生活垃圾水泥窯協(xié)同處置的干燥動力學研究*

張子坤，劉淑玲，王琦，孫進，龍衛(wèi)澤

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津300381）

·固廢處理·

生活垃圾水泥窯協(xié)同處置的干燥動力學研究*

張子坤，劉淑玲，王琦，孫進，龍衛(wèi)澤

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津300381）

為了充分利用水泥生產(chǎn)中的尾氣余熱，本研究對生活垃圾的分選篩下物進行了干燥動力學實驗，并估算了恒速段的體積平均傳熱、傳質(zhì)系數(shù)，最后對尾氣除臭工藝中的冷凝水質(zhì)進行了抽樣分析。結(jié)果表明：熱風溫度和熱風流速增加都能提升篩下物的干燥速率，而料層厚度增加則減緩干燥速率。料層厚度是影響平均傳熱和傳質(zhì)系數(shù)最重要的因素，隨著料層厚度降低而顯著增加；熱風流速增加能提升系統(tǒng)平均傳熱和傳質(zhì)系數(shù)；而熱風溫度的影響相對較弱。尾氣冷凝水中COD、SS和BOD5含量較低，滿足GB 8978—1996污水綜合排放標準中的三級標準，而NH4-N排放超出限值。

生活垃圾；水泥窯；協(xié)同處置；干燥動力學；余熱利用

生活垃圾水泥窯協(xié)同處置技術不但無害化和減量化程度高，而且還具有較高的資源化價值，可作為水泥生產(chǎn)的替代燃料和原料（AFR）［1-2］。目前，此項技術已在美國、德國、日本等發(fā)達國家得到廣泛應用，而在我國正處于探索和發(fā)展階段。為此，國家六部委聯(lián)合印發(fā)了《關于開展水泥窯協(xié)同處置生活垃圾試點工作的通知》，重點提出在現(xiàn)有基礎上進一步研究生活垃圾替代燃料和原料的技術，優(yōu)化協(xié)同處置過程中生活垃圾的預處理。

我國生活垃圾的含水率普遍較高，一般可達到40%～60%［3］。在協(xié)同處置過程中，煙氣中的水分將給系統(tǒng)的換熱帶來負面影響，降低水泥窯和分解爐的加熱效率［4-5］?，F(xiàn)有水泥窯協(xié)同處置干燥預處理技術多選取中溫氣體作為熱源，這減少了系統(tǒng)“有用能”的利用。同時，中溫干燥工藝的排氣溫度較難控制，必須進行冷卻處理才能滿足除臭的工藝要求，而且冷凝水也需要凈化，進一步增加了系統(tǒng)的投資和運營成本［6］。

現(xiàn)有研究多選用小型實驗臺，重點研究了熱風溫度和通風量對生活垃圾失水率和干燥速率的影響規(guī)律，缺乏針對工程設計中必要的傳熱計算和尾氣治理的研究成果［7-9］。筆者通過自行設計的固定床干燥中試系統(tǒng)，模擬水泥生產(chǎn)中余熱鍋爐的尾氣，研究熱風溫度、熱風流速和料層厚度對生活垃圾干燥特性的影響規(guī)律，并在上述基礎上估算出系統(tǒng)的平均傳熱系數(shù)和傳質(zhì)系數(shù)，最后對尾氣的冷凝水進行檢測分析，為優(yōu)化尾氣干燥工藝及設備提供實驗研究。

1 材料和方法

1.1 實驗材料

見風影悶聲不響，紅琴就知道他不快樂。她也不再吱聲了，看了一眼天空與草地，一切仿佛靜止著，連云也不再飄飛，空氣也不再流動，山野顯露出了它獨有的空曠與寂寥，自有一種靜寂與荒涼之美。從林子那邊吹過來的風，帶著絲絲寒意，紅琴在風中亭亭玉立，風吹亂了她的頭發(fā)，吹飛了她的衣衫，她的眸子清亮，似見瑩瑩淚光在閃爍。也許是因為冷風一吹，她的白臉成了兩片紅楓葉，看上去就別有一種風情。

實驗材料取自天津市武清區(qū)生活垃圾綜合處理中心，其物理組成如表1所示。

表1 原生垃圾的物理組成%

1.2 實驗系統(tǒng)

1.3 實驗方案及步驟

圖1 實驗系統(tǒng)工藝流程

實驗裝置采用自行設計的固定床干燥中試系統(tǒng)，工藝流程如圖1所示。原生垃圾首先進行破碎和分選預處理，通過滾筒篩及風選去除輕質(zhì)物，篩下物（約占80%）作為水泥窯協(xié)同處置的物料，然后通過人工填裝至干燥箱內(nèi)。干燥熱源選用空氣，通過調(diào)節(jié)廠內(nèi)自用蒸汽及冷凝水流量，將空氣加熱至預設溫度。尾氣冷卻采用廠內(nèi)循環(huán)水，在凝汽器內(nèi)將溫度降低至40℃以下，收集冷凝水進行水質(zhì)檢測。

