新型垃圾衍生燃料制備工藝

雷建國，周 斌

(1.四川雷鳴生物環保工程有限公司，四川 自貢 643000；2.四川理工學院材料與化學工程學院，四川 自貢 643000)

新型垃圾衍生燃料制備工藝

雷建國1，周 斌2

(1.四川雷鳴生物環保工程有限公司，四川 自貢 643000；2.四川理工學院材料與化學工程學院，四川 自貢 643000)

介紹了一項新型垃圾衍生燃料RDF制備技術。該技術通過改變現有焚燒爐工作狀況入手，利用專有技術對南方高濕混合生活垃圾進行預處理制成衍生燃料后再進行焚燒，降低了垃圾焚燒處理對原料、熱值及水分的要求，提高了焚燒法處理垃圾的適用范圍，減少了能耗及成本，提高了處理能力和熱能輸出，極大降低了焚燒尾氣所造成的二次污染，實現了重要技術突破。

城市生活垃圾;垃圾衍生燃料;制備工藝

當前，我國城市生活垃圾年產量已達1.4億噸以上，占世界年產生活垃圾總量的1/4以上，且仍以每年8%～10%的速度增長[1]。我國歷年生活垃圾堆存量現已高達60億噸，占用耕地5億m2，直接經濟損失達80億元人民幣。而實施了簡易處理的城市生活垃圾僅占垃圾總量的2.3%，每年產生數量巨大的城市生活垃圾（MSW）對環境管理和污染控制形成了嚴重挑戰。目前，國內660個城市中已有200個城市陷入垃圾的“包圍”之中，城市生活垃圾的無害化、減量化和資源化處理已迫在眉睫。

垃圾處理方式主要有填埋法、堆肥法、焚燒法。填埋或露天堆積都不能實現垃圾處理的減量化，仍需占用大量土地。由于焚燒處理可以實現城市生活垃圾熱能回收、減容、減重、高溫滅菌等目的，在環境保護和資源利用方面具有明顯的優勢，因而得到較快的發展[2]。然而，垃圾焚燒會對大氣造成二次污染，不能完全燃燒，部分仍然需要填埋。而垃圾衍生燃料（Refuse Derived Fuel，RDF）為垃圾能源化帶來了生機，成為垃圾利用領域新的技術熱點。在RDF的制備中，城市生活垃圾預處理和其RDF制備工藝尤為重要。本文介紹了一項新型垃圾衍生燃料制備工藝。

1 原生生活垃圾焚燒處理存在的問題

據統計，2003年我國城市生活垃圾的焚燒處理能力是2000年的6倍，達到15,000噸/日；2004年我國新投入運行的大型集中生活垃圾焚燒廠在5座以上，總規模約為3900噸/日；2005年投入運行的焚燒廠在9座以上，總規模在5400噸/日以上[3]。2006年新投入運行的生活垃圾焚燒廠數量在9座以上，總規模約為4000噸/日[4]。預計未來10年，我國城市生活垃圾焚燒處理將得到更大的發展。據預測，到2010年，我國城市生活垃圾的產生量將達到2.9億噸/年，按處理比率劃分，衛生填埋占70%、焚燒占20%、堆肥占10%，年焚燒處理的垃圾量將在5600萬噸以上。根據我國城市化發展趨勢和城市用地相對緊張的局面預測，城市生活垃圾焚燒的比率還會更高。

垃圾焚燒技術在我國處于起步階段，目前已建和在建的垃圾焚燒廠，基本上是引進國外技術，部分采用國產設備，原生垃圾一般未經處理或僅是簡單分揀即入爐焚燒，無論從資源再利用角度還是從設備運行的安全經濟角度來講，都存在不足之處。對待垃圾焚燒問題，我們必須注意吸取工業發達國家垃圾焚燒造成環境污染的教訓，不能走“先發展、后污染、再治理”的老路，應當根據我國的實際情況，吸收國外成功的經驗，研究開發適合我國國情的高效、低污染的垃圾焚燒處理技術。

