立體車庫(kù)脫水系統(tǒng)對(duì)垃圾熱值的影響分析

鄒曉青+東惠惠+魯錦海+陳亞非

摘 要：隨著城市化建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，土地資源變得日益緊張，堆肥技術(shù)也變得越來(lái)越難以滿足處理要求，越來(lái)越多的城市生活垃圾采用了焚燒發(fā)電的處理方式。針對(duì)目前生活垃圾含水率高導(dǎo)致的垃圾焚燒爐排煙溫度高、鍋爐效率低等問(wèn)題，本研究擬采用立體車庫(kù)的思路，通過(guò)物理加壓脫水方法降低入爐垃圾含水率，并進(jìn)一步探究了入爐垃圾含水率對(duì)熱值的影響。

關(guān)鍵詞：生活垃圾；立體車庫(kù)脫水系統(tǒng)；含水率；熱值

1 研究背景及意義

1.1 生活垃圾處理背景

近年來(lái)，隨著工業(yè)化國(guó)家的城市化和居民消費(fèi)水平的提高，城市生活垃圾的增長(zhǎng)十分迅速。目前，國(guó)內(nèi)垃圾處理一般采用填埋、焚燒和堆肥三種方式。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，焚燒法因其占地面積小、處理時(shí)間短、處理費(fèi)用低、減量化顯著（減重一般達(dá)80%，減容一般達(dá)90%）、無(wú)害化較徹底和可回收余熱等優(yōu)點(diǎn)而具有很大的發(fā)展空間。焚燒成為了成熟可靠的垃圾處理主流技術(shù)之一，垃圾焚燒發(fā)電成為了今后城市生活垃圾處理的主要方式。

1.2 生活垃圾焚燒現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)垃圾焚燒廠生活垃圾一般是按時(shí)間順序卸料至貯存坑。自然堆放3-5天后，利用起重機(jī)抓把對(duì)垃圾進(jìn)行倒剁、攪拌、移動(dòng)后入爐燃燒。隨著時(shí)間的推進(jìn)，舊垃圾中微生物所降解的有機(jī)物質(zhì)越來(lái)越多，垃圾焚燒熱值隨之減少，而新垃圾含水率極高，不利于燃燒，并且水分蒸發(fā)會(huì)消耗大量的熱能。由于垃圾數(shù)量龐大、混雜，起重機(jī)抓把不可能將垃圾按入廠順序入爐焚燒。入爐的垃圾不按堆放順序焚燒。垃圾整體含水率高、熱值低，導(dǎo)致焚燒煙氣水蒸汽含量高、排煙溫度高、排煙熱損失大、發(fā)電效率低。

1.3 立體車庫(kù)脫水系統(tǒng)研究意義

本研究借鑒立體車庫(kù)的思路，建立了一套脫水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)垃圾脫水、有序堆放和燃燒，即可降低垃圾含水率，解決了垃圾燃燒熱值損耗較多的問(wèn)題，對(duì)提高垃圾焚燒爐效率、節(jié)能降耗有較大意義；加壓脫水技術(shù)側(cè)重于運(yùn)用物理方法減少垃圾含水率，操作能耗較低，垃圾發(fā)熱量損失較小。

2 立體車庫(kù)脫水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

立體車庫(kù)生活垃圾加壓脫水系統(tǒng)，如圖1、圖2所示。包括用于堆放垃圾的單位倉(cāng)1、用于上下傳送單位倉(cāng)1的豎向傳送裝置2、用于左右傳送單位倉(cāng)1的橫向傳送裝置3、液壓裝置4、濾液輸送管道、設(shè)置在地表下的垃圾倉(cāng)，垃圾倉(cāng)包括第一垃圾倉(cāng)5和第二垃圾倉(cāng)6。

