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利用具有热值的工业固废生产固体燃料的探讨 林广清 陈文端 黄益珩 汕头市澄海区环境科学研究所, 广东 515800 摘要 工业企业每年产生大量的固体废物, 如果把企业排放的具有热值的废弃物 废塑料覆膜、水处理浮渣 充分利 用, 研究、开发 、生产配合型 RDF 固体燃料, 仅汕头市澄海区每年将可生产相当于约50 000 t 煤热量的固体燃料。 它具 有减容量90以上, 可实现资源化和能量回收的优点, 二次污染问题又能得到有效的控制, 在减少环境污染的同时, 其经济效益、社会环境效益都具有很强的吸引力 , 值得探讨。 关键词 废塑料覆膜 污泥 RDF 固体燃料 1 引言 工业固废的处置是当今一大环境问题,汕头市澄 海区的再生造纸厂较多, 每年向环境排放大量的固体 废物, 目前已经对区域环境构成潜在威胁 ,污水处理 厂的污泥处置问题也已经提上日程 。针对这种情况, 我们对利用这些具有热值的工业固废生产固体燃料 的问题进行了探讨。 2 RDF 固体燃料的利用现状 利用生活垃圾或固体废弃物制造固体燃料通称 RDF Refuse De-rived Fuel 。RDF 最早发源于美国 ,在 芝加哥已建设日产1 000 t 和2 200 t 规模的加工企业, 产品已纳入美国材料检查协会 ASTM 的分类标准 见表 1 。日本对发展 RDF 十分积极 ,它主要发展的 是 RDF- 5。 表 1 美国 RDF产品分类 ASTM 分类垃圾物性备注 RDF-1除去粗大垃圾的普通城市垃圾 RDF-2≤150 mm 占95的细粒垃圾,有时金属未除松散 RDF-3≤50 mm 占 95的细粒垃圾, 除去金属和玻璃松散 RDF-4 ≤ 2 mm筛下占 95的粒状垃圾, 除去金属、玻璃 并干燥 松状 RDF-5成型为球状、柱状或块状的 RDF成型 RDF-6液状 RDF RDF-7气状 RDF 目前我国有一些地方已经着手研制开发 RDF ,用 于处置生活垃圾或工业固废。 3 具备热值 2 种固体废弃物分析 3. 1 再生造纸企业产生的固体废弃物 2003 年汕头市澄海区再生造纸企业约 40 家, 成 品纸的产量约 600 t d ,按照每吨成品纸需要1. 25 t 废 纸计 , 再生造纸业的固体废弃物及污泥产生量约 150 t d,每年将向环境排放45 000 t 固体废弃物。固 体废弃物最终的产出形式约 60为废塑料覆膜及 40水处理污泥。这些固体废物是处置的难题 ,也是 企业的负担 。 再生造纸业产生的固废具有很高的热值 ,如废塑 料覆膜的低位热值约29 260 kJ kg, 污泥的高位热值按 8 360 kJ kg 计 ,年产生总热值 940 10 9 kJ, 相当于 3. 5 万 t 煤的热值 煤的热值27 170 kJ kg ,经济价值近千 万元 。 3. 2 城市污水处理厂产生的污泥 城市污水处理厂在运行过程中产生大量的污泥, 污泥中的有机物含有大量潜在能量 ,理论上固体的高 位热值可达14 630 ～ 20 900 kJ kg 。按澄海区日处理 水量 6万 t 的城市污水处理厂估计 ,产生污泥固体物 约35 t d。这些污泥固体热值按8 360 kJ kg 计, 年总 热值 88 10 9 kJ,相当于 323 t 原煤热量 , 污泥在配制 固体燃料中一方面消除污染及热能资源化利用,另一 方面也是一种很好的粘结材料 。污泥特性见表 2。 表 2 实验污泥特性 , 热值 4. 18 kJ kg 挥发分灰分固定碳发热量CHON 40. 759. 301 56017. 663. 221. 850. 45 SSiO2Fe2O3CaOMgONa2OCr TCr6 0. 4517. 986. 2219. 732. 090. 