1、序言
统计资料表明，目前全球每年平均产生约100亿t垃圾，全世界垃圾年平均增长速度高达8.02%；而我国城市生活垃圾的排放量每年正以10%上的速度在递增，中国已成为世界上垃圾包袱最重的国家之一，城市生活垃圾的增长已成为影响中国可持续发展的制约因素。全国400多座大中城市中，已经有2/3被城区外的垃圾群包围。我国大中城市年产垃圾1亿t以上，绝大部分堆积在城郊，未经处理，垃圾堆存量逾70多亿t．侵占土地面积达5亿㎡；垃圾中产生的有害有毒物质渗透到地下和河流中，对环境、水源和土质造成极大的危害，给城市带来不容忽视的隐性危害。
随着人民生活水平的提高，我国生活垃圾成分的构成也发生了很大的变化，可燃的有机物不断增加，垃圾的值越来越高。以北京为例，年产垃圾400多万t，垃圾中的灰土、炉渣等不可燃物所占的比例从90年代初的53%下降到目前的10%以下；而垃圾中的纸类、织物、塑料等可燃物的比例已由40%增加到80%以上，垃圾的热值也由过去的3 349 kj/kg上升到5 860 kj/kg,其中“有机可燃物”的发热值高。研究发现，2 t垃圾燃烧所产生的热量，相当于1 t煤炼烧的热量。垃圾燃烧后，再通过发电机组可转化为电能。
“垃圾发电”是将垃圾通过特殊工艺处理，实现综合利用，其特点是减量性好，无害化程度高，防污染彻底且有一定的经济回报。因而，“垃圾发电”是世界上许多先进国家和地区最常采用的技术方法，在国际上已开始成为新的投资热点：世界上出现了“以微生物技术从填埋的城市垃圾中制取沼气发电”、“垃圾专用焚烧炉余热发电”和“垃圾制成的同体燃料直接燃烧发电”等多种类型的新兴垃圾发电技术：而“垃圾焚烧余热发电”和“垃圾制成的固体燃料”技术，在英国、印度等也都已投入使用，效益可观。与其它处理城市垃圾的方法相比，具有占地少、可回收能源，达到减量化和资源化处理的月的。
尽管目前我国城市生活垃圾无害化处理的主要方法还是卫生填埋，其次是高温堆肥和焚烧，但是我国已经开始重视垃圾发电的开发。因此，垃圾发电在我国将会成为垃圾无害化处理的一个重要措施。一期投资达4亿元人民币、日处理量超千吨的现代大型城市垃圾环保利用项日→宁波枫林垃圾发电厂，已通过专家组验收并投人讵式运行。至此，宁波继深圳、珠海之后，成为我国第3个实现”垃圾发电“的城市。有专家预测，21世纪垃圾发电将成为与太阳能发电、风力发电、生物质能并驾齐驱的无公害新能源。
2、试验方法和过程
2.1 垃圾热解试验
（1）原料准备
在试验中采用人工分拣方法，准备原料垃圾。原料准备分3个步骤：
① 原始垃圾干燥。垃圾经太阳晒千，去除水分。其垃圾成分组成如表1。
表1 垃圾成分概况
|
有机垃圾部分 |
无机垃圾部分 |
|
厨余 |
纸张 |
塑料 |
木竹 |
纤维 |
合计 |
炉灰 |
砾石 |
金属 |
玻璃 |
合计 |
|
2 |
1 |
10 |
3 |
3.0 |
20 |
68 |
10 |
1.0 |
1.0 |
80 |
②垃圾分拣。将可燃成分和不可燃成分分开，垃圾中可燃组分占20%，不可燃组分占80%。可燃组分包括：塑料袋、塑料外包装、纸张、纤维、碎布、树叶、木质组分等，其中塑料组分占70%。
③将可燃组分粉碎。粉碎后的尺寸小于5mm。
经晒干、分拣及粉碎后的可燃组分的特性为堆积密度：280 Kg/m
3;含水率：6%；粒度：小于5mm；干基灰分：22.6%；热值：18893 kj/kg。
(2)热解初探
试验在实验室中采用AS 711装置热重天平进行。
将粉碎处理好的垃圾，置于氮气保护条件下，在一定温度和时间内完成热解，热解原料在炉内停留时问为13 s，试验情况和分析结果如下：
① 解温度550 %：干基得炭：13.9%； 灰分：22.6%；气体中焦油产品：19.9%。
