立體車庫脫水系統對垃圾熱值的影響分析

鄒曉青+東惠惠+魯錦海+陳亞非

摘 要：隨著城市化建設進程的不斷加快，土地資源變得日益緊張，堆肥技術也變得越來越難以滿足處理要求，越來越多的城市生活垃圾采用了焚燒發電的處理方式。針對目前生活垃圾含水率高導致的垃圾焚燒爐排煙溫度高、鍋爐效率低等問題，本研究擬采用立體車庫的思路，通過物理加壓脫水方法降低入爐垃圾含水率，并進一步探究了入爐垃圾含水率對熱值的影響。

關鍵詞：生活垃圾；立體車庫脫水系統；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，隨著工業化國家的城市化和居民消費水平的提高，城市生活垃圾的增長十分迅速。目前，國內垃圾處理一般采用填埋、焚燒和堆肥三種方式。經過對比分析，焚燒法因其占地面積小、處理時間短、處理費用低、減量化顯著（減重一般達80%，減容一般達90%）、無害化較徹底和可回收余熱等優點而具有很大的發展空間。焚燒成為了成熟可靠的垃圾處理主流技術之一，垃圾焚燒發電成為了今后城市生活垃圾處理的主要方式。

1.2 生活垃圾焚燒現狀

目前，國內垃圾焚燒廠生活垃圾一般是按時間順序卸料至貯存坑。自然堆放3-5天后，利用起重機抓把對垃圾進行倒剁、攪拌、移動后入爐燃燒。隨著時間的推進，舊垃圾中微生物所降解的有機物質越來越多，垃圾焚燒熱值隨之減少，而新垃圾含水率極高，不利于燃燒，并且水分蒸發會消耗大量的熱能。由于垃圾數量龐大、混雜，起重機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，導致焚燒煙氣水蒸汽含量高、排煙溫度高、排煙熱損失大、發電效率低。

1.3 立體車庫脫水系統研究意義

本研究借鑒立體車庫的思路，建立了一套脫水系統，實現垃圾脫水、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題，對提高垃圾焚燒爐效率、節能降耗有較大意義；加壓脫水技術側重于運用物理方法減少垃圾含水率，操作能耗較低，垃圾發熱量損失較小。

2 立體車庫脫水系統的設計思路

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

位于第一垃圾倉5內的單位倉可以利用上層單位倉的重力和液壓裝置4的加壓作用將下層單位倉內的垃圾脫水并壓實，水從孔洞8流入第一輸送管道22，進而從第二輸送管道23輸送走，第一輸送管道22和第二輸送管道23用于收集系統運行產生的垃圾滲濾液。而后，單位倉按順序在橫向傳送裝置3的作用下，移至第二垃圾倉6，并在第二垃圾倉6的豎向傳送裝置2的作用下，單位倉按順序上移至第二垃圾倉6上方，通過抓把28抓取移出垃圾倉進行焚燒，右側頂層單位垃圾倉移至左側頂層單位垃圾倉。因此，可實現先放置的垃圾先取出進行焚燒的目的。

3 物理加壓脫水實驗

參照杭州市統計局給出的城市生活垃圾組分數據[1-2]，統一收集和采用自然濕潤狀態下的樣品，根據試樣桶尺寸對垃圾組分中的大顆粒材料進行裁剪，人工配制新鮮垃圾試樣。

新鮮垃圾試樣配制完成后，進行為期一周的加壓脫水試驗，步驟如下：

（1）儀器各系統檢驗。分別調試6個試驗臺的加載系統及滲濾液收集系統等，該裝置借鑒謝焰等研制的城市生活垃圾降解壓縮試驗儀[3]，以滿足試驗的要求，試驗臺見圖3。

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

（3）進行試驗。對6個試樣施加荷載，在試驗開始當天晚上7：00，給1、2、3、4、5、6 垃圾試樣，同時分別施加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，稱取一定質量垃圾樣烘干至恒重。測定其含水率，記錄相關數據。

（4）對實驗數據進行處理，分析研究含水率與加壓壓力和加壓時間的關系，見圖4。

4 生活垃圾熱值測定及分析

本研究利用氧氮式量熱計測定垃圾干樣熱值[4]，結合含水率將干基熱值轉換成濕基熱值[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×時間的關系，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 結束語

本研究采用立體車庫模型的思路，從源頭解決生活垃圾焚燒發電效率低的問題；通過物理加壓方法脫水，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致的垃圾焚燒爐煙氣含濕量高、排煙溫度低等問題；提高了鍋爐效率，增加了垃圾的熱值和利用率，實現了節能減排。通過數據分析，得到了相關規律：加壓時間一定時，脫水率隨加壓壓力增加而增大；加壓壓力一定時，加壓時間越長，出水量越大，垃圾含水率越低，垃圾熱值越高。

參考文獻

[1]柯瀚，劉駿龍，等.不同壓力下垃圾降解壓縮試驗研究[J].巖土工程學報，2010，32（10）：1610-1615.

[2]李曉東，陸勝勇，等.中國部分城市生活垃圾熱值的分析[J].中國環境科學，2001，21（2）：156-160.

[3]謝焰，陳云敏，等.城市生活垃圾降解壓縮試驗儀研制及應用[J].巖土工程學報，2005，27（5）：571-576.

[4]胡建軍，李洪，等.美國PARR6300熱值儀在能源植物熱值測定中的應用[J].學術園地，2009，4：13-14.

[5]何品晶，范愛晶，等.城市垃圾熱值計算方法的探討[J].環境衛生工程，1994，3：3-7.