圖4為熱風流速對篩下物干燥特性的影響規(guī)律。在相同干燥時間內(nèi)，隨熱風流速增加，篩下物的含水率顯著降低。當熱風流速為0.2 m/s時，干燥24 h后干燥曲線變平緩，干燥過程接近完成。

2.1保守性手術適應證:適合有生育需求的婦女,尤其是側(cè)輸卵管切除或病變者。近年來異位妊娠早期診斷率明顯提高,輸卵管妊娠于流產(chǎn)或破裂前確診者變多,保守手術治療應用較廣。手術有開腹手術或腹腔鏡手術治療[1]。腹腔鏡手術具有創(chuàng)傷小、術中出血量少、術后恢復快等優(yōu)勢,在臨床治療中得到了廣泛運用 。同時,腹腔鏡手術視野廣,可檢出子宮肌瘤、卵巢囊腫的微小病灶,并給予處理。此外,腹腔鏡手術可提升術后宮內(nèi)妊娠率,減少再次宮外孕的可能性。相關文獻指出,與開腹手術相比,腹腔鏡手術創(chuàng)傷小、疼痛輕、并發(fā)癥少、恢復快、住院時間短[8]。

表2 實驗方案設計

1.4 分析與檢測方法

3) 在特征上，主權和契約權源的縱向競合包含兩種不同屬性的協(xié)調(diào)權，兩者產(chǎn)生的法律和理論的依據(jù)都有差別，故而會存在明顯的順位。這表明在特定的情況下，契約權源下的協(xié)調(diào)權應該讓位并遵從于主權權源下的協(xié)調(diào)權，只是在何種情形或程度下才能體現(xiàn)并運用這一順位，需要進一步探討與分析。

式中：mw和md分別為濕物料中水分的質(zhì)量和絕干物料的質(zhì)量。

節(jié)目素材的傳遞需要經(jīng)過上載、審查、納入節(jié)目播放列表等步驟。首先，節(jié)目的素材儲存到上載站的上載中心，而媒資系統(tǒng)和制作系統(tǒng)的素材，則需要上傳到播出系統(tǒng)。審查人員會審查上傳過來的節(jié)目，通過審查后，編單工作站、播出控制工作站會將經(jīng)過審查的節(jié)目素材納入到節(jié)目播出表當中。節(jié)目的播出表會被傳給數(shù)據(jù)庫，此時調(diào)度服務系統(tǒng)就會檢測表單當中的內(nèi)容，并將其中沒有被移動到播出系統(tǒng)當中的節(jié)目進行遷移，在規(guī)定的時間，按照播放列表播放節(jié)目。

體積干燥速率定義如公式（2）。

剩下的路程里，沈侯沒有再和顏曉晨說話，一直默默地開著車。到了商場，沈侯直接領著顏曉晨去女裝部看職業(yè)套裝，顏曉晨像劉姥姥進大觀園，有些眼花繚亂，不知從何下手。

式中：WDC為體積干燥速率，kg/（m3·h）；V為被干燥物料體積，m3；τ為干燥時間，s。

式中：r為汽化潛熱，kJ/kg；TG和TW分別為干燥介質(zhì)溫度和對應的濕球溫度，K。

對于純對流干燥的等速干燥階段，平均傳熱系數(shù)和傳質(zhì)系數(shù)按公式（3）和（4）計算。

本研究結(jié)果顯示，黃連解毒湯聯(lián)合甘精胰島素降低2型糖尿病患者血糖、血脂、抗血栓作用明顯，療效確切，不良反應發(fā)生率比較，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），安全性可靠。

式中：yw為對應濕球溫度的飽和空氣絕對濕度，kg/kg；yG為干燥介質(zhì)絕對濕度，kg/kg。

2 結(jié)果及討論

2.1 熱風溫度的影響

分析與檢測方法參考《現(xiàn)代干燥技術》設計［10］，物料含水率按干基計算，定義如公式（1）。

圖2為不同熱風溫度對篩下物干燥特性的影響規(guī)律。

圖2 不同熱風溫度時的干燥曲線

選擇經(jīng)濟林、常青樹、喬木、花灌木、彩葉樹等模式相應樹種，行株間混交，注重立體效果，兼顧綠化、美化。栽植規(guī)格2.5-3m。苗木規(guī)格對應樹種模式，選栽大規(guī)格苗木，提升綠化效果和視覺感受。

