立体车库脱水系统对垃圾热值的影响分析

邹晓青+东惠惠+鲁锦海+陈亚非

摘 要：随着城市化建设进程的不断加快，土地资源变得日益紧张，堆肥技术也变得越来越难以满足处理要求，越来越多的城市生活垃圾采用了焚烧发电的处理方式。针对目前生活垃圾含水率高导致的垃圾焚烧炉排烟温度高、锅炉效率低等问题，本研究拟采用立体车库的思路，通过物理加压脱水方法降低入炉垃圾含水率，并进一步探究了入炉垃圾含水率对热值的影响。

关键词：生活垃圾；立体车库脱水系统；含水率；热值

1 研究背景及意义

1.1 生活垃圾处理背景

近年来，随着工业化国家的城市化和居民消费水平的提高，城市生活垃圾的增长十分迅速。目前，国内垃圾处理一般采用填埋、焚烧和堆肥三种方式。经过对比分析，焚烧法因其占地面积小、处理时间短、处理费用低、减量化显著（减重一般达80%，减容一般达90%）、无害化较彻底和可回收余热等优点而具有很大的发展空间。焚烧成为了成熟可靠的垃圾处理主流技术之一，垃圾焚烧发电成为了今后城市生活垃圾处理的主要方式。

1.2 生活垃圾焚烧现状

目前，国内垃圾焚烧厂生活垃圾一般是按时间顺序卸料至贮存坑。自然堆放3-5天后，利用起重机抓把对垃圾进行倒剁、搅拌、移动后入炉燃烧。随着时间的推进，旧垃圾中微生物所降解的有机物质越来越多，垃圾焚烧热值随之减少，而新垃圾含水率极高，不利于燃烧，并且水分蒸发会消耗大量的热能。由于垃圾数量庞大、混杂，起重机抓把不可能将垃圾按入厂顺序入炉焚烧。入炉的垃圾不按堆放顺序焚烧。垃圾整体含水率高、热值低，导致焚烧烟气水蒸汽含量高、排烟温度高、排烟热损失大、发电效率低。

1.3 立体车库脱水系统研究意义

本研究借鉴立体车库的思路，建立了一套脱水系统，实现垃圾脱水、有序堆放和燃烧，即可降低垃圾含水率，解决了垃圾燃烧热值损耗较多的问题，对提高垃圾焚烧炉效率、节能降耗有较大意义；加压脱水技术侧重于运用物理方法减少垃圾含水率，操作能耗较低，垃圾发热量损失较小。

2 立体车库脱水系统的设计思路

立体车库生活垃圾加压脱水系统，如图1、图2所示。包括用于堆放垃圾的单位仓1、用于上下传送单位仓1的竖向传送装置2、用于左右传送单位仓1的横向传送装置3、液压装置4、滤液输送管道、设置在地表下的垃圾仓，垃圾仓包括第一垃圾仓5和第二垃圾仓6。

位于第一垃圾仓5内的单位仓可以利用上层单位仓的重力和液压装置4的加压作用将下层单位仓内的垃圾脱水并压实，水从孔洞8流入第一输送管道22，进而从第二输送管道23输送走，第一输送管道22和第二输送管道23用于收集系统运行产生的垃圾渗滤液。而后，单位仓按顺序在横向传送装置3的作用下，移至第二垃圾仓6，并在第二垃圾仓6的竖向传送装置2的作用下，单位仓按顺序上移至第二垃圾仓6上方，通过抓把28抓取移出垃圾仓进行焚烧，右侧顶层单位垃圾仓移至左侧顶层单位垃圾仓。因此，可实现先放置的垃圾先取出进行焚烧的目的。

3 物理加压脱水实验

参照杭州市统计局给出的城市生活垃圾组分数据[1-2]，统一收集和采用自然湿润状态下的样品，根据试样桶尺寸对垃圾组分中的大颗粒材料进行裁剪，人工配制新鲜垃圾试样。

新鲜垃圾试样配制完成后，进行为期一周的加压脱水试验，步骤如下：

（1）仪器各系统检验。分别调试6个试验台的加载系统及渗滤液收集系统等，该装置借鉴谢焰等研制的城市生活垃圾降解压缩试验仪[3]，以满足试验的要求，试验台见图3。

（2）装样。配制新鲜垃圾试样，分别在1、2、3、4、5、6 六个试样桶中装200g的试样垃圾，使6个试样的组分、含水率等物理性质指标尽量一致。

（3）进行试验。对6个试样施加荷载，在试验开始当天晚上7：00，给1、2、3、4、5、6 垃圾试样，同时分别施加0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 kg/cm2的竖向压力，共加压7天。每天在晚上7：00 取样，称取一定质量垃圾样烘干至恒重。测定其含水率，记录相关数据。

（4）对实验数据进行处理，分析研究含水率与加压压力和加压时间的关系，见图4。

4 生活垃圾热值测定及分析

本研究利用氧氮式量热计测定垃圾干样热值[4]，结合含水率将干基热值转换成湿基热值[5]。综合考虑各种因素，做曲线模型分析，确定热值与加压压力×时间的关系，见图5。

生活垃圾加压前后含水率变化及热值增量见表1。

5 结束语

本研究采用立体车库模型的思路，从源头解决生活垃圾焚烧发电效率低的问题；通过物理加压方法脱水，降低了生活垃圾的含水率，缓解了由于入炉垃圾含水率高而导致的垃圾焚烧炉烟气含湿量高、排烟温度低等问题；提高了锅炉效率，增加了垃圾的热值和利用率，实现了节能减排。通过数据分析，得到了相关规律：加压时间一定时，脱水率随加压压力增加而增大；加壓压力一定时，加压时间越长，出水量越大，垃圾含水率越低，垃圾热值越高。

参考文献

[1]柯瀚，刘骏龙，等.不同压力下垃圾降解压缩试验研究[J].岩土工程学报，2010，32（10）：1610-1615.

[2]李晓东，陆胜勇，等.中国部分城市生活垃圾热值的分析[J].中国环境科学，2001，21（2）：156-160.

[3]谢焰，陈云敏，等.城市生活垃圾降解压缩试验仪研制及应用[J].岩土工程学报，2005，27（5）：571-576.

[4]胡建军，李洪，等.美国PARR6300热值仪在能源植物热值测定中的应用[J].学术园地，2009，4：13-14.

[5]何品晶，范爱晶，等.城市垃圾热值计算方法的探讨[J].环境卫生工程，1994，3：3-7.