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摘要：在城市生活垃圾处理方法中，焚烧发电方式的减量化程度最高，但我国应用起步较晚，需要对其干燥特性和燃烧气体排放特性进行具体研究。本文首先对目前城市生活垃圾的干燥和燃烧处理方法进行简单介绍，在此基础上，采用实验研究方法，分别对城市生活垃圾干燥特性与燃烧气体排放特性进行研究，包括实验方法、实验过程、数据处理方法和实验结果分析等。
关键词：城市生活垃圾；干燥特性；燃烧气体排放；实验研究方法
前言：
城市生活垃圾是城市主要污染源之一，在城市化进程的不断加快下，城市生活垃圾排放量也明显增加。城市生活垃圾的处理方法大体可分为三种，即填埋、堆肥和焚烧。其中，焚烧处理方法的研究与应用已经有超过100年的历史，减容率可以达到85%以上，是一种无害化处理方法，在配置热能回收装置的情况下，还可以实现资源化利用。有必要对城市生活垃圾干燥与燃烧气体排放特性进行研究，为焚烧处理技术的应用提供支持。
一、城市生活垃圾的干燥和燃烧处理方法
城市生活垃圾含水量较高，而且热值低，采用焚烧发电方法对其进行处理，需要进行干燥。目前我国焚烧发电技术水平与国际领先水平相比，仍有较大差距，焚烧炉等主要设备仍需要进口，而外国设备不适用于我国城市生活垃圾水分高、热值低的特点。因此，在以往的应用过程中，燃烧效果不理想，需要对现有工艺技术和设备进行改进，建立新型城市垃圾焚烧发电厂。另一方面，在城市生活垃圾的焚烧处理过程中，会产生气体污染物，确保气体污染物排放符合标准是焚烧处理方法能够持续发展的关键。在此方面，我国采用的城市垃圾焚烧发电污染物排放标准与国际标准同步，但在燃烧气体污染物排放技术方面，还有待提高。因此，应加快城市生活垃圾焚烧处理方法的相关研究，从而促进焚烧发电处理技术的应用和推广[1]。
二、城市生活垃圾干燥特性实验研究
（一）实验方法
城市生活垃圾干燥处理的试验装置主要为恒温干燥实验平台和计算机分析设备。其中，恒温干燥实验平台模仿焚烧炉的干燥过程，将样品放在鼓风干燥箱内加热和保温，箱内温度通过K型热电偶采集，并采用温度调节器进行控制，箱体尺寸为0.6m×0.5m×0.75m。在干燥箱下部设置有精密电子天平，通过数据线连接计算机。将样品至平铺与天平托盘上，在干燥过程中实现质量数据的实时传输和显示。干燥过程为恒温加热，鼓风风速恒定。实验重复三次，以降低偶然误差。实验样品采集自城市生活垃圾处理厂，采取点面结合的取样方法，并对样品进行分类和称重，分析其成分含量及可燃物元素含量。在实验过程中，由于采用恒温干燥实验平台，热量稳定，可假设干燥温度核定，分别将温度设定为80℃～160℃，鼓风速率恒定不变。将样品制作成厚度50mm的薄层平铺在托盘上，关闭干燥相门后，启动采集系统，30s采集一次样品数据，直到样品重量保持不变。利用计算机分析系统自动绘制实验干燥特性曲线[2]。
（二）结果分析
从实验结果来看，在不同的干燥温度下，生活垃圾含水率随时间的曲线变化关系不同。在干燥温度为100℃条件下，达到完全干燥的时间为322min，在120℃条件下，达到完全干燥的时间为169min，在160℃条件下，达到完全干燥的时间为102min。说明温度越高，样品干燥所需时间越短。而且相同干燥温升下高温区的干燥时间减少量会降低，这是由于温度越高，传热温差越大，会加快内部水分向表面迁移、加快水分蒸发，所以所需干燥时间越短。但在温度继续升高下，物料表面紧密，增加了内部水分的向外迁移难度，所以时间缩短效果有所下降。不同温度区间的曲线间隔没有表现出明显的温度变化规律，最大间隔为100℃与120℃两条曲线的间隔，说明在该温度区间内，样品含水量变化最大，干燥效果最明显。隨着干燥温度升高，曲线间隔整体出现缩小趋势。
