混合城市生活垃圾工业化垃圾衍生燃料(RDF)制作工艺研究
1.引言
随着我国经济的快速发展，我国的城市生活垃圾产量日益增加，垃圾处理与处置问题已经成为我国大中城市发展中必须解决的问题目前全国人均生活垃圾产量 440Kg/年［8］，城市生活垃圾总量已达1.5亿吨/年。据国家环保总局预测，到2010年全国城市生活垃圾总产量达1.52亿吨，2015年达到 1.79亿吨。解决我国城市生活垃圾的目标是实现垃圾减容化、减量化、资源化、能源化以及无害化处理。目前国际和国内采用的垃圾方法主要有：卫生填埋、堆肥以及焚烧（后来发展为焚烧发电、供热处理）3种方法。其中垃圾焚烧能更好的达到垃圾处理得减量化、资源化及无害化治理的目标 [10~12,16,17,19]。并且具有占地面积小、运行稳定、对周围环境影响小的特点，因而得到广泛得采用。但是对于城市生活垃圾（MSW）直接焚烧、热解、气化等存在垃圾易腐败、恶臭、运输和储存困难等问题，并且具有便于运输的优点。将MSW制成垃圾衍生燃料（Rfuse Derined fuel,RDF）是解决上述问题的有效方法并得到了广泛的引用[6]。RDF生产技术以垃圾中得废塑料为主，配合其他可燃垃圾形成固体燃料，可作为供热锅炉、发电锅炉、水泥窖炉等的燃料。燃烧后得灰渣可以作为制造水泥的有效成分等。为垃圾资源化拓宽了道路，符合环保发展的趋势。
2. RDF产品的分类
RDF技术已在美国、日本、欧洲一些发达国家引起很大得重视[7]。我国虽然垃圾焚烧技术起步较晚，有关RDF技术研究也还不深入，但我国一些经济发达城市深圳、上海、杭州等，垃圾排放量大，比较集中而且垃圾中有机物、热值含量不断上升，水分、无机物等含量逐渐减少，加之能源紧张，已经具备发展RDF的条件。目前RDF的分类基本上按照美国ASTM（American Society for Testing and Materials）对RDF的分类进行的［1,2,8，14］。
RDF的产品分类（ASTM）：
RDF 1—分离去除粗大垃圾得一般城市垃圾，疏松状RDF；
RDF 2—95%是方形的约15cm的细粒度疏松RDF,没有分离金属类的疏松状RDF；
RDF 3—95%是约5cm四方形细粒度RDF，出去金属类、玻璃和不燃物质；
RDF 4—95%是通过10号筛言（2cm过滤网）的粉状RDF，将金属类和玻璃类进行分类，使其干燥得物质；
RDF 5—颗粒状，方形等形状成型的RDF；
RDF 6—液状RDF；
RDF 7—气体装RDF。
目前，美国研究的一般是RDF3以上的物质，欧洲等国家一般以RDF5为主要研究对象，日本国内说的RDF一般指的是RDF[15]。针对我国垃圾的高湿、无机物含量相对较高得特点，适合制备RDF3及以上的垃圾衍生燃料。
3. 常规RDF制作工艺介绍
所谓垃圾衍生燃料（RDF）是指从垃圾中去除金属、玻璃、沙土等不燃物质，将垃圾中可燃物质（如塑料、纤维、橡胶、木头、废纸、食物等）破粹、干燥后加入添加剂，压缩成所需形状的固体燃料。
3.1工艺概述
垃圾进场经预处理［7］，将可燃部分选出，由一次破粹机破粹为易干燥的颗粒，物料通过输送机送入烘干机，在烘干机内自动滚下。热风在烘干机上通过，避免物料因与物料直接接触而着火。通过控制热风调整含水率，使物料水分降到8%以下。干燥后的烟气经除尘器排除：干燥后的物料送入风选机，将不燃物（灰土、破玻璃、金属屑等）除去后，进入二次破粹机，将物料破粹为易于成型的小颗粒。添加一定比例的消石灰和防腐剂后进入成型机。成型机连续制出RDF，经冷却后通过振动筛筛分送入成品的漏斗，由自动称量机装袋，筛下物则返回重新成型。
工艺流程图如下：
 图1RDF工艺流程简图 |
3.2 主要性能指标
3.2.1 RDF成分［7］：
水 分：10%以下；
灰 分：12%～25%；
挥发物质：55%～75%；
固 态 碳：7%～13%；
3.2.2 RDF性能：
发热量：12500～17500kJ/kg;
燃 点：210℃～230℃.
3.3关键设备及主要参数（以每小时处理能力为2.5t生产线为例）
3.3.1 一次破催机［7］：为了便于烘干机烘干和后续分选系统的要求，将物料破粹至3cm左右。
3.3.2 二次破粹机：为适应成型系统的要求将可燃物破粹至小于2cm。
3.3.3 干燥系统：根据垃圾中可燃物的性质，对现有干燥设备进行改进，在防止废塑料熔融和着火条件下，对可燃物进行干燥处理。烘干机转速：100r/min,热风进口温度：480℃,出口温度：109℃.
3.3.4 风力分选系统：实现对重质、中重质和轻质物料分选，确保RDF有效热值。
风选机：全压954Pa,风量：24290m3/h。
3.3.5 成型系统：实现RDF形状一致，以利于燃烧的稳定性。
成型机产量：50kg/min.
