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随着我国经济的快速发展，城市化进程不断加速，垃圾处理问题成为困扰我国城市发展的一大难题。城市生活垃圾焚烧发电处理以其占地面积小、处理量大、处理周期短、能够有效实现资源化利用成为目前我国城市生活垃圾处理的现实选择。我国垃圾焚烧处理技术起步较晚，国外垃圾的组分与热值与我国垃圾差别较大，直接套用国外技术难以完全契合我国垃圾焚烧的实际。O2/CO2燃烧技术能够有效为碳捕捉技术创造条件，为碳减排和社会低碳发展作出贡献。研究城市生活垃圾的O2/CO2燃烧技术，将能丰富和发展我国的垃圾焚烧处理技术。本文对城市生活垃圾热解、燃烧进行了理论和实验研究，探讨了CO2替代N2对热解和燃烧特性及生成气态产物的影响。同时针对机械式垃圾焚烧炉排炉水冷壁受热面腐蚀严重的问题，对重点腐蚀区域进行采样测试，结合热力计算、理论分析、数值模拟等手段，研究了水冷壁受热面积灰、腐蚀的机理和影响因素。（1）采用热重分析平台研究了不同N2/CO2气氛下，城市生活垃圾的热解行为特性，并对其动力学参数进行了求解。热重分析和动力学的研究结果表明：650℃以下时，DTG曲线随气氛的变化不明显。但是650℃以上时，峰的位置和机理则受气氛的影响而不同：80%N2/20%CO2气氛下，DTG曲线出现明显的两个峰，而其他气氛则出现一个明显的峰值。CO2替代N2能够促进焦炭在高温区的反应，同时影响残余质量。适当提高CO2浓度有助于降低残余质量（100%N2气氛下残余质量为39.2%，而60%N2/40%CO2气氛下降至33.2%），但是当CO2浓度上升至60%以后，残余质量趋于稳定。多步独立的连续n级反应模型能够很好的模拟城市生活垃圾的热解过程。（2）采用热重分析平台对城市生活垃圾进行了O2/N2气氛和O2/CO2气氛下，不同氧气浓度的燃烧实验，并对典型气氛的燃烧实验数据进行了动力学参数求解。结果表明：样品失重均主要集中在200℃至540℃温度段。氧气浓度的提高有助于促进燃烧。在相同氧气浓度下，O2/CO2气氛下的峰值较O2/N2气氛下的峰值小，600℃以后，O2/CO2气氛失重峰出现的温度远高于O2/N2气氛，表明CO2对燃烧的抑制作用高于N2。对在不同氧气浓度下的垃圾燃烧过程，3步独立的n级反应模型对实验曲线的拟合度很高。（3）在热重分析平台上对城市生活垃圾的典型组分进行实验研究，重点探寻了O2/N2气氛和O2/CO2气氛下的燃烧特性，同时对其动力学参数进行求解。研究显示：无论是单一物料还是物料混合物，将混合气氛中所含的80%N2替换成80%CO2均会给燃烧带来不利影响，燃尽率会下降；同时N2替代CO2对固定碳阶段的燃烧影响远大于对挥发份燃烧段。将O2/CO2气氛中的氧气浓度提高到30%，能得到类似于空气中燃烧的表现。因此，发展城市生活垃圾O2/CO2燃烧技术需要富氧燃烧技术的支持。不同类别，同一类别中不同的细分组分的燃烧特性均存在一定的差异，如在纺织物中，化纤类的点燃温度比棉类高100℃左右。为此垃圾焚烧炉的设计及运行要充分考虑燃料适应性。（4）在管式炉烟气分析平台上，对纸张混合物、果皮混合物、植物残体混合物、纺织物等典型垃圾组分燃烧气态产物的排放规律进行了研究，重点分析了生成气体中的CO，H2，SO2和NOx变化规律。结果如下：纸张混合物、果皮混合物、植物残体混合物、纺织物在不同气氛下生成气态产物的变化规律具有相似性。O2/N2气氛和O2/CO2气氛下，NOx排放均出现随温度先减后增的趋势，其转折温度约为800℃。出现该现象可能是由于随着温度上升，反应的主导由还原反应变为氧化反应所致。CO2替代N2能够增加还原性气体的生成，促进还原反应的进行，从而降低高温阶段的NOx排放。燃料氮含量与燃烧的NOx排放之间无明显的关联，而高非挥发含量可能导致较高的NOx排放。（5）对城市生活垃圾焚烧炉的水冷壁受热面重点腐蚀区域进行了积灰、腐蚀物的采集，采用SEM、XRF、XDR等手段对其表观形态、成分等进行分析。研究发现：SEM图发现全部积灰中都或多或少含有熔融（球形）和半熔融（半球形、类球形）的物质。三种积灰中K，Na，Cl，Fe含量均高于飞灰，飞灰含有更多的Ca，S，Si和Al，其原因主要是元素来源和沉积机理的差异性所导致。垃圾三种积灰的碱酸比都大于2.5，垃圾积灰呈明显的碱性，与燃煤炉相比，垃圾焚烧炉积灰易发性更高。XRF和XRD分析表明垃圾积灰含有较多容易引起腐蚀的氯化物和碱金属化合物。（6）结合热力计算、数值模拟、理论分析等方法，对城市生活垃圾焚烧炉水冷壁受热面的腐蚀减薄机理进行了探讨。CFD模拟结果显示，在第一烟道顶部与顶棚前部结合区域（Ⅰ#区域）、第二烟道前墙上部区域（Ⅱ#区域）形成两个较强的旋流区域，容易导致烟气停留时间过长，导致积灰积聚和生长。且Ⅰ#区域与炉内高水分区域重合，进一步加速积灰积聚和腐蚀速率。尿素溶液热分解形成的HNCO可能随烟气流动进入烟气回旋区域，在高水汽浓度作用下，容易形成腐蚀性很强的酸雾，直接对水冷壁受热面造成腐蚀。在不同的工况下，腐蚀速率是磨损速率的60～200倍。为避免高温腐蚀，同时有效防止二噁英的生成，必须控制炉温，本文所研究的炉型在实际运行中，第一烟道出口的烟温须控制在850℃～972℃范围内；保证一次风风压，保证一次风比例不小于85%。