从干燥速率随时间变化情况来看，在初始阶段，干燥温度对速率影响较大，到中后期以后，影响逐渐减弱，不同温度条件的最大干燥速率均出现在10min时间左右，不同温度仅对最大干燥速度有影响，而对最大干燥速率的出现时间影响不大。从干燥速率随样品含水率变化曲线来看，在100℃时，恒速段较为明显，随着温度升高，恒速段逐渐消失，到160℃时几乎完全消失，直接由升速段转变为降速段。这是由于干燥温度升高会增加样品内外温差，恒速段的内部水分扩散速度与表面水分蒸发速度基本相同，只存在于低温干燥区。
三、城市生活垃圾燃烧气体排放特性实验研究
（一）实验过程
城市生活垃圾燃烧气体排放特性的实验装置主要由管式炉反应器、配气系统和数据采集传输系统几部分组成。管式反应炉是主要部分，采用石英管作为反应容器，长度800mm，直径60mm，外敷保温材料。在石英管的瓷舟上放置样品，放入前使用精密电子天平进行沉重。其加热元件为硅碳棒，可以提供恒定炉温，并由PID温度调节器进行控制。配气系统包括氧气瓶、氮气瓶、混气瓶、输气管、流量计和流量调节阀等。燃烧生成的气体通过采集传输系统的烟气分析仪后经处理排放。实验材料取自城市生活垃圾处理厂的垃圾混合土，为保证实验可对比性，每次样品质量均为0.4±0.001g。实验过程中先启动配气系统，将混合气体流量控制为1L/min。利用送样杆将实验材料瓷舟推进反应器，启动烟气分析仪，记录气体浓度[3]。
（二）数据处理方法
需要测量的气体数据主要包括NO生成量、CO生成量和CmHn生成量。根据实验测量数据和相关计算确定各类气体的生成量，主要参数包括主要元素摩尔质量、环境压力、气体常数、环境温度、气体体积分数和时间间隔等。在此基础上，确定N、C、H的析出率，主要参数包括样品质量、样品干燥基元素质量百分比等。
（三）结果讨论
在燃烧实验过程中，对气体排放浓度进行实时测量，并探讨主要成分质量比、氮氧比和温度等因素对碳氧化物以及氮氧化物的影响，主要得出以下几点结论：（1）生活垃圾混合物的燃烧O2波谷位置基本与CO和CO2的波峰时间一直，出现在420s处。NO排放为双释放峰、CO排放曲线为单一释放峰，NO波谷和CO波峰的出现时间十分接近，反映出CO促进NO发生还原反应，生成N2；（2）CO与NO的曲线形状受垃圾组分影响，厨余垃圾耗氧量最高，废布制品二氧化碳产量最高，厨余垃圾是影响NO排放的主要原因；（3）燃烧温度也对CO和NO的排放曲线有显著影响，燃烧温度越高CO峰值越低，析出时间越早，NO峰值、生成量和析出曲线则随温度升高而先降后升变化。CmHn的峰值点早于CO峰值时间；（4）燃烧气氛含氧量越大，二氧化碳的峰值越高，CO生成量对应下降。含氧量越高，NO生成量也显著升高，燃烧越充分，参与量明显下降。
结束语：
综上所述，对城市生活垃圾焚烧处理中的干燥特性和燃烧气体排放特性进行分析，可以为焚烧工艺调整和优化提供依据。通过进行干燥特性实验研究，可以明确垃圾干燥过程中受温度、时间和含水率变化特点。通过进行燃烧气体特性实验研究，可以明确不同垃圾组分对燃烧气体排放的影响，以及温度、含氧量等因素的影响。因此为依据，对焚烧工艺进行优化，可以确保燃烧气体排放符合标准。
参考文献：
[1]王晶博. 城市生活垃圾原位水蒸气催化气化制备富氢燃气[D].华中科技大学，2013.
[2]刘红梅. 城市生活垃圾焚烧厂周围环境介质中二恶英分布规律及健康风险评估研究[D].浙江大学，2013.