②热解温度700℃：干基得炭：10.1%； 灰分：26.6c7c；气体中焦油产品：11.9%。
通过在实验室中对垃圾进行热解试验，并与木屑在相同条件下进行对比，从产生的气体速度看出，垃圾热解反应速度比生物质快。
2.2垃圾气化试验
(1)原料准备
原料同实验室中相同。
(2)试验装置
试验采用流态化气化炉。
流态化气化炉结构如图1，主耍由螺旋加料器、料斗、反应段和分离段4部分组成。
(3)工艺流程
人工将处理后的固体垃圾送人料仓(13)，垃圾经螺旋进料器(12)送入流态气化炉(3)中，进行流化气化反应。产生的气体经旋风分离器(14)、惰性除尘器(5)、水洗塔(6、7)、过滤器(8)，由罗茨鼓风机(9)经水封(10)送入气柜(11)。
气化试验在锥形流态气化炉中进行，在垃圾原料投入气化炉之前，将气化炉中部温度预热至600℃以上，垃圾气化反应温度在600～750 ℃范围内，气化炉进料速度为91.7 kg/h，煤气产量为200m
3／h，所产生的煤气成分及热值见表2。在反应温度为550℃时，试验所产生的气体，有汽油味。与生物质比，固体垃圾的灰分量高，但很松散（与草木灰差不多）。在本试验条件下，未见熔融状态。
3、试验数据分析及讨论
3.1原料处理
(1)本试验采用的垃圾，前期干燥、分拣及粉碎均由人工完成，因此本次采用的气化原料受到人为的因素影响，原料的代表性需进一步研究。
(2)由人工分拣出的可燃成分占垃圾总量的1 00/e左右，其余部分为不可燃成分，可燃成分中主要是塑料制品，占可燃成分总量的70%左右，其余的是纤维、纸张、树叶及木质组分等，这部分可燃成分经太阳晒干后，采用粉碎机粉碎至一定的粒径，因塑料袋、纤维等物料是柔性的，采用普通粉碎机粉碎有一定难度且效率很低，如大规模使用需选用高效粉碎设备。
(3)考虑到垃圾分拣出的原料比较少，试验韧期气化炉采用秸秆原料预热，待气化炉操作正常时，将垃圾原料投入气化炉，根据试验过程中原料的进料情况、气化炉床层的压降情况以及所产生的煤气燃烧情况判断，所投入的垃圾原料可在气化炉稳定地完全气化，所产生的煤气可稳定的燃烧。
3.2热解
从试验室的热解试验研究数据分析可以看到，在相同条件下，以干燥无灰基计算，垃圾产生的炭和可凝物质比生物质少。得炭约为生物质的70%，得可凝产品约为生物质的60%。
3.3气化
(1)在气化过程中，当气化温度达到550℃时，气体中发出明显的汽油味。说明固体垃圾产生的气体成分中含有较多的烃类物质，这是生物质所不具备的。
(2)试验初期气化炉采用秸秆原料预热炉体，待气化炉操作稳定之后将垃圾原料投入气化炉，根据试验过程中原料的进料情况、气化炉床层的压降情况以及所产生的煤气燃烧情况判断，所投入的垃圾原料可在气化炉中连续稳定地完全气化，所产生的煤气燃烧情况很好。
(3)垃圾气化后的灰分含量虽高，但松散（与草木灰差不多），未见熔融状态。有利于气化操作。
(4)垃圾气化产生的气体中烃类物质含量明显的高，最高可达6%，这也是垃圾气化热值高的原因。
(5)从表2中我们可以看到，气化温度对CO、CO
2的含量影响不大，对CH4和C
mH
n。的影响比较大。究其原因可能是因为固体垃圾原料中含有较多的塑料有机物，另外其中的纤维类有机物经过较长时间的堆放，产生过生物降解过程，使得其更有利于热解、气化，从而改变了热解过程，产生较多的烃类物质。
4、结论
(1)城市固体垃圾分离后的有机物是很好的气化原料，其产生的气体可以作为发电、生活用气和燃烧锅炉用。
(2)处理后的固体垃圾的热解速度比较快，热解比较容易。但是其固体产物的灰分含量高达72%以上。
(3)用流态化气化炉进行城市固体垃圾气化在技术上是可行的。可以制得6500～7500 kj/m
3的较高热值煤气。
(4)城市固体垃圾的气化比生物质气化更容易。