干燥速率曲線表明，在干燥初始階段（0～12h），水分遷移速度升高，此階段通常被定義為升速段。隨后水分遷移速度變化不大，干燥過程進入恒速段。熱風溫度為120℃，干燥處于36～48 h階段，水分遷移速度明顯降低，干燥過程進入降速段。在干燥恒速段，隨著熱風溫度升高，篩下物的干燥速率升高［1］。

三江平原面積廣袤，土壤種類多樣，很有必要對耕地土壤的綜合滲透系數(shù)進行計算，以與α、β對比確定其正確性與合理性。文獻[1]給出了三江平原耕地土壤的分類數(shù)值和各類土壤的滲透系數(shù)，采用加權計算方法，得出綜合平均滲透系數(shù)，如表8所示。

2.2 料層厚度的影響

隨著干燥時間延長，篩下物的干基含水率降低。當熱風溫度為80℃時，含水率降低至23.8%；100℃時降低至5.7%；120℃時篩下物幾乎達到完全干燥。在相同干燥時間條件下，隨著熱風溫度升高，篩下物的干基含水率降低，干燥曲線變得更陡，曲線斜率的絕對值變大。

圖3為不同料層厚度對篩下物干燥特性的影響規(guī)律。在相同干燥時間內(nèi)，隨料層厚度增加篩下物的含水率增加；在相同料層厚度條件下，隨干燥時間延長篩下物的含水率顯著降低。當料層厚度為0.3 m時，干燥12 h后干基濕含量的減小即開始變緩；當料層厚度為0.5 m時，干燥24 h后干基濕含量的減小開始變緩。

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圖3 不同料層厚度時的干燥曲線

圖3b表明，隨著料層厚度減小，干燥恒速段變短。當料層厚度為0.3 m時，恒速段為6～12 h，遠低于1.0 m的工況。在恒速段內(nèi)，隨料層厚度增加篩下物的干燥速率顯著降低。當料層厚度為0.3 m時，恒速段的干燥速率為14.3 kg/（m3·h）；而料層厚度為1.0 m時，干燥速率約為5.0 kg/（m3·h）。

2.3 熱風流速的影響

模擬水泥生產(chǎn)中余熱鍋爐的尾氣，實驗方案設定熱風溫度分別為80、100、120℃；料層厚度分別為0.3、0.5、0.7、1.0 m；熱風流速分別為0.1、0.15、0.2 m/s。實驗方案設計如表2所示。

圖4 不同熱風流速時的干燥曲線

干燥速率曲線表明，在相同干燥時間內(nèi)，隨熱風流速增加，篩下物的干燥速率顯著增加。熱風流速為0.1m/s時，恒速段的干燥速率為4.7～5.0 kg/（m3·h）；熱風流速為0.15 m/s時，恒速段的干燥速率為6.6～6.7 kg/（m3·h）；熱風流速為0.2 m/s時，恒速段的干燥速率為8.0～8.3kg/（m3·h）。

我國商學院起步雖然相對較晚，但發(fā)展速度非?？臁．斍?，我國的商科在校生已經(jīng)超過兩百萬，達到世界第二。整體的教學質(zhì)量和創(chuàng)辦之初相比，在各類體系和人才培養(yǎng)模式及理念方面獲得了很大的進步和創(chuàng)新。當前我國培養(yǎng)的商業(yè)人才遠遠無法滿足實際的需求，我國每年需要的商業(yè)人才已經(jīng)超過了三十萬，但是我國每年培養(yǎng)的人才卻不到三萬，商學院教育遠遠落后于經(jīng)濟發(fā)展的需求。

2.4 傳熱系數(shù)和傳質(zhì)系數(shù)估算

根據(jù)公式（1）和（4），計算整理出的傳熱系數(shù)和傳質(zhì)系數(shù)如表3所示。結(jié)果表明，隨著熱風溫度升高，傳熱系數(shù)出現(xiàn)波動，而傳質(zhì)系數(shù)變化不大；料層厚度對傳熱系數(shù)和傳質(zhì)系數(shù)的影響最顯著，隨著料層厚度增加，傳熱系數(shù)和傳質(zhì)系數(shù)都降低；熱風流速增加，傳熱系數(shù)和傳質(zhì)系數(shù)都升高。

表3 平均傳熱系數(shù)和傳質(zhì)系數(shù)

2.5 水質(zhì)抽樣檢測

表4為排氣冷凝水的分析結(jié)果。除NH4-N外，黑夜時段的COD、SS和BOD5均高于白天。參考GB 8978—1996污水綜合排放標準，冷凝水中COD、SS和BOD5滿足三級排放標準，而NH4-N的排放超出了標準要求。

