固體廢物資源回收現(xiàn)代智能分選技術(shù)

常中龍，常燕青

（1．北京起重運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)研究院，北京 100007；2．江蘇維爾利環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆K 常州 213125）

近年來，為了緩解石化能源緊張的問題，許多新的垃圾衍生燃料（RDF）生產(chǎn)技術(shù)得到開發(fā)，但是垃圾分類預(yù)處理是其有效應(yīng)用的前提。而光電智能自動化分選系統(tǒng)能夠在預(yù)處理過程中分選獲得可回收物、可燃物及去除干擾物如聚氯乙烯（PVC） 等雜質(zhì)（德國RDF行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)允許PVC含量＜1%，一般控制在0．3%～0．7%以下），提高垃圾能源化和降低對環(huán)境的污染。

1 光電智能分析系統(tǒng)

如圖1所示，光電智能自動化分選系統(tǒng)由均勻給料設(shè)備（如振動給料機(jī)）、高速輸送機(jī)、智能傳感識別控制裝置和高壓氣流物料分離收集裝置組成。

圖1 光電智能分選設(shè)備

通過近紅外線識別（NIR） 智能分選系統(tǒng)，可按照物料的材質(zhì)或顏色，或者材質(zhì)和顏色的組合分選出各種可回收物料，包括復(fù)合飲料包裝、混合塑料、紙和紙箱板PPK等，各種塑料瓶，聚酯（PET）、高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）等各種塑料物質(zhì)，從而獲得高附加值的再生原料。剩余可燃物作為衍生燃料。

北京小武基大型垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站采用了3臺近紅外光電分選機(jī)（含手持物料識別掃描器），見圖2，分別用于各種塑料和紙類等固廢的精細(xì)分選，提高分選物質(zhì)的附加值和再利用率。該垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站在2008年承擔(dān)了北京綠色奧運(yùn)會場館的垃圾處理。

圖2 北京小武基垃圾分選設(shè)備

2 UniSort主副機(jī)技術(shù)

RTT Steinert公司的UniSort新一代主副機(jī)（Master-Slave） 智能自動化分選技術(shù)的誕生，是自動化分選領(lǐng)域的決定性進(jìn)步，并建立了新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，該技術(shù)采用先進(jìn)的光學(xué)纖維光導(dǎo)器傳輸近紅外線檢測數(shù)據(jù)。

2.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

在目前的UniSort標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備中，每臺設(shè)備有1個(gè)識別傳感器系統(tǒng)，主副機(jī)通過該識別傳感器系統(tǒng)和64通道光學(xué)識別和傳輸系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)識別寬度4 m、粒度為50～250 mm物料的自動化分選。如圖3所示，UniSort多通道多功能近紅外技術(shù)是通過光纖將每個(gè)通道的物料近紅外光學(xué)信號分別傳輸?shù)?個(gè)光譜識別系統(tǒng)的收發(fā)單元來轉(zhuǎn)化為物料的近紅外光譜特性數(shù)據(jù)。該標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備設(shè)定為約1 m的光纖傳輸距離和約7 m（按需求可更長）的主副機(jī)光導(dǎo)傳輸距離。西班牙塞維利亞工廠使用的主副機(jī)（見圖4）采用了雙噴嘴技術(shù)，1次可分選5種物料。

圖3 UniSort標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備

圖4 西班牙塞維利亞工廠使用的主副機(jī)

2.2 工作原理

每個(gè)副機(jī)的收發(fā)單元通過光導(dǎo)器將光譜數(shù)據(jù)傳輸給主機(jī)，主機(jī)根據(jù)來自副機(jī)的光譜數(shù)據(jù)做出判斷，從而發(fā)出指令將其分選出來。無論是主機(jī)或者是副機(jī)，所有設(shè)備都可以作為實(shí)現(xiàn)單噴嘴一類或雙噴嘴二類物料的分選，同樣可以設(shè)置為“分割槽道”實(shí)現(xiàn)1臺設(shè)備多種物料的同時(shí)分選，靈活性高，能滿足用戶的不同需求。

UniSort Master-Slave的1個(gè)識別傳感器具有4 m分選寬度。該UniSort主副機(jī)形式可代替4個(gè)常規(guī)1 m寬度的獨(dú)立分選機(jī)，實(shí)現(xiàn)多種物料的同時(shí)分選。此外，UniSort Master-Slave還可根據(jù)用戶需求分割分選寬度，最大可能地分別按照處理能力和工藝選擇分選設(shè)備的寬度。

