一項(xiàng)新型垃圾衍生燃料(rdf)制備工藝系統(tǒng)

1、垃圾衍生燃料焚燒發(fā)電的 燃燒效率研究,四川理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院環(huán)境與安全工程系 周 斌 E-mail:binnzhou@163.comTel: 18980237165,,本講座主要是對(duì)垃圾衍生燃料(RDF) 焚燒的燃燒效率進(jìn)行介紹。通過熱量及物料衡算建立物料

2、數(shù)學(xué)模型，確立了制備工藝系統(tǒng)。由工業(yè)焚燒試驗(yàn)得到的燃燒技術(shù)指標(biāo)對(duì)比和經(jīng)濟(jì)分析，得出垃圾衍生燃料焚燒的燃燒效率高于垃圾直接焚燒的效率。,1.1 研究的背景,當(dāng)前，每年產(chǎn)生的數(shù)量巨大的城市生活垃圾對(duì)環(huán)境管理和污染控制形成了嚴(yán)重挑戰(zhàn)，目前世界垃圾正以快于經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度2.5～3.0倍的速度增長(zhǎng)，年平均增長(zhǎng)速度為8.24%。有的發(fā)展中國(guó)家，增速已達(dá)10%以上。中國(guó)已成為世界上垃圾包袱最重的國(guó)家，城市垃圾的無害化、減容化和資源化處理已迫在眉睫。目前

3、,垃圾處置的主要方式有填埋法、堆肥法、焚燒法。填埋或露天堆棄都不能實(shí)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(shí)現(xiàn)城市垃圾熱能回收、減容、減重和高溫滅菌等目的,在環(huán)境保護(hù)和資源利用方面具有明顯的優(yōu)勢(shì),因而得到較快的發(fā)展。,,然而，在垃圾焚燒處理過程中也暴露出一些問題:垃圾的成分和熱值波動(dòng)大,水分和灰分含量高等特點(diǎn)容易造成燃燒不穩(wěn)定；焚燒產(chǎn)生的二噁英類、氯化氫、二氧化硫和重金屬等有害成分重新進(jìn)入環(huán)境,造成二次污染。原生垃圾直接

4、焚燒存在垃圾易腐敗、惡臭、運(yùn)輸和貯藏困難等城市生活垃圾問題。,,如果不經(jīng)處理直接作為固體燃料，還存在許多問題：（1)垃圾中有機(jī)物極易腐爛,導(dǎo)致運(yùn)輸難和貯藏難；（2)垃圾中常含有塑料、食鹽以及其它含氯化合物,高溫受熱時(shí)產(chǎn)生具有腐蝕性的氯化氫氣體,氯化氫排放可形成酸雨,而且在爐內(nèi)腐蝕金屬設(shè)備；（3)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(duì)人類健康形成很強(qiáng)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

5、理不善,也會(huì)造成環(huán)境的二次污染垃圾焚燒。受燃料性質(zhì)影響，焚燒爐工作效率低下，運(yùn)行費(fèi)用，尾氣治理成本較高。影響電能輸出和經(jīng)濟(jì)效益發(fā)揮，制約了整項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用。,,隨著環(huán)境科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求的提高，我們需要積極尋找一種提高垃圾再生能源化的垃圾焚燒方式。,,將城市生活垃圾制成垃圾衍生燃料RDF(Refuse Derived Fuel，簡(jiǎn)稱RDF)是解決上述問題有效方法,在世界上已得到廣泛的研究和應(yīng)用。垃圾衍生燃料在經(jīng)濟(jì)和環(huán)

6、境上具有相當(dāng)可觀的效益。應(yīng)用衍生燃料改進(jìn)型制備工藝加工制造的垃圾衍生燃料與相同質(zhì)量的垃圾比較，用于垃圾焚燒發(fā)電可以增加一倍多的發(fā)電量。衍生燃料用途廣泛，可在垃圾發(fā)電廠、一般熱電廠(燃煤)及普通燃煤機(jī)械鍋爐中使用。,,1.2 垃圾衍生燃料的概述,垃圾衍生燃料(Refuse Derived Fuel,簡(jiǎn)稱RDF)具有熱值高、燃燒穩(wěn)定、易于運(yùn)輸、易于儲(chǔ)存、二次污染低和二噁英類物質(zhì)排放量低等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于干燥工程、水泥制造、供熱工程和發(fā)電工程

7、等領(lǐng)域。垃圾衍生燃料(RDF)的誕生,無疑為垃圾能源化帶來了生機(jī),成為垃圾利用領(lǐng)域新的生長(zhǎng)點(diǎn)。,,垃圾衍生燃料(RDF-5)具有熱值高、燃燒穩(wěn)定、易于運(yùn)輸、易于儲(chǔ)存、二次污染低和二噁英類物質(zhì)排放量低等特點(diǎn),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。,,衍生燃料技術(shù)的應(yīng)用，在歐洲、澳洲逐漸施行，日本最為積極。日本電源開發(fā)公司在上世紀(jì)九十年代就著手開發(fā)RDF─5燃料試驗(yàn)，得到日本政府通產(chǎn)省的資助，從1997年進(jìn)行設(shè)備設(shè)計(jì)、制造