[3]王爱莲，李少东.我国城市生活垃圾现状及处理技术研究[J].西安石油大学学报（社会科学版），2012，21（02）：58-63.
作者作者：
葛砚 1983.06.02 男 汉 河北省故城县，技术员，助理工程师，大学本科，环境工程。
关键词：城市生活垃圾；干燥特性；燃烧气体排放；实验研究方法
前言：
城市生活垃圾是城市主要污染源之一，在城市化进程的不断加快下，城市生活垃圾排放量也明显增加。城市生活垃圾的处理方法大体可分为三种，即填埋、堆肥和焚烧。其中，焚烧处理方法的研究与应用已经有超过100年的历史，减容率可以达到85%以上，是一种无害化处理方法，在配置热能回收装置的情况下，还可以实现资源化利用。有必要对城市生活垃圾干燥与燃烧气体排放特性进行研究，为焚烧处理技术的应用提供支持。
一、城市生活垃圾的干燥和燃烧处理方法
城市生活垃圾含水量较高，而且热值低，采用焚烧发电方法对其进行处理，需要进行干燥。目前我国焚烧发电技术水平与国际领先水平相比，仍有较大差距，焚烧炉等主要设备仍需要进口，而外国设备不适用于我国城市生活垃圾水分高、热值低的特点。因此，在以往的应用过程中，燃烧效果不理想，需要对现有工艺技术和设备进行改进，建立新型城市垃圾焚烧发电厂。另一方面，在城市生活垃圾的焚烧处理过程中，会产生气体污染物，确保气体污染物排放符合标准是焚烧处理方法能够持续发展的关键。在此方面，我国采用的城市垃圾焚烧发电污染物排放标准与国际标准同步，但在燃烧气体污染物排放技术方面，还有待提高。因此，应加快城市生活垃圾焚烧处理方法的相关研究，从而促进焚烧发电处理技术的应用和推广[1]。
二、城市生活垃圾干燥特性实验研究
（一）实验方法
城市生活垃圾干燥处理的试验装置主要为恒温干燥实验平台和计算机分析设备。其中，恒温干燥实验平台模仿焚烧炉的干燥过程，将样品放在鼓风干燥箱内加热和保温，箱内温度通过K型热电偶采集，并采用温度调节器进行控制，箱体尺寸为0.6m×0.5m×0.75m。在干燥箱下部设置有精密电子天平，通过数据线连接计算机。将样品至平铺与天平托盘上，在干燥过程中实现质量数据的实时传输和显示。干燥过程为恒温加热，鼓风风速恒定。实验重复三次，以降低偶然误差。实验样品采集自城市生活垃圾处理厂，采取点面结合的取样方法，并对样品进行分类和称重，分析其成分含量及可燃物元素含量。在实验过程中，由于采用恒温干燥实验平台，热量稳定，可假设干燥温度核定，分别将温度设定为80℃～160℃，鼓风速率恒定不变。将样品制作成厚度50mm的薄层平铺在托盘上，关闭干燥相门后，启动采集系统，30s采集一次样品数据，直到样品重量保持不变。利用计算机分析系统自动绘制实验干燥特性曲线[2]。
（二）结果分析
从实验结果来看，在不同的干燥温度下，生活垃圾含水率随时间的曲线变化关系不同。在干燥温度为100℃条件下，达到完全干燥的时间为322min，在120℃条件下，达到完全干燥的时间为169min，在160℃条件下，达到完全干燥的时间为102min。说明温度越高，样品干燥所需时间越短。而且相同干燥温升下高温区的干燥时间减少量会降低，这是由于温度越高，传热温差越大，会加快内部水分向表面迁移、加快水分蒸发，所以所需干燥时间越短。但在温度继续升高下，物料表面紧密，增加了内部水分的向外迁移难度，所以时间缩短效果有所下降。不同温度区间的曲线间隔没有表现出明显的温度变化规律，最大间隔为100℃与120℃两条曲线的间隔，说明在该温度区间内，样品含水量变化最大，干燥效果最明显。隨着干燥温度升高，曲线间隔整体出现缩小趋势。