城市生活垃圾不經處理直接作為固體燃料進行焚燒，存在以下主要問題：

（1）垃圾中的有機物極易腐爛，運輸和貯存都較困難；

（2）垃圾具有成分和熱值波動大、水分和灰分含量高等特點，容易造成燃燒不穩定；

（3）垃圾中常含有塑料、食鹽以及其它含氯化合物，高溫受熱時會產生具有腐蝕性的氯化氫氣體，氯化氫排放可形成酸雨，且可在爐內腐蝕金屬設備；由于含氯化合物的存在，還可能產生劇毒有害物質—二噁英，對人類健康形成更嚴重的危害；

（4）垃圾焚燒后排出的灰渣通常含有有害金屬，如汞、鉛等，若處理不當，也會造成環境的二次污染。

2 垃圾衍生燃料

要提高焚燒爐的運行質量，加大熱能利用率，減少尾氣治理成本，首先應在垃圾進爐前進行有效的預處理，為焚燒創造有利條件是至關重要的。一種先將城市生活垃圾在進爐前進行有效的預處理和成型加工，然后作為固體燃料被焚燒利用的垃圾衍生燃料的出現，為解決上述問題提供了新的思路，目前已應用于城市生活垃圾焚燒處理資源化利用的工程中。

垃圾衍生燃料制作系統由破碎分選子系統和加工成型子系統組成。RDF加工生產技術是將生活垃圾首先進行破碎，分揀出可燃物，再加入添加劑干燥，最后將其擠壓成型等處理，制成顆粒狀物質—RDF燃料。RDF燃料的特點是大小均勻，所含熱值均勻，成型工藝可使垃圾熱值提高4倍左右，且易運輸及貯存，在常溫下可儲存6～10個月不會腐爛[5]。因此可以臨時將一部分垃圾貯存起來，以解決鍋爐技術停運，或者因旺季而導致垃圾產出高峰時期的處置能力問題；通過在RDF成型過程中加入添加劑[6][7]可以達到爐內脫除SO2、HCl和減少二噁英類物質排放的目的。這種燃料可以作為主要原料單獨燃燒，亦可根據鍋爐工藝要求，與煤、燃油混燒。

垃圾衍生燃料具有熱值高、燃燒穩定、易于運輸、易于儲存、二次污染低和二噁英類物質排放量低等特點，可廣泛應用于干燥工程、水泥制造、供熱工程和發電工程等領域。

3 垃圾衍生燃料的制備及應用

3.1 RDF分類組成及特性

3.1.1 RDF分類

美國試驗材料協會（ASTM）按城市生活垃圾衍生燃料的加工程度、形狀、用途等將RDF分成7類（見表1）。在美國RDF一般指RDF2和RDF3，在瑞士、日本等國家RDF一般是RDF5，其形狀為Φ(10～20)×(20～80)mm圓柱狀，其熱值為14,600～21,000kJ/kg。

表1 美國ASTM 的RDF 分類

3.1.2 RDF的組成及特性

RDF的性質隨著地區、生活習慣、經濟發展水平的不同而不同。RDF的物質組成一般為：紙68.0%、塑料膠片15.0%、硬塑料2.0%、非鐵類金屬0.8%、玻璃0.1%、木材、橡膠4.0%、布類5.0%、其它物質5.0%。RDF的特性主要為：

（1）防腐性

RDF-5的含水率低于15%，制造過程中加入一些鈣化合物添加劑，具有較好的防腐性，可在室內的條件下貯存1年，且不會因吸濕而粉碎。

（2）燃燒性

熱值高，RDF-5的發熱量在14,600～25,000kJ/kg，且形狀一致而均勻，有利于穩定燃燒和提高效率。可單獨燃燒，也可與煤、木屑等混合燃燒。其燃燒和發電效率均高于原生垃圾。

（3）環保特性

由于含氯塑料只占其中一部分，加上石灰可在爐內進行脫氯，抑制氯化物氣體的產生，煙氣和二噁英等污染物的排放量少，而且在爐內脫氯后生成氯化鈣，有益于排灰固化處理。

（4）運營性

RDF生產方便，不受場地和規模的限制，原料一般用袋裝，卡車運輸即可；管理方便，可長期儲存，適用于小城市分散制造后集中給于一定規模的發電站使用，有利于提高發電效率和進行二噁英等的治理。

