混合城市生活垃圾工業(yè)化垃圾衍生燃料(RDF)制作工藝研究
1.引言
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國的城市生活垃圾產(chǎn)量日益增加，垃圾處理與處置問題已經(jīng)成為我國大中城市發(fā)展中必須解決的問題目前全國人均生活垃圾產(chǎn)量 440Kg/年［8］，城市生活垃圾總量已達(dá)1.5億噸/年。據(jù)國家環(huán)？偩诸A(yù)測，到2010年全國城市生活垃圾總產(chǎn)量達(dá)1.52億噸，2015年達(dá)到 1.79億噸。解決我國城市生活垃圾的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)垃圾減容化、減量化、資源化、能源化以及無害化處理。目前國際和國內(nèi)采用的垃圾方法主要有：衛(wèi)生填埋、堆肥以及焚燒（后來發(fā)展為焚燒發(fā)電、供熱處理）3種方法。其中垃圾焚燒能更好的達(dá)到垃圾處理得減量化、資源化及無害化治理的目標(biāo) [10~12,16,17,19]。并且具有占地面積小、運(yùn)行穩(wěn)定、對(duì)周圍環(huán)境影響小的特點(diǎn)，因而得到廣泛得采用。但是對(duì)于城市生活垃圾（MSW）直接焚燒、熱解、氣化等存在垃圾易腐敗、惡臭、運(yùn)輸和儲(chǔ)存困難等問題，并且具有便于運(yùn)輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)。將MSW制成垃圾衍生燃料（Rfuse Derined fuel,RDF）是解決上述問題的有效方法并得到了廣泛的引用[6]。RDF生產(chǎn)技術(shù)以垃圾中得廢塑料為主，配合其他可燃垃圾形成固體燃料，可作為供熱鍋爐、發(fā)電鍋爐、水泥窖爐等的燃料。燃燒后得灰渣可以作為制造水泥的有效成分等。為垃圾資源化拓寬了道路，符合環(huán)保發(fā)展的趨勢。
2. RDF產(chǎn)品的分類
RDF技術(shù)已在美國、日本、歐洲一些發(fā)達(dá)國家引起很大得重視[7]。我國雖然垃圾焚燒技術(shù)起步較晚，有關(guān)RDF技術(shù)研究也還不深入，但我國一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市深圳、上海、杭州等，垃圾排放量大，比較集中而且垃圾中有機(jī)物、熱值含量不斷上升，水分、無機(jī)物等含量逐漸減少，加之能源緊張，已經(jīng)具備發(fā)展RDF的條件。目前RDF的分類基本上按照美國ASTM（American Society for Testing and Materials）對(duì)RDF的分類進(jìn)行的［1,2,8，14］。
RDF的產(chǎn)品分類（ASTM）：
RDF 1—分離去除粗大垃圾得一般城市垃圾，疏松狀RDF；
RDF 2—95%是方形的約15cm的細(xì)粒度疏松RDF,沒有分離金屬類的疏松狀RDF；
RDF 3—95%是約5cm四方形細(xì)粒度RDF，出去金屬類、玻璃和不燃物質(zhì)；
RDF 4—95%是通過10號(hào)篩言（2cm過濾網(wǎng)）的粉狀RDF，將金屬類和玻璃類進(jìn)行分類，使其干燥得物質(zhì)；
RDF 5—顆粒狀，方形等形狀成型的RDF；
RDF 6—液狀RDF；
RDF 7—氣體裝RDF。
目前，美國研究的一般是RDF3以上的物質(zhì)，歐洲等國家一般以RDF5為主要研究對(duì)象，日本國內(nèi)說的RDF一般指的是RDF[15]。針對(duì)我國垃圾的高濕、無機(jī)物含量相對(duì)較高得特點(diǎn)，適合制備RDF3及以上的垃圾衍生燃料。
3. 常規(guī)RDF制作工藝介紹
所謂垃圾衍生燃料（RDF）是指從垃圾中去除金屬、玻璃、沙土等不燃物質(zhì)，將垃圾中可燃物質(zhì)（如塑料、纖維、橡膠、木頭、廢紙、食物等）破粹、干燥后加入添加劑，壓縮成所需形狀的固體燃料。
3.1工藝概述
垃圾進(jìn)場經(jīng)預(yù)處理［7］，將可燃部分選出，由一次破粹機(jī)破粹為易干燥的顆粒，物料通過輸送機(jī)送入烘干機(jī)，在烘干機(jī)內(nèi)自動(dòng)滾下。熱風(fēng)在烘干機(jī)上通過，避免物料因與物料直接接觸而著火。通過控制熱風(fēng)調(diào)整含水率，使物料水分降到8%以下。干燥后的煙氣經(jīng)除塵器排除：干燥后的物料送入風(fēng)選機(jī)，將不燃物（灰土、破玻璃、金屬屑等）除去后，進(jìn)入二次破粹機(jī)，將物料破粹為易于成型的小顆粒。添加一定比例的消石灰和防腐劑后進(jìn)入成型機(jī)。成型機(jī)連續(xù)制出RDF，經(jīng)冷卻后通過振動(dòng)篩篩分送入成品的漏斗，由自動(dòng)稱量機(jī)裝袋，篩下物則返回重新成型。
工藝流程圖如下：
 圖1RDF工藝流程簡圖 |
3.2 主要性能指標(biāo)
3.2.1 RDF成分［7］：
水 分：10%以下；
灰 分：12%～25%；
揮發(fā)物質(zhì)：55%～75%；
固 態(tài) 碳：7%～13%；
3.2.2 RDF性能：
發(fā)熱量：12500～17500kJ/kg;
燃 點(diǎn)：210℃～230℃.