4.日本RDF工艺
日本由于国内资源缺乏，很早开始采取RDF工艺[11]，取得成熟的经验，处于国际领先水平。日本的垃圾衍生燃料的生产利用设备，自1990年以后迅速增长，至1996年底达到19处（运行中11处，建设中5处，计划中3处）。以下是日本几家企业RDF制作工艺。
4.1日本川崎重工业公司
日本川崎重工业公司的垃圾处理技术是以破粹、分选、燃烧和热利用技术为基础［1］。于1996年建设了20t/dRDF制造设备。该制造设备由破袋、干燥、分选破粹、成型等工序构成。个工序处理内容如下：
4.1.1破袋工序：将收集到的袋装垃圾破袋并破粹为适宜干燥的大小。
4.1.2干燥工序：利用干燥热风进行干燥和除臭。
4.1.3分选破粹工序:将不适宜于燃料化的物质（帖、铝、石等）分选、除去破粹成适宜的大小。
4.1.4成型工序：为了防止腐败，加添加剂。通过成型，成为具有优秀运输性、储存性燃烧性的高密度、高强度RDF燃料。
4.2 田熊公司RDF生产设备
日本［1］生活垃圾包括含厨芥类，于欧美垃圾相比，水分值高50%左右，所以必须有干燥工序。生活垃圾平均热量为6280kJ/kg左右，水分约占50%。现在日本以生活垃圾为对象的RDF制造方式有两种[5]:
① 供给——破粹——初分选——干燥——二次分选——成型；
② 供给——破粹——分选——成型——干燥。
该公司采用第一种方式。该方式在干燥后分选，除去异物效果较好，可制造优质的RDF这时采取将垃圾中的塑料和其他可燃物混合，提高发热量，使塑料熔融，使用联结剂使其固型化的方式。现在，混入石灰发已经成为主流，混合石头能够抑制有害气体的产生，燃烧时可以去除氯。由于燃烧情况有差异，要出现HCl,所以要有除去HCl的设备。
生产过程如下：垃圾直接投入料斗，用供给传递机投入破粹机，破粹机使用低速双轴遮断式，刃厚3.5mm进行剪切。破粹机也兼做破袋机，破粹后用永磁传送带松带式磁选机除去铁成份，在干燥机使水根减少到50%以下，为优质得固体成型物，如果水分在10%以上，水蒸气从成型机喷嘴吹出，成为不能成型的散乱状态，所以在投入干燥机前和干燥后出口要安装连续式分水计，掌握垃圾的水分状态。
4.3 日立制作所的产业废弃物衍生燃料制作
日立［1］制作所的产业废弃物衍生燃料制作流程收集到的垃圾通过料斗、传送器进入粗破粹机进行粗破催。粗破粹物通过传送带送到网状分选机，将铁屑等金属分别去除后，送到儿次破粹机细破粹。通过二次破粹物输送带将纸屑、木屑、废塑料等分别送到各自的定量供给机，再送到热压缩成型机，可防止废弃物散落和臭味发散。同时也可用垂直配管，使装置占地面积减小。从各定量供给机运送到热压缩成型机途中，用石灰供给机加入石灰，中和、控制燃烧时发生的氯气，又可以减轻 RDF燃烧后的排气对锅炉配管的腐蚀问题。热压缩成型机用双轴螺旋将式，加热废弃物，将废塑料融化作为连接剂。设备的处理能力为4.8t/d，RDF成分为纸屑40%，废塑料约20%，木屑约40%。
5.新型垃圾衍生燃料(RDF)的制备
目前，世界各国对RDF的进一步应用基本以焚烧并回收部分热能为主［3］，存在严重的二恶英污染和高温氯腐蚀问题。尽管部分发达国家采用在RDF中加入固氯剂、同时配合3T(temperrature,time,turbulence)技术及相应的尾气处理技术有效的解决了上述问题，但是巨大的投资和惊人得运行成本，使包括中国在内的发展中国家无力问津。张宪生，解强等[3,4]人研究了新的制RDF工艺，通过在室温下进行，以经过预处理的生活垃圾和少量煤为主要原料，在不同成型压力下，利用对辊成型机冷压制备了椭球形RDF产品。测定并分析RDF的机械强度、热稳定性、密度、反应活性等理化指标，寻求试验条件下较优工艺参数。
RDF制作工艺如下：
 图2 制备步骤 |
本实验主要设备为SPC-240型破碎机、对辊成型机、TYE-20型抗折抗压试验机、测定热解/气化性质的相关设备和仪器。试验步骤如图2。将自然风干的垃圾样分类破碎，按其原有组成重新混合，分别配如10%、20%、30%的煤，搅拌均匀后，永5MPa压力预压，再分别用5、10、15、20MPa的压力压制成型，得到不同压力下的RDF成品。分别测定RDF的机械强度、热稳定性及焦渣反应性等各项理化指标。
通过试验测[9，13]得利用对辊成型机采用无粘结剂冷压成型工艺可将MSW制成合格的气化用垃圾衍生燃料，同时在成型过程中加入适量的煤能明显提高 RDF产品的机械强度和热稳定性，对不同的煤配比，随着成型压力的增加，RDF存在最大下落强度Ic,max,在实验条件下，得到的较优工艺参数为煤配比 30%，成型压力15MPa。
6.总结
随着我国经济的发展，城市生活垃圾成分也发生是着变化，由原来的无机成分居多到现在的有机成分大量增加，已经具备了发展RDF工艺的条件。尤其是在北京、上海、杭州等大、中型城市，城市生活垃圾的有机物含量达到40%～70%。欧、美国家、日本等国家[18]已经拥有成熟的RDF制备工艺，总结国外的经验教训采用先进城市生活垃圾衍生燃料（RDF）制备工艺，采用适当的煤配比和成型压力，能提高RDF燃料的热值、燃烧稳定性和机械强度。很好的实现城市生活垃圾的资源化、能源化、减量化和无害化。
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