燃烧可以降低炉内温度峰值，使炉膛内温度场均匀，也提高了燃烧的稳定性。在同样入口温度1073K时，高温低氧燃烧最高温度为1650K，与出口烟气温度差450K，而常规燃烧方式最高温度到2150K，最高温度与出口烟气温度差达到600K。高温低氧燃烧时为了使燃烧完全，需要增加回转窑长度，同时要提高过剩空气系数。在空气温度为1273K、氧量体积分数15％、过剩空气系数高达1．5时，因窑内流速提高，完全燃烧长度超过1．9m。 固体废弃物高温空气回转窑焚烧有着显著的非线性特征，其中着火是一个非线性突变过程。根据热流势函数，探讨了高温空气燃烧中的能量平衡与突变规律。在对回转窑内燃烧进行能量平衡分析时发现，空气温度高于燃料燃点温度时，燃料能实现高温低氧燃烧。以炉膛温度为状态变量，以高温空气温度和空气量为控制变量的尖点突变模型，可以较好地解释高温空气回转窑内着火的复杂现象和系统出现的不稳定状态。高温空气量的变化，会使得系统内部的热量产生波动，引起着火的发生或熄火，而高温空气温度的提高可以使燃烧的不稳定区域缩小。在本文燃烧条件下，高温空气温度达700℃以后，燃烧的不稳定区域逐渐减少，在空气温度为1200℃时，完全消失。考虑到高温空气温度太高，产生较困难等实际情况，建议燃烧时高温空气选取1000℃，这时着火的温度跳跃较小，燃烧较稳定。 建立了生物质燃料高温空气回转窑内焚烧的NOx生成模型。高温空气焚烧的特点决定了生物质燃烧后NOx主要以燃料型为主，而生物质的特点决定了NOx形成过程的中间产物主要为NH<,i>，以此建立了相关的理论模型，并用实验数据进行验证。研究发现生物质燃料——稻壳燃烧时，NOx的生成浓度随高温空气温度T<,a>的增加而增加，在一定温度(1000-1050℃)以后，NOx浓度增加更是有加快趋势。而随着氧气体积分数的降低，N0x的生成浓度降低，说明高温空气可实现低氧燃烧来抑制NOx生成。在空气温度为1200℃，氧气体积分数21％时，NOx的生成浓度为380ppm，而氧气体积分数在8％以下时，NOx生成量可低于 30ppm。 探讨了高温空气固体废弃物燃烧时汞的排放。由于固体废弃物中汞等重金属含量较高，焚烧时的形态演变和排放对环境会造成污染。在收集煤燃烧汞排放的实验数据基础上，建立了汞的演变和排放预测模型，并依此推算高温空气垃圾燃烧时的汞排放。在此基础上，计算了垃圾在高温空气回转窑燃烧时，在尾部有和无活性炭吸附装置情况下烟气中汞的排放。结果显示垃圾在回转窑内燃烧因物料氯的含量较高，在使用布袋除尘器和活性炭吸附装置以后，排放浓度达58.4μg/Nm<3>，完全可以达到环保要求。 以上的研究，实现了对高温空气回转窑固体废弃物焚烧特性有一个较全面的认识，为该工艺的应用提供了一定的理论和实验基础。