从干燥速率随时间变化情况来看，在初始阶段，干燥温度对速率影响较大，到中后期以后，影响逐渐减弱，不同温度条件的最大干燥速率均出现在10min时间左右，不同温度仅对最大干燥速度有影响，而对最大干燥速率的出现时间影响不大。从干燥速率随样品含水率变化曲线来看，在100℃时，恒速段较为明显，随着温度升高，恒速段逐渐消失，到160℃时几乎完全消失，直接由升速段转变为降速段。这是由于干燥温度升高会增加样品内外温差，恒速段的内部水分扩散速度与表面水分蒸发速度基本相同，只存在于低温干燥区。
三、城市生活垃圾燃烧气体排放特性实验研究
（一）实验过程
城市生活垃圾燃烧气体排放特性的实验装置主要由管式炉反应器、配气系统和数据采集传输系统几部分组成。管式反应炉是主要部分，采用石英管作为反应容器，长度800mm，直径60mm，外敷保温材料。在石英管的瓷舟上放置样品，放入前使用精密电子天平进行沉重。其加热元件为硅碳棒，可以提供恒定炉温，并由PID温度调节器进行控制。配气系统包括氧气瓶、氮气瓶、混气瓶、输气管、流量计和流量调节阀等。燃烧生成的气体通过采集传输系统的烟气分析仪后经处理排放。实验材料取自城市生活垃圾处理厂的垃圾混合土，为保证实验可对比性，每次样品质量均为0.4±0.001g。实验过程中先启动配气系统，将混合气体流量控制为1L/min。利用送样杆将实验材料瓷舟推进反应器，启动烟气分析仪，记录气体浓度[3]。
（二）数据处理方法
需要测量的气体数据主要包括NO生成量、CO生成量和CmHn生成量。根据实验测量数据和相关计算确定各类气体的生成量，主要参数包括主要元素摩尔质量、环境压力、气体常数、环境温度、气体体积分数和时间间隔等。在此基础上，确定N、C、H的析出率，主要参数包括样品质量、样品干燥基元素质量百分比等。
（三）结果讨论
在燃烧实验过程中，对气体排放浓度进行实时测量，并探讨主要成分质量比、氮氧比和温度等因素对碳氧化物以及氮氧化物的影响，主要得出以下几点结论：（1）生活垃圾混合物的燃烧O2波谷位置基本与CO和CO2的波峰时间一直，出现在420s处。NO排放为双释放峰、CO排放曲线为单一释放峰，NO波谷和CO波峰的出现时间十分接近，反映出CO促进NO发生还原反应，生成N2；（2）CO与NO的曲线形状受垃圾组分影响，厨余垃圾耗氧量最高，废布制品二氧化碳产量最高，厨余垃圾是影响NO排放的主要原因；（3）燃烧温度也对CO和NO的排放曲线有显著影响，燃烧温度越高CO峰值越低，析出时间越早，NO峰值、生成量和析出曲线则随温度升高而先降后升变化。CmHn的峰值点早于CO峰值时间；（4）燃烧气氛含氧量越大，二氧化碳的峰值越高，CO生成量对应下降。含氧量越高，NO生成量也显著升高，燃烧越充分，参与量明显下降。
结束语：
综上所述，对城市生活垃圾焚烧处理中的干燥特性和燃烧气体排放特性进行分析，可以为焚烧工艺调整和优化提供依据。通过进行干燥特性实验研究，可以明确垃圾干燥过程中受温度、时间和含水率变化特点。通过进行燃烧气体特性实验研究，可以明确不同垃圾组分对燃烧气体排放的影响，以及温度、含氧量等因素的影响。因此为依据，对焚烧工艺进行优化，可以确保燃烧气体排放符合标准。
参考文献：
[1]王晶博. 城市生活垃圾原位水蒸气催化气化制备富氢燃气[D].华中科技大学，2013.
[2]刘红梅. 城市生活垃圾焚烧厂周围环境介质中二恶英分布规律及健康风险评估研究[D].浙江大学，2013.
[3]王爱莲，李少东.我国城市生活垃圾现状及处理技术研究[J].西安石油大学学报（社会科学版），2012，21（02）：58-63.
作者作者：
葛砚 1983.06.02 男 汉 河北省故城县，技术员，助理工程师，大学本科，环境工程。