生活垃圾可燃組分的分選及干基制備工藝研究

王健

（南通理工學院，江蘇 南通 226002）

引言

我國與大多數發展中國家一樣，用于焚燒制能的生活垃圾，主要來源是未經分選處理的原生垃圾，存在“灰分高、含水量高、有害物質排放量高、產熱量低”等問題，嚴重制約了垃圾焚燒的產能效益。由于缺少相應的預處理措施，許多垃圾焚燒廠對無機物、高碳酸鈣物、金屬等一類不具焚燒價值的物質，仍采用傳統的機選和人工分選方法[1]，不僅用工多，勞動環境差，且分選效果差，因此迫切需要更高效的生活垃圾焚燒發電預處理工藝。

垃圾的可燃組分分選與干基制備工藝是一個全新的生活垃圾焚燒發電預處理工藝，通過該工藝可達到兩個目的：1）清除不可焚燒垃圾，保留可燃垃圾，提高單位體積垃圾熱值，減少焚燒總量，減少有害物質排放；2）使可燃垃圾以干基形態進入垃圾焚燒爐，易著火，節省助燃劑，減少焚燒時間和煙氣排放。

1 應用密度分選清除生活垃圾中不可焚燒物質

1.1 生活垃圾的密度與可燃性的關系

生活垃圾構成復雜，根據與水密度（水的密度為1000g/cm3）的比較，可將生活垃圾分為三類，一類屬高密度物質，二類是中等密度物質，三類是低密度物質。研究發現，不同密度的垃圾與可燃性存在較大的關聯，生活垃圾中的煤渣、灰土、沙石、磚瓦、玻璃、陶瓷等一類無機物，貝殼、螺殼、蛋殼、骨骼等一類高碳酸鈣物以及金屬等，都比水的密度要高很多，屬于高密度物質，同時它們也是生活垃圾中的不可燃組分，也是主要的灰分源；橡膠、塑料、皮革、竹木、紙張等的密度比水小，屬于低密度物質；廚余垃圾中除可溶解于水的鹽、糖、食用堿以外，絕大多數物質的密度都與水的密度接近，屬于中等密度物質，中等密度和低密度的物質幾乎都是生活垃圾中的可燃組分，灰分含量亦較低，其中橡膠、塑料是高分子化合物，其“干基”熱值為32～44MJ/kg；皮革、竹木、紙張的“干基”熱值也達到12MJ/kg以上；廚余中的植物根莖、皮葉果殼及一些主副食品的“干基”熱值也能達到垃圾正常焚燒所需要的4.18MJ/kg的低位發熱量[2]。

對于上述密度不同的三大類物質，將它們放入水溶液中，由于水的流動性，給物質的遷移流動創造了條件，又因為水溶液的密度值介于高密度和低密度物質之間，因此水溶液是十分理想的分選介質。通過密度分選，可有效去除生活垃圾中不能燃燒的物質，保留高熱值物質。

1.2 生活垃圾密度分選工藝及設施

密度分選是生活垃圾預處理的前道工序，由進料、破袋、攪拌、分選、分類收集、分選液配置及回流凈化處理等工藝環節及相應設備組成，如圖1所示。

圖1 密度分選工藝系統

密度分選的主要設施包括生活垃圾入口、破袋機、分選倉、攪拌機等。分選倉內儲有水溶液，分選倉內有刮板及其運行軌道、不可燃物質收集區、可燃物質收集區，在兩個收集區均有集料斗和集料斗上下運行軌道。

分選液回流凈化處理設施包括回流凈化處理池、分選液配置裝置（圖1中未畫出），保障分選液處理后可循環使用。由于分選液配置和凈化需要一定的時間，為提高密度分選工藝系統的效率，共配有兩個分選液回流凈化處理池，一個配置、凈化分選液并儲存已經處理好的分選液，一個空置準備接受需要處理的分選液，當分選倉中的分選液不符合要求時，直接排入空置的分選液回流凈化處理池進行處理，這樣兩個分選液回流凈化處理池輪流配置、凈化分選液。

分選倉采用直立、長方體形設計，為了確保生活垃圾有充分的分選空間，其容積至少為處理垃圾體積的6倍，液面高度根據處理的垃圾量確定。分選液回流凈化池建在分選倉側面或下方。分選倉垃圾入口位于分選倉邊緣，破袋機位于垃圾入口下方，破袋機軸安裝在分選倉左右壁上，破袋機軸上焊有“△”形的固定刀具，破袋機軸旋轉后，刀具對垃圾進行切割、撕扯、擠壓，實現垃圾破袋（包括塑料容器等）、分散的作用。垃圾進入分選液后，設置在分選倉上部中心的攪拌機開始工作，攪拌機的葉片浸入分選液的深度為分選液深度的1/4～1/3，經過攪拌，垃圾一邊分布到整個液面，一邊開始充分分層分選[3]。分選倉底部左右兩側各開有出料口，垃圾分選結束，刮板自右向左移動（分選前刮板在分選倉最右側），推動沉淀在分選倉底部的不可燃垃圾從出料口排出，落入集料斗，集料斗立即沿軌道上行到液面上方濾水（待濾水結束后把不可燃垃圾倒入垃圾轉運車），接著打開排水閥1或2，分選液排入分選液回流凈化處理池1或2，分選液排空后，中、低密度的可燃燒垃圾落到池底及集料斗中，然后刮板自左向右推動可燃垃圾全部落入集料斗中，可燃垃圾濾水后進入壓榨處理工序。關閉排水閥，打開潛水泵，分選液從上行管道進入分選倉，準備下次分選使用。