（5）利用性

作為燃料使用時雖不如油，但使用方便與低質煤類似，RDF-5的燃點較低，與含硫高、發熱值低的煤混燒可以大大提高煤的燃燒效能。據報道，日本川野田水泥廠在用RDF作為水泥回轉窯燃料時，其較多的灰分也變成了有用原料，并開始在其它水泥廠推廣。

（6）殘渣特性

RDF-5燃燒后的殘渣占10%～20%（與成分有關），比未經制造的垃圾焚燒灰少，且干凈，含鈣量高，有微孔，吸附率高，易利用，是用于污水過濾的好材料，亦可減少填埋量。

3.2 RDF的制備工藝

城市生活垃圾固型燃料的制備工藝一般有散裝RDF制備工藝、干燥擠壓成型RDF制備工藝和化學處理的RDF制備工藝。在RDF的生產中，要根據垃圾的成分，決定采用什么樣的制備工藝。

3.2.1 RDF制備工藝系統設計的內容

（1）對垃圾進行有效的機械化分揀和破碎，保證破袋率≥99%，出料塊度≤200mm；

（2）對分揀破碎后的高含水混合垃圾進行有效分離，分為低含水的可燃物和高含水的發酵料兩部分；

（3）對高含水垃圾進行有效的生物預處理，在好氧條件下進行；

（4）當可燃物部分垃圾含水在30%～40%時，進行二次半濕粉碎至塊度≤50mm；

（5）對塊度≤50mm的垃圾進行均質混合和添加CaO等助劑后進行干燥、擠壓造粒成φ20mm、長40～100mm，水分降至15%～25%；

（6）必要時對含水10%～20%的顆粒燃料在進氣溫度150℃下進行二次烘干，至含水率≤15%，送往焚燒爐；

（7）中間過程配有污水處理，除臭、充氧等操作，優化操作環境。

3.2.2 RDF制備工藝系統流程圖

整套工藝由垃圾接收破碎單元、垃圾含水率降低及熱值提高單元、造粒烘干單元、配套工程單元組成。工藝系統流程見圖1。

圖1 工藝系統流程

（1）垃圾接收預處理破碎單元

分別設計大件分選和一體化破袋、分選、破碎機械加工，及輔助人工分選過程相結合的方法。

（2）垃圾含水率降低及熱值提高單元

我國垃圾含水率平均在35%～55%之間，為確保焚燒的低燃點和發熱值的有效利用，采用一次烘干加一次冷卻的方法。確保焚燒爐進料水分≤15%，燃料熱值≥2300～3000kcal/kg。

（3）造粒、烘干單元

原料的粉碎粒度，直接影響顆粒燃料的造粒加工。因此，采用半濕粉碎的方法，將造粒進料塊度控制在5cm以內，同時設計造粒機防堵孔機構，及時清理擠壓孔板，確保造粒機正常高效運行。

由于垃圾處理的特殊性，在工藝設計時，盡量實現設備的“口對口”聯接模式，通過過程設備的選用，盡最大限度地減少用工。

某8～10t/hRDF城市生活垃圾資源化工程的工藝流程拓撲圖見圖2。

3.2.3 設備裝置的選擇及改進

直接數字化攝影目前已經得到廣泛的臨床應用，但有關在檢查診斷塵肺病中的應用研究還是相對比較少。塵肺病屬于嚴重的一種職業病[1]，不只是單純的醫學診斷，往往涉及很多方面的賠償以及利益。此文數據統計實驗研究目標選為2017年4月—2018年4月期間參與體檢的1000例職業健康查體的人員，報道以及評價直接數字化攝影檢查的價值和效果。

該工藝首次對含水率為35%～55%的混合垃圾顆粒燃料生產線進行研發，為資源的再利用創造了良好條件，其工藝路線比美國現在完整的RDF生產線減少設備近一半，各種運行費用極低，平均按垃圾40元/噸計，RDF-5每噸成本低于150元。為了達到最佳的垃圾處理效果，最優化選擇了處理的設備裝置并對部分設備進行了合理的改進。