表4 冷凝水樣檢測結(jié)果

3 結(jié)論及建議

1）采用余熱鍋爐尾氣作為干燥熱源具有降低系統(tǒng)能耗的優(yōu)勢，通過對熱風溫度、料層厚度和熱風速度的調(diào)整可實現(xiàn)進窯含水率低于20%。

2）料層厚度和熱風流速是影響體積平均傳熱、傳質(zhì)系數(shù)的關鍵因素，可綜合考慮風機電耗與尾氣排放要求優(yōu)化系統(tǒng)的工藝設計。

3）冷凝水質(zhì)受黑、白天時段影響會出現(xiàn)波動，NH4-N排放超出標準限值，需進行針對性的處理。

［1］軒紅鐘，張長樂，汪克春，等．利用新型干法水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾系統(tǒng)介紹［J］．水泥，2012，16（2）：16-19．

［2］王寶明，姜玉亭．水泥窯協(xié)同處置城市生活垃圾技術及其在我國的應用現(xiàn)狀［J］．資源環(huán)保，2014，21（4）：74-79．

［3］陳蕾，楊學權，辛美靜．城市生活垃圾成分及其波動對水泥窯的影響分析［J］．水泥，2010，3（9）：19-22．

［4］周圣慶，王占磊，陳竹，等．深度脫水低溫干化焚燒發(fā)電的污泥處置工藝可行性研究［J］．環(huán)境衛(wèi)生工程，2014，22（3）：61-65．

［5］陳必鳴，盧歡亮，陳偉鋒，等．利用水泥窯處置城市生活垃圾的技術研究［J］．環(huán)境衛(wèi)生工程，2011，19（1）：41-42．

［6］孫進，劉淑玲，王琦，等．利用水泥生產(chǎn)中余熱干燥生活垃圾的試驗研究［J］．環(huán)境衛(wèi)生工程，2016，24（3）：6-12．

［7］吳亞娟，李曉東，嚴建華，等．城市生活垃圾典型組分干燥特性實驗研究［J］．能源與環(huán)境，2011（6）：40-47．

［8］陳梅倩，陳允軒，賈力，等．高水分城市生活垃圾干燥過程的動力學分析［J］．華北電力大學學報，2008，35（3）：75-78．

［9］郭囧．城市生活垃圾生物干燥處理技術的實驗研究［J］．環(huán)境衛(wèi)生工程，2013，21（3）：28-31．

［10］潘永康，王喜忠，劉相東.現(xiàn)代干燥技術［M］．2版.北京：化學工業(yè)出版社，2007．

·消息·

我國將大幅修改環(huán)保標準

中國固廢網(wǎng)訊環(huán)保部近日印發(fā)《國家環(huán)境保護標準“十三五”發(fā)展規(guī)劃》。根據(jù)規(guī)劃，“十三五”期間，環(huán)境保護部將全力推動約900項環(huán)保標準制修訂工作。同時，將發(fā)布約800項環(huán)保標準，包括質(zhì)量標準和污染物排放(控制)標準約100項，環(huán)境監(jiān)測類標準約400項，環(huán)境基礎類標準和管理規(guī)范類標準約300項，支持環(huán)境管理重點工作。

Drying Kinetics of Municipal Solid Waste Co-processing by Cement Kiln

Zhang Zikun，Liu Shuling，Wang Qi，Sun Jin，Long Weize
（North China Municipal Engineering Design&Research Institute Co.Ltd.，Tianjin300381）

In order to make full use ofwaste heat in cement production，the drying kineticsexperimental research of the domestic waste under the sieve wascarried out.We estimated the average heat and mass transfer coefficients on the constant velocity section，and done a lotsofsampling analysisofthe tail gascondensate water quality.The resultsshowed that the drying rate of the siftage increased as the temperature or the velocity of the hot air increased，and decreased with the bed depth increased. The average heat and mass transfer coefficient increased obviously with the bed depth or hot air velocity.And the bed depth is the most important influential factor，while the influence of the hot air temperature isrelatively weak.The COD，SS and BOD5of the tail gas condensate water could satisfy the third standard of the Integrated Wastewater Discharge Standard（GB 8978—1996），but the NH4-N discharge exceeded the limit.

MSW；cement kiln；co-processing；drying kinetics；waste heat utilization

X705

A

1005-8206（2017）02-0001-04

張子坤（1986—），碩士，主要從事固體廢物處置的研究和設計工作。

E-mail：zk19860913@163.com。

中國建筑設計研究院（集團）科技計劃項目（SANY-03-2015）

2016-11-14