高原缺氧环境下生活垃圾焚烧特性及数值模拟研究

At present,Municipal Solid Waste(MSW) was landfilled totally in Tibet. Due to the increasing limitations of landfill as difficulty of site selection and environmental risks of Landfill site.ect, It is an inevitable trend to solve the increasing MSW generated in the process of urbanization in Tibet region by using incineration technology. Incineration as a combustible aerobic combustion process, the oxygen content has decisive effect on the burning effect and flue gas emission characteristics. As a result of plateau air containing oxygen only up to 62% (4000m)of plain area, people are facing some challenges and difficulties on the aspects of effect, stable operation, flue gas discharge etc. of MSW incineration in plateau region. at present at home and abroad there is no related research reports. The project using the natural laboratory of hypoxia environment in Tibet plateau, analysing differences of MSW incineration between hypoxia environment in plateau region (in the same condition) and plain areas, investigating how different factors affect flue gas emission characteristics in incineration process as temperature, oxygen, altitudinal gradient, MSW component etc, and the flue gas emission characteristics in open-air in incineration process through MSW incineration experiment method; finally work on incineration mechanism,verifying the MSW incineration effect through numerical simulation method.As results will provide basic data for MSW incineration engineering for Tibet and other similar high altitude areas.

目前西藏生活垃圾全部采用土地填埋方式处置。填埋场选址难、环境风险大等局限日益突出，因此在西藏采用焚烧技术处理生活垃圾是解决西藏城镇化过程中日趋增长的生活垃圾的必然趋势。焚烧作为垃圾中可燃成分有氧燃烧过程，氧气含量对焚烧效果及烟气排污特性产生决定性作用。由于高原地区空气中含氧量只有平原地区的62%（4000m），垃圾焚烧效果、焚烧稳定运行、烟气达标排放等方面面临着一定的挑战和困难，目前国内外尚未见相关研究报道。本项目利用西藏高原缺氧环境这一天然实验室条件，通过垃圾焚烧实验方法，分析高原缺氧环境下垃圾焚烧（相同工况）与平原地区的区别；温度、含氧量、海拔梯度、垃圾组分等不同因素对垃圾焚烧效果和烟气排污特性的影响；考察缺氧环境下垃圾露天焚烧烟气排污特性；最后通过数值模拟方法研究焚烧机理，验证垃圾焚烧效果。研究成果将为西藏及类似西藏高海拔缺氧地区垃圾焚烧处理提供基础数据。

焚烧是高原城市垃圾处理的主要趋势。高原低压缺氧的自然环境条件对高原垃圾焚烧带来了区域性挑战。本项目针对高原低压缺氧环境条件下垃圾焚烧开展了实验研究。结果如下（1）拉萨市生活垃圾物理组分主要以纸类、塑料橡胶、植物和灰、渣为主；含水率介于24.39%（旱季）至36.94%（雨季）之间，雨季明显高于旱季且含水率明显低于国内其他城市；生活垃圾干基高位发热量平均值为12808.47 kJ/kg；湿基高位发热量平均值为8787.63 kJ/kg；达到了焚烧所需热值限值, 适合采用焚烧处理；拉萨市生活垃圾热重快速失重主要发生在270℃-530℃之间，失重率达85%-95%；拉萨市生活垃圾中C元素（30.93%），H元素（4.09%）、N元素（2.79%）、S元素（0.39%）、Cl元素（2.11%）；拉萨市生活垃圾中重金属Cu、Pb、Cr、Hg、Cd浓度的分别为120.507 mg/kg、9.445 mg/kg、60.459 mg/kg、2.914 mg/kg和0.904 mg/kg。.（2）垃圾焚烧产生的烟气中SO2、CO、粉尘等指标高原地区低于平原地区，这可能是由于拉萨市焚烧厂正常工况下焚烧温度一直在1000℃以上，温度在炉膛内保持较高，进行充分燃烧；焚烧厂进行烟气净化系统中布袋上铺设有石灰原因，进一步减少了粉尘、SO2的排放；高原地区垃圾焚烧NOx排放高于平原地区，可能是由于排放的NO浓度随温度升高不断增大，使挥发分燃烧速率迅速增大，含氮化合物受热分解为NH3与HCN的量增加，更多的NH3与HCN被氧化成NO使NO生成量增加；同时高温下残留在焦炭中的氮进行氧化反应生成 NO；高原地区焚烧中产生的HCI高于平原地区，但是并没与出现超出标准值。.（3）本文研究结果显示，经过工艺改良后，拉萨垃圾焚烧厂的焚烧烟气经净化后可达标排放，重要污染物如二噁英含量较内地焚烧厂低，对周边环境污染程度小。焚烧产生的固体废弃物如飞灰、炉渣在经过有效处理后进行卫生填埋，杜绝了重金属污染等环境问题，后续研究应注重提高高原地区垃圾焚烧的可持续发展潜力。环境、能源与经济分析结果显示，拉萨垃圾焚烧厂在西藏高原地区可以在环保达标、能源利用高效以及经济效益良好的情况下稳定运行。首次将垃圾焚烧技术应用于西藏高原地区，不仅实现了生活垃圾处置减量化、资源化及无害化，也为垃圾焚烧技术应用于高原其他地区奠定了实践经验。