摘要:介紹了一項新型垃圾衍生燃料RDF制備技術(shù)。該技術(shù)通過改變現(xiàn)有焚燒爐工作狀況入手，利用專有技術(shù)對南方高濕混合生活垃圾進行預(yù)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(xiàn)了重要技術(shù)突破。

關(guān)鍵詞: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(chǎn)量已達1.4億噸以上，占世界年產(chǎn)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(xiàn)已高達 60億噸，占用耕地5億m2，直接經(jīng)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(chǎn)生數(shù)量巨大的城市生活垃圾（MSW）對環(huán)境管理和污染控制形成了嚴重挑戰(zhàn)。目前，國內(nèi)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(xiàn)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(xiàn)城市生活垃圾熱能回收、減容、減重、高溫滅菌等目的，在環(huán)境保護和資源利用方面具有明顯的優(yōu)勢，因而得到較快的發(fā)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(lǐng)域新的技術(shù)熱點。在RDF的制備中，城市生活垃圾預(yù)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(jù)統(tǒng)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(guī)模約為 3900噸/日；2005年投入運行的焚燒廠在9座以上，總規(guī)模在5400噸/日以上[3]。2006年新投入運行的生活垃圾焚燒廠數(shù)量在9座以上，總規(guī)模約為4000噸/日[4]。預(yù)計未來 10年，我國城市生活垃圾焚燒處理將得到更大的發(fā)展。據(jù)預(yù)測，到2010年，我國城市生活垃圾的產(chǎn)生量將達到 2.9億噸/年，按處理比率劃分，衛(wèi)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(jù)我國城市化發(fā)展趨勢和城市用地相對緊張的局面預(yù)測，城市生活垃圾焚燒的比率還會更高。

垃圾焚燒技術(shù)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(shù)，部分采用國產(chǎn)設(shè)備，原生垃圾一般未經(jīng)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(shè)備運行的安全經(jīng)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(yè)發(fā)達國家垃圾焚燒造成環(huán)境污染的教訓(xùn)，不能走“先發(fā)展、后污染、再治理”的老路，應(yīng)當根據(jù)我國的實際情況，吸收國外成功的經(jīng)驗，研究開發(fā)適合我國國情的高效、低污染的垃圾焚燒處理技術(shù)。

城市生活垃圾不經(jīng)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(wěn)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(chǎn)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(nèi)腐蝕金屬設(shè)備；由于含氯化合物的存在，還可能產(chǎn)生劇毒有害物質(zhì)—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(huán)境的二次污染。

2 垃圾衍生燃料

要提高焚燒爐的運行質(zhì)量，加大熱能利用率，減少尾氣治理成本，首先應(yīng)在垃圾進爐前進行有效的預(yù)處理，為焚燒創(chuàng)造有利條件是至關(guān)重要的。一種先將城市生活垃圾在進爐前進行有效的預(yù)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(xiàn)，為解決上述問題提供了新的思路，目前已應(yīng)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(tǒng)由破碎分選子系統(tǒng)和加工成型子系統(tǒng)組成。RDF加工生產(chǎn)技術(shù)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(zhì)—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(shù)停運，或者因旺季而導(dǎo)致垃圾產(chǎn)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(nèi)脫除SO2、HCl和減少二噁英類物質(zhì)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(jù)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(wěn)定、易于運輸、易于儲存、二次污染低和二噁英類物質(zhì)排放量低等特點，可廣泛應(yīng)用于干燥工程、水泥制造、供熱工程和發(fā)電工程等領(lǐng)域。

3 垃圾衍生燃料的制備及應(yīng)用

3.1 RDF分類組成及特性

3.1.1 RDF分類

美國試驗材料協(xié)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。

3.1.2 RDF的組成及特性

RDF的性質(zhì)隨著地區(qū)、生活習(xí)慣、經(jīng)濟發(fā)展水平的不同而不同。RDF的物質(zhì)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(zhì)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(nèi)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(fā)熱量在14,600～25,000kJ/kg，且形狀一致而均勻，有利于穩(wěn)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(fā)電效率均高于原生垃圾。

（3）環(huán)保特性

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

（4）運營性

RDF生產(chǎn)方便，不受場地和規(guī)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(guī)模的發(fā)電站使用，有利于提高發(fā)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(zhì)煤類似，RDF-5的燃點較低，與含硫高、發(fā)熱值低的煤混燒可以大大提高煤的燃燒效能。據(jù)報道，日本川野田水泥廠在用RDF作為水泥回轉(zhuǎn)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(guān)），比未經(jīng)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(xué)處理的 RDF制備工藝。在RDF的生產(chǎn)中，要根據(jù)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(tǒng)設(shè)計的內(nèi)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(fā)酵料兩部分；

（3）對高含水垃圾進行有效的生物預(yù)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(zhì)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(yōu)化操作環(huán)境。

3.2.2 RDF制備工藝系統(tǒng)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(tǒng)流程見圖1。

圖1中的流程可分為3個單元：

（1）垃圾接收預(yù)處理破碎單元

分別設(shè)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(jié)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(fā)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(nèi)，同時設(shè)計造粒機防堵孔機構(gòu)，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(shè)計時，盡量實現(xiàn)設(shè)備的“口對口”聯(lián)接模式，通過過程設(shè)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(shè)備裝置的選擇及改進