8、和安裝等，1998年實(shí)施燃燒試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果：發(fā)電效率達(dá)到35％，比焚燒原生垃圾提高了130％，并大幅度降低二次污染程度，在能源、資源回收及生態(tài)效益上具有絕對(duì)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。此舉引起政府高度重視，并從國(guó)庫(kù)資助，以推動(dòng)RDF─5技術(shù)的應(yīng)用，鼓勵(lì)中小型焚化爐改建為聯(lián)合處理方式的廢棄衍生燃料的制造中心。,,目前，日本已有40多座RDF─5燃料制造廠正在運(yùn)轉(zhuǎn)，將制成的RDF─5燃料運(yùn)送到應(yīng)用場(chǎng)所(如燃煤發(fā)電廠)燃用。日本的經(jīng)驗(yàn)引起我國(guó)臺(tái)灣科技界的興趣，

9、其工業(yè)研究院能源與資源研究所的研究員連連發(fā)表文章，催促當(dāng)局應(yīng)用RDF─5技術(shù)來改善諸多環(huán)境影響。,1.2.1 垃圾衍生燃料的分類,美國(guó)試驗(yàn)材料協(xié)會(huì)(ASTM，American Society for Testing and Materials)按城市生活垃圾衍生燃料的加工程度、形狀和用途等將RDF分成7類(見表1)。,表1 美國(guó)ASTM 的RDF 分類,1.2.2 垃圾衍生燃料的組成,垃圾衍生燃料的性質(zhì)隨著地區(qū)、生活習(xí)慣、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的

10、不同而不同。RDF的物質(zhì)組成一般[16]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%、木材和橡膠4.0%、其它物質(zhì)10.0%。,垃圾顆粒燃料RDF的化學(xué)成分,根據(jù)北京市環(huán)境衛(wèi)生設(shè)計(jì)科學(xué)研究所統(tǒng)計(jì)，全國(guó)平均可燃垃圾的化學(xué)元素組成如表2：,,,表2 RDF元素組成表Table 2 Composition of RDF elementary,根據(jù)上表推算，RDF的元素組成如下：水分：20%；

11、 C：32.264%； H：4.356%； O：21.756%； S：0.201%； N：1.279%； Cl：0.621%； 灰分：19.50%,,《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485-2001）強(qiáng)制要求焚燒爐出口處煙氣溫度達(dá)到850℃以上和煙氣中含氧量≥6%。當(dāng)焚燒爐出口處煙氣溫度達(dá)不到850℃時(shí)，二噁英類物質(zhì)的排放就達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，從而限制垃圾焚燒發(fā)電。通過對(duì)垃圾顆粒燃料進(jìn)行熱

12、平衡計(jì)算，測(cè)試它在不添加輔助燃料的情況下，焚燒后的產(chǎn)物能否達(dá)到GB18485-2001標(biāo)準(zhǔn)，從而驗(yàn)證垃圾顆粒燃料在熱值、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保方面的可行性。,,經(jīng)計(jì)算，RDF燃燒釋放熱量可加熱煙氣，使煙氣熱焓hr=1328.4kJ/h，大于煙氣850℃，含濕15.4%時(shí)的熱焓為1320kJ/m3。所以，RDF低位發(fā)熱值為7700kJ/kg時(shí)，不需要添加輔助燃料，能保證燃燒爐出口處煙氣溫度達(dá)到850℃，從而節(jié)約了垃圾焚燒添加輔助燃料的成本，在經(jīng)濟(jì)上具

13、有可行性；RDF在850℃燃燒有效抑制了二噁英類劇毒物質(zhì)的生成，在環(huán)保效益上同樣具有可行性。,2.2物料衡算數(shù)學(xué)模型的建立,對(duì)各過程進(jìn)行物料衡算可得濕基含水量及單位時(shí)間內(nèi)絕干物料的流量并得出物料衡算數(shù)學(xué)模型。,,,對(duì)運(yùn)用物料衡算數(shù)學(xué)模型加工制造的垃圾衍生燃料進(jìn)行性能測(cè)定可得出下表3。表 3 垃圾衍生燃料RDF性能表Table 3 Performance of Granular fuel,,通過工業(yè)性實(shí)驗(yàn)由表3可以看出，制造出的垃圾衍

14、生燃料完全符合《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485-2001），通過驗(yàn)證，該數(shù)學(xué)模型可將低熱值800（kcal/kg）的垃圾加工到1500（kcal/kg）左右的熱值，從而有效的解決的我國(guó)垃圾普遍含水率高，發(fā)熱值低的缺點(diǎn)，故通過該數(shù)學(xué)模型確定的制備工藝流程是可行的。,2.3 垃圾衍生燃料的制備工藝系統(tǒng),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(見圖1)。,圖1

