生物质与城市生活垃圾混烧特性的实验研究

摘要：针对城市生活垃圾与煤混烧发电方法经济效益较差的缺点，建立了生物质与城市生活垃圾混烧实验系统，测试了系统设计和运行中主要可控参数对炉膛温度和燃料燃烧效率的影响。结果表明：炉膛温度随一次风率和掺混质量百分含量的增大而增大，随过量空气系数的增大而降低；燃料燃烧效率随一次风率和掺混质量百分含量的增大而增大，随过量空气系数的增大，先增大后减小；当过量空气系数为1.7、掺混质量百分含量为15％、一次风率为75％时，炉膛温度为880℃，燃料燃烧效率为97.4％。
关键词：垃圾焚烧；生物质；炉膛温度；燃烧效率
引言
目前，城市生活垃圾的常用处理方法有卫生填埋、堆肥、焚烧和热解4种，其中垃圾焚烧发电可以真正实现固体废物的无害化、减量化和资源化处理，也是今后处理城市生活垃圾的重要发展方向。但是，由于城市生活垃圾具有成分复杂、波动性大的特点，为保证燃烧的稳定性，掺煤燃烧是目前垃圾焚烧行业的一大特色。国内外许多学者对城市生活垃圾与煤混烧进行了比较全面的理论和实验研究[3-5]。认为这样处理垃圾不仅浪费了其它的资源，而且运行成本较高、经济效益较差。
相对于煤、石油等常规能源，作为可再生能源的生物质能在能源结构中的地位越来越重要。秸秆具有挥发份高、炭活性高，N、S含量低，灰分低，热值高，生命周期内燃烧过程CO2零排放等特点，特别适合燃烧转化利用，是一种优质燃料。然而，目前生物质与城市生活垃圾混烧的研究鲜有报道，为此进行了生物质与生活垃圾混烧实验的研究，分析结果可以为垃圾发电厂的运营提供参考。
1实验部分
1.1实验装置
实验系统如图1所示。主要包括进料装置、焚烧炉本体、烟气净化装置、控制系统等几部分，其中焚烧炉采用倾斜往复式炉排炉。

图1实验系统流程图
1.2实验材料
表1棉秆和生活垃圾特性

实验用垃圾为天津市津南区城市生活垃圾，掺混的生物质以棉花杆为主，且棉花杆收集后未做预处理。应用Vario EL型元素分析仪进行元素分析，其分析结果如表1所示。
2实验结果与分析
炉膛温度和燃料燃烧效率是评价混烧效果的两个主要因素，因此实验测量了运行中主要可控参数（一次风率、过量空气系数、棉秆的掺混质量百分含量）的变化对炉膛温度和燃料燃烧效率的影响。
2.1炉膛温度的研究
2.1.1一次风率对炉堂温度的影响
图2为过量空气系数α＝1.7、纯垃圾和棉秆的掺混质量百分含量R＝15％（R＝棉秆的质量／（棉秆质量+垃圾质量））时，一次风率对炉膛温度的影响曲线。一次风量的主要作用是使燃料中的挥发份燃烧及固体焦炭粒子氧化。垃圾和棉秆的主要可燃物质是其中的挥发份，所以在本实验运行范围内，随着一次风率增大，炉膛内的燃料挥发份燃烧更加充分，固体焦炭粒子的氧化更完全，利于进一步的燃烧，因此随着一次风率增大，炉膛温度逐渐增大。但是，在实际运行中，一次风率存在一定的上限，这是因为在过量空气系数一定的情况下，增大一次风量，要减少二次风量，使得炉膛内气流的扰动减弱，减少了可燃物在炉膛内的停留时间，增大了排烟损失；另一方面，一次风量的增大，使得一次风管内的风速、阻力过大，对安全运行不利。

图2一次风率对炉膛温度的影响
2.1.2过量空气系数对炉堂温度的影响
图3为一次风率75％、纯垃圾和棉秆的掺混质量百分含量R＝15％时，过量空气系数对炉膛温度的影响曲线。在本实验运行范围内，随过量空气系数增大，炉膛的温度降低。这是由于随着过量空气系数增大，烟气流量增大，导致炉膛出口烟气热损失增大，因而炉膛内温度降低。

图3过量空气系数对妒膛温度的影响