該工藝首次對含水率為35%～55%的混合垃圾顆粒燃料生產(chǎn)線進行研發(fā)，為資源的再利用創(chuàng)造了良好條件，其工藝路線比美國現(xiàn)在完整的RDF生產(chǎn)線減少設(shè)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(yōu)化選擇了處理的設(shè)備裝置并對部分設(shè)備進行了合理的改進。

（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(tǒng)，空氣補充系統(tǒng)及蒸汽排放處理系統(tǒng)構(gòu)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(fā)熱值均衡，以保證焚燒爐經(jīng)濟有效運行。該機水分蒸發(fā)量為2000～3000kg/h，該系統(tǒng)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(jīng)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(zhì)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(zhì)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(fā)水分。該機由帶通透性進風機殼、傳動機構(gòu)、熱風滲透系統(tǒng)、機架等構(gòu)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(fā)過程中實現(xiàn)強度的提高、充分的燃燒和揮發(fā)份的有效利用。

（3）沸騰床冷卻機的選用

經(jīng)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(xiàn)冷卻，此間脫水2%～3%，消除燃料顆粒結(jié)塊的可能。該機由帶通透性進風機殼、傳動機構(gòu)、冷風滲透系統(tǒng)、機架等構(gòu)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(xiàn)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(tǒng)、驅(qū)動裝置、機架操作檢修平臺構(gòu)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(shè)備出口物料塊度≤100mm。

（5）半濕粉碎機

該機由粉碎執(zhí)行機構(gòu)、機殼、機架和驅(qū)動裝置構(gòu)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(chǎn)量≥14,000kg/h。

（6）擠壓成形機

該機為組合式擠壓造粒機。由均質(zhì)攪拌、擠壓成形、孔板清理三部分機構(gòu)組成。均質(zhì)攪拌過程由雙軸漿葉軸和機殼構(gòu)成，擠壓成形由變徑變距螺桿、出料孔板、殼體構(gòu)成。孔板清理機構(gòu)由滑動孔板、滑槽、液壓系統(tǒng)、滑動孔板表面清理系統(tǒng)構(gòu)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(xiàn)出料孔間搭橋結(jié)塊現(xiàn)象，堵塞出料孔，故本機設(shè)有滑動孔板作為物料導(dǎo)向孔，當導(dǎo)向孔受堵，受液壓系統(tǒng)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(cè)。經(jīng)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(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)熱效率提高了40%；設(shè)備運行率大于80%，可節(jié)約大量的運行費用和維護費用。

3.3 工藝系統(tǒng)輸出產(chǎn)品的性質(zhì)、燃燒性能及排放指標

3.3.1 產(chǎn)品性質(zhì)

（1）有效提高發(fā)熱值：試驗證明，低位發(fā)熱值為 800kcal/kg的垃圾，經(jīng)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(zhì)（生爐發(fā)火除外），實現(xiàn)垃圾的焚燒作業(yè)；

（3）熱值穩(wěn)定：垃圾經(jīng)加工后的顆粒燃料，熱值基本一致，可改善焚燒爐運行穩(wěn)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(jīng)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(fā)電系統(tǒng)能量利用率提高近35%，飛灰大量減少，排放質(zhì)量得到有效提高。

該系統(tǒng)所生產(chǎn)的焚燒爐顆粒燃料性能見表2。

3.3.2 產(chǎn)品的燃燒性能及排放指標

該系統(tǒng)所生產(chǎn)焚燒顆粒燃料與不預(yù)處理垃圾直接燃燒垃圾燃料使用性能比較見表3。

4 結(jié)論

（1）目前，垃圾焚燒技術(shù)在我國尚處于起步階段, 在發(fā)展垃圾焚燒及綜合利用發(fā)電過程中，由于受原生垃圾燃料性質(zhì)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(jīng)濟效益難以發(fā)揮，因而制約了整項技術(shù)的推廣應(yīng)用。我們應(yīng)當根據(jù)實際情況, 吸收國外成功的經(jīng)驗, 研究開發(fā)適合我國國情的高效、低污染的垃圾焚燒處理技術(shù)。

（2）RDF作為垃圾處理新技術(shù)現(xiàn)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(shù)在我國推廣應(yīng)用仍有一定的難度。

（3）目前國內(nèi)有關(guān)企業(yè)已自行研究設(shè)計了符合我國國情的混合垃圾焚燒爐RDF生產(chǎn)線，并已建成示范裝置，為RDF焚燒處理技術(shù)裝備國產(chǎn)化做出了示范，創(chuàng)出了特色。

該項RDF制備工藝利用專有技術(shù)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(zhì)量各項指標均優(yōu)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(xiàn)零填埋。該系統(tǒng)技術(shù)從改變現(xiàn)有焚燒爐工作狀況入手，對生活垃圾進行預(yù)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(xiàn)了重要的技術(shù)突破。

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