密度分選的配套設施有高架運輸通道（圖2），通過高架運輸通道的垃圾運輸車輛可將所載垃圾經由高架通道過磅稱重后，從設置在道面的垃圾入口直接卸入通道下方的分選倉中，這樣利用高低位差和垃圾重力，可以方便高效地使生活垃圾進入預處理程序，不用在焚燒廠區內設置垃圾的存放場地，省去了起吊裝卸和輸送機械，節約了處理成本，實現了生活垃圾在相對密閉化的環境下清潔化處理。

1.3 生活垃圾密度分選實驗

為實驗準備的主體設備是用玻璃制作的水池，作為分選倉，其高度為2.25m、長度為0.55m、寬度為0.3m、容積0.37m3，其為直立式長方體，底部開有排水孔。

圖2 高架運輸通道示意圖

實驗開始后，將配置好的分選液注入分選倉，使之達到2m高度的液面線，再將15kg原生垃圾徐徐倒入運轉的破袋機，垃圾袋立即被撕扯開，袋內打餅結塊的垃圾得到破碎并充分松散開后落入分選水池，在人力攪拌下分選液產生流動，分選液流中的垃圾按密度差異開始了“↓→”分離，高密度物質受到液流的影響很小，迅速下沉；低密度、中低密度物質隨液流移動，紙張、廚余、纖維類織物吸入水分后出現下沉，并最終懸浮在分選液中，橡塑、皮革、木材等吸水性差的物質仍然浮在液面。攪拌3分鐘后，靜置10分鐘整個分選過程基本完成，針對彌漫在分選液中的泥沙顆粒，向分選倉中注入約4kg濃度為15%的石灰液作為絮凝劑，10分鐘后水中懸浮泥沙沉降下去，池內界面變得清澈，分選結束后，撈取浮在水面和懸在水中的低、中密度垃圾并進行人工分揀，找出夾雜其中密度分選時漏選的高密度物質。下表是3次實驗數據（原生垃圾15kg）。

實驗表明某市夏季原生生活垃圾分選后高密度物質約占原生垃圾總質量的8.3%，其余為低密度、中密度可燃物及水分，通過密度分選高密度不可燃物質選出率約為91.6%。

密度分選高密度物質選出率數據表

2 應用壓榨和垃圾焚燒余熱干燥形成干基垃圾

生活垃圾中的水分一般占生活垃圾總量的40%～50%，密度分選后經濾水的可燃垃圾含水率（實驗方法：《木材含水率測定方法》（GB/T 1931—2009）干燥法，下同）比密度分選前高8%～12%，增加的含水率主要為體表水，其余為吸附水（毛細管內的水分）、結合水（碳水化合物中的水分）、腐生水等，這些水有的通過機械壓榨可以清除，有的則需要通過加溫干燥才能去除。

干燥除水工藝是生活垃圾預處理的后道工序，包括機械壓榨除水（一次除水）和利用焚燒垃圾產生的高溫煙氣或余熱鍋爐尾氣作為熱源對壓榨后的可燃物質的二次除水。壓榨除水的壓機，倉容量大、壓縮比高、密閉性好，能連續工作，配備有排水管、排水口、自動進出料等裝置，壓榨產生的廢水（滲濾液）流入分選液回流凈化處理池，壓榨后的垃圾進入烘干流程。

烘干主要是除去深藏于垃圾物組織內部的水分。烘干設施為熱風循環式烘房，采用隧道式設計，其前端連接著壓縮機的出料口，終端與垃圾焚燒爐的進料口相連，將高溫煙氣導入烘房，塊體垃圾在隧道內沿軌道緩緩前行，為提高干燥速率，垃圾塊壓制成中間帶孔類似蜂窩煤狀，隧道長度隨處理量和干燥速率而定。高溫煙氣進入烘房后，通過熱交換設備，將熱能傳遞給垃圾塊體，將塊體垃圾中的水分轉變為水蒸汽，從烘房前端的排濕口排出，經冷凝器冷凝后再還原為水經下水道流入分選液回流凈化處理池。生活垃圾經過干燥預熱處理，降低了含水量、提高了垃圾的入爐溫度，容易著火，減少助燃劑的使用量。

3 入爐垃圾預處理工藝

入爐垃圾預處理工藝流程，主要由密度分選和壓榨干燥兩部分組成，如圖3所示。

圖3 生活垃圾預處理工藝流程

該工藝在實施過程中，需注意以下幾方面：

（1）工藝過程應在封閉空間內實施，防止異、臭味發散，減少二次污染。特別要注意：1）垃圾入口的及時封閉；2）分選倉與壓機及分選液回流凈化池的連接；3）壓機壓榨液出口與下水道的連接；4）烘房排濕口與冷凝裝置的連接；5）冷凝液出口與下水道的連接。

（2）分選液是一種加入了適量堿性加重質、滅菌劑、生物除臭劑的水溶液，由于不同城市、不同季節生活垃圾的成分有所差異，分選液密度值在1.11～1.27g/cm3之間，分選時要隨時檢查分選效果，調整分選液密度。

（3）破袋效果是密度分選的重要影響因素，破袋機應設有防纏繞結構，并定期清理。

（4）垃圾經壓機壓榨成塊狀后，經輸送軌道直接進入隧道式熱風循環烘房，要確保烘房內熱空氣循環流動，同時由于水分在不同溫度下的蒸發速度不同，烘房可根據溫度分區設置，提高熱風利用效率。

4 結論

生活垃圾密度分選、壓榨烘干預處理工藝，能有效去除生活垃圾中的不可燃物質，并使可燃物質以“干基”形態入爐焚燒，不僅著火快、升溫快、燃燒過程易于控制、減少了飛灰量，而且節省了助燃劑，利用了高溫煙氣余熱，降低了預處理成本，可為提高垃圾發電企業的經濟和社會效益發揮重要的作用。