15、 工藝系統(tǒng)流程框圖,,圖2 工藝流程圖,,1、垃圾接收槽 2、行車抓斗 3、除臭系統(tǒng) 4、格篩 5、板式給料機(jī) 6、垃圾分揀破碎機(jī) 7、11、12、17、19、皮帶輸送機(jī) 8、人工分揀機(jī) 9、人工分揀平臺(tái) 10、大件垃圾復(fù)合式粉碎機(jī) 13、磁選機(jī) 14、15、封閉式皮帶輸送機(jī) 16、半濕粉碎機(jī) 18、攪拌預(yù)脫水干機(jī)20、生活垃圾切片熟化擠出機(jī) 21、23、25、大傾角皮帶機(jī) 22、24、流化床 26、料倉(cāng) 27、氣動(dòng)閘門 28

16、、人工分揀平臺(tái) 29、自動(dòng)電控系統(tǒng)30、33、35、37、39、41、43、旋風(fēng)除塵器 31、32、34、36、38、40、42、風(fēng)機(jī) 44、尾氣處理系統(tǒng) 45、空氣過濾器,表4 系統(tǒng)焚燒爐顆粒燃料性能表,,,3.3.2產(chǎn)品的燃燒性能及排放指標(biāo)本系統(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-5)。,表5 生活垃圾直接燃燒與RDF顆粒焚燒性能對(duì)照表,,垃圾直接焚燒和衍生燃料燃燒性能比較得出如下結(jié)果：,（1）

17、有效提高發(fā)熱值：試驗(yàn)證明[21]，低位發(fā)熱值800Kcal/kg的垃圾，經(jīng)顆粒燃料加工后熱值可達(dá)到1500～1600Kcal/kg，從而解決了我國(guó)生活垃圾垃圾含水量高、普遍低熱值的缺點(diǎn)；（2）水份含量降低，著火點(diǎn)減小，可以不加任何熱能補(bǔ)充物質(zhì)（生爐發(fā)火除外），實(shí)現(xiàn)垃圾的焚燒作業(yè)；,,（3）熱值穩(wěn)定：經(jīng)垃圾加工后的顆粒燃料，熱值基本一致，改善焚燒爐運(yùn)行穩(wěn)定性；（4）孔隙率高與空氣混合均勻度高，燃燒充分，通過造粒對(duì)細(xì)粉狀物料的固定，尾氣

18、粉塵排放減少近80%；,,（5）減量明顯，試驗(yàn)證明，垃圾經(jīng)加工成顆粒燃料后，垃圾減量60%，有效提高焚燒爐，處理能力近1倍；（6）由于燃燒條件改善，焚燒爐輸出有效利用熱能提高40%左右，扣除原料加工成本，總系統(tǒng)能量回收利用率提高近20%，排放質(zhì)量有效提高。,,,,,,,,4.結(jié)論（1）通過對(duì)垃圾顆粒燃料的熱平衡計(jì)算驗(yàn)證了RDF低位發(fā)熱值為7700kJ/kg時(shí)，不需要添加輔助燃料，能保證燃燒爐出口處煙氣溫度達(dá)到850℃，從而節(jié)約了垃圾

19、焚燒添加輔助燃料的成本，在經(jīng)濟(jì)上具有合理性；,,（2）對(duì)當(dāng)?shù)乩M(jìn)行垃圾發(fā)熱值計(jì)算從而建立城市生活垃圾燃料的物料衡算數(shù)學(xué)模型，對(duì)運(yùn)用該數(shù)學(xué)模型指導(dǎo)設(shè)計(jì)出的制備工藝系統(tǒng)所制造的衍生垃圾燃料通過垃圾焚燒裝置產(chǎn)生的低位熱值可達(dá)1500kcal/kg以上。而原生垃圾低發(fā)熱值僅為800kcal/kg，可有效解決城鎮(zhèn)生活垃圾低位發(fā)熱值普遍偏低的缺陷；,,（3）通過對(duì)城市生活垃圾直接焚燒及衍生顆粒燃料的工業(yè)性焚燒試驗(yàn)的燃燒效率技術(shù)指標(biāo)對(duì)比可知衍生顆粒

20、燃料的焚燒效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于城市生活原生垃圾直接焚燒；,,（4）對(duì)垃圾顆粒燃料發(fā)電技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析可知每噸垃圾制成RDF垃圾燃料的凈收益為94.86元。分散建設(shè)垃圾衍生燃料生產(chǎn)線，集中建立綜合發(fā)電廠，可節(jié)約運(yùn)輸儲(chǔ)存費(fèi)用且發(fā)電效率比直接燃燒垃圾發(fā)電技術(shù)提高10%～15%。,,將城市生活垃圾制備成垃圾顆粒燃料不僅提高了垃圾的燃燒效益，且由燃燒效益的提高帶動(dòng)了經(jīng)濟(jì)及環(huán)保效益的提高，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了生活垃圾處理處置的無害化、減量化、資源化，垃圾衍生燃