位于第一垃圾倉(cāng)5內(nèi)的單位倉(cāng)可以利用上層單位倉(cāng)的重力和液壓裝置4的加壓作用將下層單位倉(cāng)內(nèi)的垃圾脫水并壓實(shí)，水從孔洞8流入第一輸送管道22，進(jìn)而從第二輸送管道23輸送走，第一輸送管道22和第二輸送管道23用于收集系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的垃圾滲濾液。而后，單位倉(cāng)按順序在橫向傳送裝置3的作用下，移至第二垃圾倉(cāng)6，并在第二垃圾倉(cāng)6的豎向傳送裝置2的作用下，單位倉(cāng)按順序上移至第二垃圾倉(cāng)6上方，通過(guò)抓把28抓取移出垃圾倉(cāng)進(jìn)行焚燒，右側(cè)頂層單位垃圾倉(cāng)移至左側(cè)頂層單位垃圾倉(cāng)。因此，可實(shí)現(xiàn)先放置的垃圾先取出進(jìn)行焚燒的目的。

3 物理加壓脫水實(shí)驗(yàn)

參照杭州市統(tǒng)計(jì)局給出的城市生活垃圾組分?jǐn)?shù)據(jù)[1-2]，統(tǒng)一收集和采用自然濕潤(rùn)狀態(tài)下的樣品，根據(jù)試樣桶尺寸對(duì)垃圾組分中的大顆粒材料進(jìn)行裁剪，人工配制新鮮垃圾試樣。

新鮮垃圾試樣配制完成后，進(jìn)行為期一周的加壓脫水試驗(yàn)，步驟如下：

（1）儀器各系統(tǒng)檢驗(yàn)。分別調(diào)試6個(gè)試驗(yàn)臺(tái)的加載系統(tǒng)及滲濾液收集系統(tǒng)等，該裝置借鑒謝焰等研制的城市生活垃圾降解壓縮試驗(yàn)儀[3]，以滿足試驗(yàn)的要求，試驗(yàn)臺(tái)見圖3。

（2）裝樣。配制新鮮垃圾試樣，分別在1、2、3、4、5、6 六個(gè)試樣桶中裝200g的試樣垃圾，使6個(gè)試樣的組分、含水率等物理性質(zhì)指標(biāo)盡量一致。

（3）進(jìn)行試驗(yàn)。對(duì)6個(gè)試樣施加荷載，在試驗(yàn)開始當(dāng)天晚上7：00，給1、2、3、4、5、6 垃圾試樣，同時(shí)分別施加0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 kg/cm2的豎向壓力，共加壓7天。每天在晚上7：00 取樣，稱取一定質(zhì)量垃圾樣烘干至恒重。測(cè)定其含水率，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

（4）對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分析研究含水率與加壓壓力和加壓時(shí)間的關(guān)系，見圖4。

4 生活垃圾熱值測(cè)定及分析

本研究利用氧氮式量熱計(jì)測(cè)定垃圾干樣熱值[4]，結(jié)合含水率將干基熱值轉(zhuǎn)換成濕基熱值[5]。綜合考慮各種因素，做曲線模型分析，確定熱值與加壓壓力×?xí)r間的關(guān)系，見圖5。

生活垃圾加壓前后含水率變化及熱值增量見表1。

5 結(jié)束語(yǔ)

本研究采用立體車庫(kù)模型的思路，從源頭解決生活垃圾焚燒發(fā)電效率低的問(wèn)題；通過(guò)物理加壓方法脫水，降低了生活垃圾的含水率，緩解了由于入爐垃圾含水率高而導(dǎo)致的垃圾焚燒爐煙氣含濕量高、排煙溫度低等問(wèn)題；提高了鍋爐效率，增加了垃圾的熱值和利用率，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，得到了相關(guān)規(guī)律：加壓時(shí)間一定時(shí)，脫水率隨加壓壓力增加而增大；加壓壓力一定時(shí)，加壓時(shí)間越長(zhǎng)，出水量越大，垃圾含水率越低，垃圾熱值越高。

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