圖2 工藝流程拓撲圖

（1）管束式干燥機的選用

該機由機殼、攪拌傳動裝置、換熱列管、風機、尾氣吸收系統，空氣補充系統及蒸汽排放處理系統構成，主要用于將含水50%以上的破碎垃圾進行烘干處理，將其含水率降至35%以下，同時由于攪拌過程的物料均勻混合，保證出機垃圾的綜合成分及含水率與發熱值均衡，以保證焚燒爐經濟有效運行。該機水分蒸發量為2000～3000kg/h，該系統共需熱量190×104～280×104kcal/h（2.3～2.9MW/h），進料垃圾水分40%～50%，處理能力12t/h，出料水分32%～35%，鍋爐廠確認鍋爐尾氣排放情況為：180℃、91,000m4/h。經衡算為220×104kcal/h（2.6MW/h），符合干燥機使用要求。該干燥機使用工況為：進氣180℃，出氣65℃～75℃，尾氣排放85×104kcal/h（1.05MW/h），出氣絕對濕度0.09kg/kg，相對飽和度50%，具備較強的傳質能力。

（2）沸騰床干燥機的選用

管束式干燥機排氣溫度接近造粒機出料溫度，可以讓燃料顆粒直接進入恒速干燥段，為強化傳質推動力故增加沸騰床干燥機一臺，用于利用此部分余熱蒸發水分。該機由帶通透性進風機殼、傳動機構、熱風滲透系統、機架等構成。采用沸騰流化操作。該機主要用于將造粒機輸出的含水率為30%的顆粒燃料烘干至含水率≤27%，出料溫度60℃～65℃，利于冷卻床的高效運行。該機供熱采用管式干燥機尾氣，同時對造粒顆粒在水分蒸發過程中實現強度的提高、充分的燃燒和揮發份的有效利用。

（3）沸騰床冷卻機的選用

經沸騰床干燥機出料溫度為40℃～45℃，再次通過自然風冷卻至室溫，利用一臺沸騰床冷卻機實現冷卻，此間脫水2%～3%，消除燃料顆粒結塊的可能。該機由帶通透性進風機殼、傳動機構、冷風滲透系統、機架等構成。采用沸騰流化操作。該機主要用于將沸騰床干燥機出來的含水率為27%左右的顆粒燃料烘干至含水率≤25%，出料溫度接近室溫，利于焚燒爐高效運行和燃料的可靠儲存。該機供冷采用自然潔凈空氣，同時對造粒顆粒在水分冷卻過程中實現強度再次提高。

（4）垃圾破袋分揀破碎機

該機由組合式垃圾綜合處理系統、驅動裝置、機架操作檢修平臺構成。對城市生活垃圾同時進行破袋、分揀和破碎三種加工。破袋率≥95%，硬性物有效分揀率≥80%，設備出口物料塊度≤100mm。

（5）半濕粉碎機

該機由粉碎執行機構、機殼、機架和驅動裝置構成。該機主要用于對從瀝離倉排出的含水率40%左右的垃圾進行二次粉碎，以保證造粒機運行良好的制粒性能，粉碎出料塊度≤50mm，產量≥14,000kg/h。

（6）擠壓成形機

該機為組合式擠壓造粒機。由均質攪拌、擠壓成形、孔板清理三部分機構組成。均質攪拌過程由雙軸漿葉軸和機殼構成，擠壓成形由變徑變距螺桿、出料孔板、殼體構成。孔板清理機構由滑動孔板、滑槽、液壓系統、滑動孔板表面清理系統構成。該機將由半濕粉碎機出來的50mm以下塊度的物料進行擠壓成柱狀條形顆粒。顆粒粒徑≤30mm，長度≤100mm。由于垃圾中含有大量廢塑料、破布等，在擠壓過程中極易出現出料孔間搭橋結塊現象，堵塞出料孔，故本機設有滑動孔板作為物料導向孔，當導向孔受堵，受液壓系統控制，滑動孔板自動脫離擠壓孔板，并剪斷堵孔長纖維移向擠壓筒外側。經自動清理表面附著物后，自動歸位。確保造粒機有效運行，減小停機損失。