3.3關(guān)鍵設(shè)備及主要參數(shù)（以每小時(shí)處理能力為2.5t生產(chǎn)線為例）
3.3.1 一次破催機(jī)［7］：為了便于烘干機(jī)烘干和后續(xù)分選系統(tǒng)的要求，將物料破粹至3cm左右。
3.3.2 二次破粹機(jī)：為適應(yīng)成型系統(tǒng)的要求將可燃物破粹至小于2cm。
3.3.3 干燥系統(tǒng)：根據(jù)垃圾中可燃物的性質(zhì)，對(duì)現(xiàn)有干燥設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，在防止廢塑料熔融和著火條件下，對(duì)可燃物進(jìn)行干燥處理。烘干機(jī)轉(zhuǎn)速：100r/min,熱風(fēng)進(jìn)口溫度：480℃,出口溫度：109℃.
3.3.4 風(fēng)力分選系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)對(duì)重質(zhì)、中重質(zhì)和輕質(zhì)物料分選，確保RDF有效熱值。
風(fēng)選機(jī)：全壓954Pa,風(fēng)量：24290m3/h。
3.3.5 成型系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)RDF形狀一致，以利于燃燒的穩(wěn)定性。
成型機(jī)產(chǎn)量：50kg/min.
4.日本RDF工藝
日本由于國內(nèi)資源缺乏，很早開始采取RDF工藝[11]，取得成熟的經(jīng)驗(yàn)，處于國際領(lǐng)先水平。日本的垃圾衍生燃料的生產(chǎn)利用設(shè)備，自1990年以后迅速增長，至1996年底達(dá)到19處（運(yùn)行中11處，建設(shè)中5處，計(jì)劃中3處）。以下是日本幾家企業(yè)RDF制作工藝。
4.1日本川崎重工業(yè)公司
日本川崎重工業(yè)公司的垃圾處理技術(shù)是以破粹、分選、燃燒和熱利用技術(shù)為基礎(chǔ)［1］。于1996年建設(shè)了20t/dRDF制造設(shè)備。該制造設(shè)備由破袋、干燥、分選破粹、成型等工序構(gòu)成。個(gè)工序處理內(nèi)容如下：
4.1.1破袋工序：將收集到的袋裝垃圾破袋并破粹為適宜干燥的大小。
4.1.2干燥工序：利用干燥熱風(fēng)進(jìn)行干燥和除臭。
4.1.3分選破粹工序:將不適宜于燃料化的物質(zhì)（帖、鋁、石等）分選、除去破粹成適宜的大小。
4.1.4成型工序：為了防止腐敗，加添加劑。通過成型，成為具有優(yōu)秀運(yùn)輸性、儲(chǔ)存性燃燒性的高密度、高強(qiáng)度RDF燃料。
4.2 田熊公司RDF生產(chǎn)設(shè)備
日本［1］生活垃圾包括含廚芥類，于歐美垃圾相比，水分值高50%左右，所以必須有干燥工序。生活垃圾平均熱量為6280kJ/kg左右，水分約占50%。現(xiàn)在日本以生活垃圾為對(duì)象的RDF制造方式有兩種[5]:
① 供給——破粹——初分選——干燥——二次分選——成型；
② 供給——破粹——分選——成型——干燥。
該公司采用第一種方式。該方式在干燥后分選，除去異物效果較好，可制造優(yōu)質(zhì)的RDF這時(shí)采取將垃圾中的塑料和其他可燃物混合，提高發(fā)熱量，使塑料熔融，使用聯(lián)結(jié)劑使其固型化的方式，F(xiàn)在，混入石灰發(fā)已經(jīng)成為主流，混合石頭能夠抑制有害氣體的產(chǎn)生，燃燒時(shí)可以去除氯。由于燃燒情況有差異，要出現(xiàn)HCl,所以要有除去HCl的設(shè)備。
生產(chǎn)過程如下：垃圾直接投入料斗，用供給傳遞機(jī)投入破粹機(jī)，破粹機(jī)使用低速雙軸遮斷式，刃厚3.5mm進(jìn)行剪切。破粹機(jī)也兼做破袋機(jī)，破粹后用永磁傳送帶松帶式磁選機(jī)除去鐵成份，在干燥機(jī)使水根減少到50%以下，為優(yōu)質(zhì)得固體成型物，如果水分在10%以上，水蒸氣從成型機(jī)噴嘴吹出，成為不能成型的散亂狀態(tài)，所以在投入干燥機(jī)前和干燥后出口要安裝連續(xù)式分水計(jì)，掌握垃圾的水分狀態(tài)。
4.3 日立制作所的產(chǎn)業(yè)廢棄物衍生燃料制作