3 手持物料識別掃描器

UniSort的另一個(gè)技術(shù)創(chuàng)新，即手持物料識別掃描器（如圖5所示） 可以與UniSort P分選機(jī)組合使用。當(dāng)UniSort P分選工作的同時(shí)，手持物料識別掃描器可以單獨(dú)進(jìn)行物料的識別和光譜數(shù)據(jù)的擴(kuò)展輸入，不需要增加單獨(dú)的計(jì)算機(jī)和顯示器。

通過手持物料識別掃描器既可以控制分選質(zhì)量，還可以識別材料。手持物料識別掃描器預(yù)先安裝了相應(yīng)的控制軟件UniSort Lab Win和數(shù)據(jù)庫，包括在UniSort P分選機(jī)上的應(yīng)用程序和識別分析軟件。用戶可以通過掃描新物料擴(kuò)展數(shù)據(jù)庫滿足對新物料的分選。

圖5 手持物料識別掃描器

4 光電分選設(shè)備的處理能力確定

光電分選設(shè)備是利用光電識別傳感器檢測分選物料的表面，其處理能力（D，g/h）由物料單位面積質(zhì)量（FG，g/m2）、輸送機(jī)速度（BG，m/s）、帶寬物料分布率和帶寬（SB，m） 共同決定，即D=FG×BG×3 600×帶寬物料分布率×SB。有效工作的帶寬物料分布率通常按不超過30%計(jì)算，即帶寬物料分布率≤0.3。其中，物料的單位面積質(zhì)量FG通過以下方法測定：將分選物料單層均勻擺開放置在地面指定區(qū)域（1 m2）內(nèi)，直至指定區(qū)域看不見地面為止，然后將物料稱重，得出100%的帶寬物料分布率下的單位面積質(zhì)量。部分分選處理物料的處理能力測定結(jié)果見表1。

表1 部分分選處理物料的處理能力測定結(jié)果

5 光電智能分選系統(tǒng)的應(yīng)用

UniSort P4000型光電智能分選系統(tǒng)應(yīng)用主副機(jī)技術(shù)，設(shè)備有效分選寬度4 000 mm，專為衍生替代輔助燃料（RDF）分選設(shè)計(jì)，同時(shí)適用于其他廢物的分選，能夠滿足目前和將來各種廢物料的分選，處理能力大，功能多，操作方便，運(yùn)行可靠。設(shè)備可以很容易地進(jìn)行手動或通過設(shè)備總控系統(tǒng)自動切換分選物料種類要求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作控制和診斷維護(hù)。能夠處理單位面積質(zhì)量小的輕物料（如紙類和薄膜的分選），性價(jià)比很高。

經(jīng)過智能分選后RDF熱值為16 000～25 000 kJ/kg，有利于提高垃圾發(fā)電的規(guī)模和效益，比用原生垃圾焚燒發(fā)電，效率提高25%～35%，使大規(guī)模的熱能循環(huán)利用成為可能；RDF經(jīng)分選、脫氯（PVC含量小于0.3%～0.7%）、脫硫處理，可大大減輕煙氣對設(shè)備的腐蝕，煙氣和灰渣比原生垃圾焚燒時(shí)減少2/3，煙氣中的重金屬、氯化合物、二惡英呋喃等含量遠(yuǎn)低于歐盟有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，減少了相關(guān)處理設(shè)備的投資。生活垃圾在水泥窯、電廠、RDF焚燒廠摻燒處理拓展了垃圾處理途徑和提高了能源綜合利用率，具有良好的環(huán)境效益和社會經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)束語

在固體廢物資源化綜合利用中，近紅外線NIR智能分選系統(tǒng)技術(shù)不僅可用于生活垃圾處理分選設(shè)備中可回收物按照物料材質(zhì)、顏色的精細(xì)分選，還可用于在各種垃圾分選預(yù)處理中按照材質(zhì)、顏色分選各種塑料類、紙類、木頭類等可回收物分類分選。該系統(tǒng)能夠提高資源循環(huán)利用的附加值，特別是主副機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，提高了設(shè)備的性價(jià)比，能滿足大處理能力的需求。在垃圾轉(zhuǎn)化能源生產(chǎn)RDF過程中，應(yīng)用該技術(shù)能夠去除雜質(zhì)聚氯乙烯（PVC），從源頭降低二惡英產(chǎn)生的可能性，減少鹽酸對設(shè)備的腐蝕，最大限度實(shí)現(xiàn)資源化。