該工藝采用了先進的熱量內循環系統，系統熱效率提高了40%；設備運行率大于80%，可節約大量的運行費用和維護費用。

3.3 工藝系統輸出產品的性質、燃燒性能及排放指標

3.3.1 產品性質

（1）有效提高發熱值：試驗證明，低位發熱值為800kcal/kg的垃圾，經上述過程加工后，熱值可達到2300～3000kcal/kg；

（2）水分含量減少，著火點降低，可以不加任何熱能補充物質（生爐發火除外），實現垃圾的焚燒作業；

（3）熱值穩定：垃圾經加工后的顆粒燃料，熱值基本一致，可改善焚燒爐運行穩定性；

（4）孔隙率與空氣混合均勻度均高，燃燒充分，通過造粒對細粉狀物料的固定，尾氣粉塵排放減少近80%；

（5）減量明顯：試驗證明，垃圾經加工成顆粒燃料后，減量60%，焚燒爐有效處理能力提高近1倍；

（6）由于燃燒條件改善，焚燒爐輸出有效利用熱能提高130%左右，發電系統能量利用率提高近35%，飛灰大量減少，排放質量得到有效提高。

該系統所生產的焚燒爐顆粒燃料性能見表2。

表2 RDF性能

3.3.2 產品的燃燒性能及排放指標

該系統所生產焚燒顆粒燃料與不預處理垃圾直接燃燒垃圾燃料使用性能比較見表3。

4 結論

（1）目前，垃圾焚燒技術在我國尚處于起步階段,在發展垃圾焚燒及綜合利用發電過程中，由于受原生垃圾燃料性質的影響，焚燒爐工作效率較低，運行費用及尾氣治理成本較高，電能輸出和經濟效益難以發揮，因而制約了整項技術的推廣應用。我們應當根據實際情況,吸收國外成功的經驗, 研究開發適合我國國情的高效、低污染的垃圾焚燒處理技術。

表3 生活垃圾直接燃燒與RDF焚燒性能對照表

（2）RDF作為垃圾處理新技術現已逐漸得到世界各國的重視，但由于我國城市生活垃圾的成分特點是可燃有機成分含量低、不可燃無機成分含量高、垃圾成分波動大；水分含量高、熱值較低，因而RDF技術在我國推廣應用仍有一定的難度。

（3）目前國內有關企業已自行研究設計了符合我國國情的混合垃圾焚燒爐RDF生產線，并已建成示范裝置，為RDF焚燒處理技術裝備國產化做出了示范，創出了特色。

該項RDF制備工藝利用專有技術將南方高濕混合生活垃圾加工成垃圾衍生燃料后再進行焚燒處理，垃圾減容率在95%以上，熱能回收率在70%以上，電能回收率提高35%，尾氣排放質量各項指標均優于散裝垃圾焚燒處理，燃燒剩余物可直接用作水泥廠、磚廠原料，可完全實現零填埋。該系統技術從改變現有焚燒爐工作狀況入手，對生活垃圾進行預處理后再進行焚燒，降低了垃圾焚燒處理對原料、熱值及水分的要求，提高了焚燒法處理垃圾的適用范圍，減少了能耗及成本，提高了處理能力和熱能輸出，極大地降低了垃圾焚燒尾氣所造成的二次污染，實現了重要的技術突破。

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Preparation Process for A New Type of Refuse Derived Fuel

LEI Jian-guo1, Zhou Bin2
(1.Sichuan Leiming Bio-Environmental Engineering Co., Ltd., Sichuan Zigong 643000;2.Sichuan University of Science & Engineering ,College of Materials and Chemical Engineering, Sichuan Zigong 643000, China)

The paper introduces a new type of refuse derived fuel (RDF) preparation process system. By changing the existing incinerator to working conditions and by using the proprietary technology, the pretreatment of high humidity and mixed garbage is made and RDF is produced and burned at last so as to reduce the demand for materials, calorific value and water, to decrease energy consumption & costs, to improve the treatment capacity and energy output, to reduce the secondary pollution caused by tail gas, and to achieve an important technical breakthrough.

mumicipal refuse; refuse derived fuel; preparation process

X705

A

1006-5377（2010）01-0042-06