混合城市生活垃圾工業化垃圾衍生燃料(RDF)制作工藝研究
1.引言
隨著我國經濟的快速發展，我國的城市生活垃圾產量日益增加，垃圾處理與處置問題已經成為我國大中城市發展中必須解決的問題目前全國人均生活垃圾產量 440Kg/年［8］，城市生活垃圾總量已達1.5億噸/年。據國家環保總局預測，到2010年全國城市生活垃圾總產量達1.52億噸，2015年達到 1.79億噸。解決我國城市生活垃圾的目標是實現垃圾減容化、減量化、資源化、能源化以及無害化處理。目前國際和國內采用的垃圾方法主要有：衛生填埋、堆肥以及焚燒（后來發展為焚燒發電、供熱處理）3種方法。其中垃圾焚燒能更好的達到垃圾處理得減量化、資源化及無害化治理的目標 [10~12,16,17,19]。并且具有占地面積小、運行穩定、對周圍環境影響小的特點，因而得到廣泛得采用。但是對于城市生活垃圾（MSW）直接焚燒、熱解、氣化等存在垃圾易腐敗、惡臭、運輸和儲存困難等問題，并且具有便于運輸的優點。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生產技術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，符合環保發展的趨勢。
2. RDF產品的分類
RDF技術已在美國、日本、歐洲一些發達國家引起很大得重視[7]。我國雖然垃圾焚燒技術起步較晚，有關RDF技術研究也還不深入，但我國一些經濟發達城市深圳、上海、杭州等，垃圾排放量大，比較集中而且垃圾中有機物、熱值含量不斷上升，水分、無機物等含量逐漸減少，加之能源緊張，已經具備發展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RDF的分類進行的［1,2,8，14］。
RDF的產品分類（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四方形細粒度RDF，出去金屬類、玻璃和不燃物質；
RDF 4—95%是通過10號篩言（2cm過濾網）的粉狀RDF，將金屬類和玻璃類進行分類，使其干燥得物質；
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，歐洲等國家一般以RDF5為主要研究對象，日本國內說的RDF一般指的是RDF[15]。針對我國垃圾的高濕、無機物含量相對較高得特點，適合制備RDF3及以上的垃圾衍生燃料。
3. 常規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，將垃圾中可燃物質（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
垃圾進場經預處理［7］，將可燃部分選出，由一次破粹機破粹為易干燥的顆粒，物料通過輸送機送入烘干機，在烘干機內自動滾下。熱風在烘干機上通過，避免物料因與物料直接接觸而著火。通過控制熱風調整含水率，使物料水分降到8%以下。干燥后的煙氣經除塵器排除：干燥后的物料送入風選機，將不燃物（灰土、破玻璃、金屬屑等）除去后，進入二次破粹機，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入成型機。成型機連續制出RDF，經冷卻后通過振動篩篩分送入成品的漏斗，由自動稱量機裝袋，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
3.2.1 RDF成分［7］：
水 分：10%以下；
灰 分：12%～25%；
揮發物質：55%～75%；
固 態 碳：7%～13%；
3.2.2 RDF性能：
發熱量：12500～17500kJ/kg;
燃 點：210℃～230℃.
3.3關鍵設備及主要參數（以每小時處理能力為2.5t生產線為例）
3.3.1 一次破催機［7］：為了便于烘干機烘干和后續分選系統的要求，將物料破粹至3cm左右。
3.3.2 二次破粹機：為適應成型系統的要求將可燃物破粹至小于2cm。
3.3.3 干燥系統：根據垃圾中可燃物的性質，對現有干燥設備進行改進，在防止廢塑料熔融和著火條件下，對可燃物進行干燥處理。烘干機轉速：100r/min,熱風進口溫度：480℃,出口溫度：109℃.
3.3.4 風力分選系統：實現對重質、中重質和輕質物料分選，確保RDF有效熱值。
風選機：全壓954Pa,風量：24290m3/h。
3.3.5 成型系統：實現RDF形狀一致，以利于燃燒的穩定性。
成型機產量：50kg/min.
