垃圾围城”现象给中国城市发展带来的环境污染问题日益严重，焚烧已成为城市生活垃圾处理的主流方式。由于中国生活垃圾含水率高，焚烧过程中需要外加化石燃料，在一定程度上增加了能源需求负荷，并带来一系列环境问题^[1]。而生物质燃料是一种资源丰富、可再生利用的清洁能源，将其与生活垃圾混烧可以实现 2 种固体废弃物的协同处理，解决部分垃圾焚烧厂在运行中存在的垃圾量不足、垃圾热值偏低问题，避免因生物质随意堆放、露天燃烧造成的环境污染和威胁城市交通安全等问题^[2-3]。目前针对生活垃圾混烧生物质的研究普遍采用的是未经预处理的生物质，但因其体积膨松，能源密度低，季节性强，材料运输和储存成本高昂，直接送入焚烧厂进行燃烧热效率仅为 10%～15%；且生物质本身含水率高，导致生物质在长期运输储存过程中易出现发霉变质和积热自燃等问题，降低焚烧炉内燃烧温度，抑制燃烧

试验用垃圾样品按合肥市生活垃圾典型可燃组分比例配比混合而成，包括厨余、竹木、塑料、橡胶、废纸、织物，各组分比例见表 1。生物质燃料选用 4 种代表性柱状成型秸秆颗粒：稻秆、棉花秆、玉米秆和玉米芯，成型密度为 1.1～1.2 g/cm³，直径 10 mm，长度 12～ 20 mm。混合样中各燃料的工业分析及元素分析见表 2。

试验系统如图 1 所示，主要由供气系统、管式炉反应器和数据采集系统 3 部分组成。其中管式炉为合肥科晶材料技术有限公司生产的 OTF-1200X-70-II 双温区管式炉，加热元件为掺钼铁鉻铝电阻丝，较高工作温度 1 200℃，加热区总长度 400 mm，智能化 30 段可编程控制和超长加热区可为燃料提供充分的燃烧空间和稳定的燃烧环境温度。上海硅莱实业有限公司生产的 GA-81X 无油空气压缩机和 LZB-6WB 流量计可为试验提供恒定的反应气。试验前先向炉内通入恒定的空气量 1 L/min，当炉温达到设定温度时，用送样杆将载有试验材料的坩埚迅速推进反应器中心加热部分，燃烧产生的烟气由德国德图公司生产的 testo350 烟气分析仪进行实时监测，采样时间间隔为 2 s。为减少试验随机和偶然误差，所有试验均重复 3 次。

因生物质或生活垃圾燃烧过程中产生的 NO_x 中约95%为 NO^[10]，本文重点分析 NO 排放特性。燃烧过程中燃料型 NO 生成量远大于快速型和热力型 NO，燃料型 NO 分别来自于挥发分氮和焦炭氮，挥发分氮通过气相 N 形式，先生成 NO 前驱物（NH₃ 和 HCN 等），然后在氧化气氛下生成 NO，或在还原性气氛中将 NO 还原为 N₂；焦炭氮主要通过氧化反应生成 NO^[8]，Fenimore^[11]于 1971 年较早提出快速型 NO_x 很可能是形成于燃烧火焰前沿处，而与温度基本无关。本试验温度较低，热力型 NO 生成量较低，文中不做考虑。

图 3a 给出了不同掺混比下烟气中 NO 随时间的变化规律，不同于图 2 所示的 CO 排放规律，各掺混比下 NO 排放曲线均呈现双峰结构，主要为挥发分氮析出峰和焦炭氮燃烧峰，焦炭氮燃烧峰值远高于挥发分氮析出峰值（掺混比 5:5 除外），主要因为两者在形成方式和时间上不一致造成。随着棉花秆颗粒含量增加，挥发分氮析出峰值和峰区间逐渐增大，峰值出现点前移，原因是燃烧初期以挥发分燃烧为主，挥发分中部分氮转化为 NH₃ 和 HCN 等，棉花秆含量越高混合样中挥发分越多，越多的 NH₃ 和 HCN 被氧化成 NO，NO 析出量越大。燃烧中后期，当垃圾掺混量高于棉花秆颗粒时，焦炭氮燃烧峰值随着掺混比的增加而显著增加，是由于棉花秆中含有相对较多的 K、Ca、Na 碱金属离子的活性成分^[12]，作为反应活化中心承担氧的载体作用，携带更充分的氧进入到固定氮发生反应生成 NO，解海卫等^[13]研究的生活垃圾与生物质混烧发电中棉花秆百分含量对 NO_x 排放的影响，也得到了类似结论。随着棉花秆颗粒含量进一步增加，当垃圾掺混量低于棉花秆颗粒时，焦炭氮燃烧峰值逐渐减小，是因为成型后的棉花秆属于纤维结构，当挥发分快速析出后形成大量的多孔性焦炭，具有较高的孔隙率增加了反应比表面积，能够促进 NO 与焦炭的还原反应。当掺混比为 5:5 时，挥发分氮析出峰值反而略高于焦炭氮燃烧峰值，挥发分氮析出峰值分别高于垃圾与棉花秆单独燃烧情况，表明当棉花秆与垃圾等量燃烧时燃烧速率加快，生活垃圾和棉花秆颗粒的燃烧是既独立又相互影响的。

结合图 3b，通过方差分析得出 P＜0.01，可知生活垃圾与棉花秆在不同掺混比下燃烧 NO 生成量差异显著。垃圾掺混棉花秆颗粒后 NO 生成量高于垃圾单独燃烧，主要原因是由于还原性气体 CO 能将部分 NO 还原成 N₂，加入成型后的棉花秆颗粒后，提高了燃烧效率，CO 排放浓