日立［1］制作所的產(chǎn)業(yè)廢棄物衍生燃料制作流程收集到的垃圾通過料斗、傳送器進(jìn)入粗破粹機(jī)進(jìn)行粗破催。粗破粹物通過傳送帶送到網(wǎng)狀分選機(jī)，將鐵屑等金屬分別去除后，送到兒次破粹機(jī)細(xì)破粹。通過二次破粹物輸送帶將紙屑、木屑、廢塑料等分別送到各自的定量供給機(jī)，再送到熱壓縮成型機(jī)，可防止廢棄物散落和臭味發(fā)散。同時(shí)也可用垂直配管，使裝置占地面積減小。從各定量供給機(jī)運(yùn)送到熱壓縮成型機(jī)途中，用石灰供給機(jī)加入石灰，中和、控制燃燒時(shí)發(fā)生的氯氣，又可以減輕 RDF燃燒后的排氣對(duì)鍋爐配管的腐蝕問題。熱壓縮成型機(jī)用雙軸螺旋將式，加熱廢棄物，將廢塑料融化作為連接劑。設(shè)備的處理能力為4.8t/d，RDF成分為紙屑40%，廢塑料約20%，木屑約40%。
5.新型垃圾衍生燃料(RDF)的制備
目前，世界各國對(duì)RDF的進(jìn)一步應(yīng)用基本以焚燒并回收部分熱能為主［3］，存在嚴(yán)重的二惡英污染和高溫氯腐蝕問題。盡管部分發(fā)達(dá)國家采用在RDF中加入固氯劑、同時(shí)配合3T(temperrature,time,turbulence)技術(shù)及相應(yīng)的尾氣處理技術(shù)有效的解決了上述問題，但是巨大的投資和驚人得運(yùn)行成本，使包括中國在內(nèi)的發(fā)展中國家無力問津。張憲生，解強(qiáng)等[3,4]人研究了新的制RDF工藝，通過在室溫下進(jìn)行，以經(jīng)過預(yù)處理的生活垃圾和少量煤為主要原料，在不同成型壓力下，利用對(duì)輥成型機(jī)冷壓制備了橢球形RDF產(chǎn)品。測定并分析RDF的機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、密度、反應(yīng)活性等理化指標(biāo)，尋求試驗(yàn)條件下較優(yōu)工藝參數(shù)。
RDF制作工藝如下：
 圖2 制備步驟 |
本實(shí)驗(yàn)主要設(shè)備為SPC-240型破碎機(jī)、對(duì)輥成型機(jī)、TYE-20型抗折抗壓試驗(yàn)機(jī)、測定熱解/氣化性質(zhì)的相關(guān)設(shè)備和儀器。試驗(yàn)步驟如圖2。將自然風(fēng)干的垃圾樣分類破碎，按其原有組成重新混合，分別配如10%、20%、30%的煤，攪拌均勻后，永5MPa壓力預(yù)壓，再分別用5、10、15、20MPa的壓力壓制成型，得到不同壓力下的RDF成品。分別測定RDF的機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性及焦渣反應(yīng)性等各項(xiàng)理化指標(biāo)。
通過試驗(yàn)測[9，13]得利用對(duì)輥成型機(jī)采用無粘結(jié)劑冷壓成型工藝可將MSW制成合格的氣化用垃圾衍生燃料，同時(shí)在成型過程中加入適量的煤能明顯提高 RDF產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，對(duì)不同的煤配比，隨著成型壓力的增加，RDF存在最大下落強(qiáng)度Ic,max,在實(shí)驗(yàn)條件下，得到的較優(yōu)工藝參數(shù)為煤配比 30%，成型壓力15MPa。
6.總結(jié)
隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市生活垃圾成分也發(fā)生是著變化，由原來的無機(jī)成分居多到現(xiàn)在的有機(jī)成分大量增加，已經(jīng)具備了發(fā)展RDF工藝的條件。尤其是在北京、上海、杭州等大、中型城市，城市生活垃圾的有機(jī)物含量達(dá)到40%～70%。歐、美國家、日本等國家[18]已經(jīng)擁有成熟的RDF制備工藝，總結(jié)國外的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)采用先進(jìn)城市生活垃圾衍生燃料（RDF）制備工藝，采用適當(dāng)?shù)拿号浔群统尚蛪毫Γ芴岣逺DF燃料的熱值、燃燒穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。很好的實(shí)現(xiàn)城市生活垃圾的資源化、能源化、減量化和無害化。
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