4.日本RDF工藝
日本由于國內資源缺乏，很早開始采取RDF工藝[11]，取得成熟的經驗，處于國際領先水平。日本的垃圾衍生燃料的生產利用設備，自1990年以后迅速增長，至1996年底達到19處（運行中11處，建設中5處，計劃中3處）。以下是日本幾家企業RDF制作工藝。
4.1日本川崎重工業公司
日本川崎重工業公司的垃圾處理技術是以破粹、分選、燃燒和熱利用技術為基礎［1］。于1996年建設了20t/dRDF制造設備。該制造設備由破袋、干燥、分選破粹、成型等工序構成。個工序處理內容如下：
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：利用干燥熱風進行干燥和除臭。
4.1.3分選破粹工序:將不適宜于燃料化的物質（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，成為具有優秀運輸性、儲存性燃燒性的高密度、高強度RDF燃料。
4.2 田熊公司RDF生產設備
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%。現在日本以生活垃圾為對象的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，可制造優質的RDF這時采取將垃圾中的塑料和其他可燃物混合，提高發熱量，使塑料熔融，使用聯結劑使其固型化的方式。現在，混入石灰發已經成為主流，混合石頭能夠抑制有害氣體的產生，燃燒時可以去除氯。由于燃燒情況有差異，要出現HCl,所以要有除去HCl的設備。
生產過程如下：垃圾直接投入料斗，用供給傳遞機投入破粹機，破粹機使用低速雙軸遮斷式，刃厚3.5mm進行剪切。破粹機也兼做破袋機，破粹后用永磁傳送帶松帶式磁選機除去鐵成份，在干燥機使水根減少到50%以下，為優質得固體成型物，如果水分在10%以上，水蒸氣從成型機噴嘴吹出，成為不能成型的散亂狀態，所以在投入干燥機前和干燥后出口要安裝連續式分水計，掌握垃圾的水分狀態。
4.3 日立制作所的產業廢棄物衍生燃料制作
日立［1］制作所的產業廢棄物衍生燃料制作流程收集到的垃圾通過料斗、傳送器進入粗破粹機進行粗破催。粗破粹物通過傳送帶送到網狀分選機，將鐵屑等金屬分別去除后，送到兒次破粹機細破粹。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，再送到熱壓縮成型機，可防止廢棄物散落和臭味發散。同時也可用垂直配管，使裝置占地面積減小。從各定量供給機運送到熱壓縮成型機途中，用石灰供給機加入石灰，中和、控制燃燒時發生的氯氣，又可以減輕 RDF燃燒后的排氣對鍋爐配管的腐蝕問題。熱壓縮成型機用雙軸螺旋將式，加熱廢棄物，將廢塑料融化作為連接劑。設備的處理能力為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RDF的進一步應用基本以焚燒并回收部分熱能為主［3］，存在嚴重的二惡英污染和高溫氯腐蝕問題。盡管部分發達國家采用在RDF中加入固氯劑、同時配合3T(temperrature,time,turbulence)技術及相應的尾氣處理技術有效的解決了上述問題，但是巨大的投資和驚人得運行成本，使包括中國在內的發展中國家無力問津。張憲生，解強等[3,4]人研究了新的制RDF工藝，通過在室溫下進行，以經過預處理的生活垃圾和少量煤為主要原料，在不同成型壓力下，利用對輥成型機冷壓制備了橢球形RDF產品。測定并分析RDF的機械強度、熱穩定性、密度、反應活性等理化指標，尋求試驗條件下較優工藝參數。
RDF制作工藝如下：
 圖2 制備步驟 |
本實驗主要設備為SPC-240型破碎機、對輥成型機、TYE-20型抗折抗壓試驗機、測定熱解/氣化性質的相關設備和儀器。試驗步驟如圖2。將自然風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的機械強度、熱穩定性及焦渣反應性等各項理化指標。
通過試驗測[9，13]得利用對輥成型機采用無粘結劑冷壓成型工藝可將MSW制成合格的氣化用垃圾衍生燃料，同時在成型過程中加入適量的煤能明顯提高 RDF產品的機械強度和熱穩定性，對不同的煤配比，隨著成型壓力的增加，RDF存在最大下落強度Ic,max,在實驗條件下，得到的較優工藝參數為煤配比 30%，成型壓力15MPa。
6.總結
隨著我國經濟的發展，城市生活垃圾成分也發生是著變化，由原來的無機成分居多到現在的有機成分大量增加，已經具備了發展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物含量達到40%～70%。歐、美國家、日本等國家[18]已經擁有成熟的RDF制備工藝，總結國外的經驗教訓采用先進城市生活垃圾衍生燃料（RDF）制備工藝，采用適當的煤配比和成型壓力，能提高RDF燃料的熱值、燃燒穩定性和機械強度。很好的實現城市生活垃圾的資源化、能源化、減量化和無害化。
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