520. 130. 0001 综上所述, 对这些固体废弃物进行无害化、资源 化的处理处置, 研究和开发 RDF 固体燃料, 仅澄海区 每年将可生产相当于约50 000 t 煤热量的固体燃料, 不仅能解决环境污染问题, 而且还能实现废物资源、 67 环 境 工 程 2005年 8 月第23 卷第4 期 能源利用 。 4 RDF 固体燃料的生产 国际上配制废弃物固体燃料的生产技术有 2 种。 一种是称 RMJ 方式 ,另一种是 J-托莱尔系统。2种技 术在生产的具体装置上各有特色, 基本工艺过程则大 致相同。根据采用的原材料性质, 对常用的工艺流程 优化组合, 结合地区实际 ,建议固体燃料生产采用工 艺流程见附图。 附图 固体燃料生产工艺流程图 4. 1 前处理工序 将从各利用废纸再生造纸厂收集的废弃覆膜 、 水 处理渣 、 污水厂污泥用车运进工厂分类堆放 ,水处理 渣污泥进行稳定性处理, 废纸制浆固废覆膜进行粉碎 处理 ,调整含水量。 4. 2 可燃成分配料工序 由物料输送系统将水处理渣污泥 、 粉碎覆膜、粉 煤、 粘结剂 、 污染抑制剂按一定比例送入配料槽,充分 搅拌混合均匀。 4. 3 污染源抑制剂添加工序 在物料搅拌过程中按需要的定量加入物料储存 污染控制 、 燃烧过程污染控制的抑制剂 。形成搅拌槽 内可制作固体燃料的混合物料 控制含水量 ,然后送 入成型机 。 4. 4 成型工序 由成型机、定量供料机组成, 经辊压式成型机连 续压制成片孔状 、 棒状固体燃料, 经过冷却降温至室 温的同时硬度增高。然后装入成品库。 4. 5 产品 成品固体燃料燃烧的低位发热量约20 900 kJ kg , 燃烧特性,热值发挥, 占火、压火, 烟气污染治理过程 同一般的原煤燃用。 4. 6 添加剂 添加剂的使用可以改善配合燃料在锅炉中的燃 烧条件。主要包括引燃剂 、 催化剂和固硫剂等 。本项 目用废纸覆膜作为引燃剂, 提高合成燃料的挥发份, 使固体燃料极易气化着火 ,引燃条件好 。催化剂能在 燃烧反应条件下分解氧助燃 , 形成炉内富氧燃烧状 态。固硫剂主要是减少物料在燃烧过程中硫的氧化 物及酸性气体 HCl 向烟气扩散,烟气处理条件简单, 烟气能在常规治理条件达标排放。 5 RDF固体燃料的特性 5. 1 防腐性 固体燃料的水分为 10,且加入了部分石灰, 故 具有较好的防腐性, 在室内保管 1 年不易变质 ,也不 会因潮湿而粉碎 。 5. 2 运营性 一般按 100 kg 装袋 ,可装车运输, 近距离可以散 装运输,适于制造后发售给具有高效烟气治理设施的 燃煤锅炉使用, 有利于提高燃烧效率和采取防止烟气 二次污染的治理措施 。 5. 3 燃烧性 本项 目 设 计 的 RDF 固 体 燃 料 发 热 量 在 20 900 kJ kg ,造型规格较统一, 有利于稳定燃烧和提 高效率,可单独燃烧 ,也可和煤 、 木屑等混合燃烧。由 于固体燃料制造过程加入污染抑制剂,烟气污染物发 生量比直接燃烧大大减少, 所以, 烟气中的污染物相 对易于治理 。 6 燃烧过程污染产生与控制 固体废弃物燃烧烟气产生的污染物主要包括烟 尘、 PCDD Fs、 HCl 、 SOx、 NOx、 HF 、 CO 等有害气体 ,其中 HCl 气体是最主要的污染气体, 浓度一般可达到 400 mg m 3 ,PCDD Fs 对环境危害很大 。RDF 固体燃料 的开发利用必须考虑对上述两种污染物的控制和 处理 。 6. 1 PCDD Fs的控制和处理 一般认为有氯和金属存在条件下的有机物燃烧 均会产生 PCDD Fs。废纸制浆废塑料覆膜有机物中 大多是有机氯化物如聚氯塑料 PVC 、氯苯和氯酚。 在燃烧过程中, 若缺氧燃烧 ,会生成 PCDD Fs 的前驱 物, 与氧离子发生反应, 在 300 ℃左右时 , 易生成 PCDD Fs类物质 。 采用高温燃烧 , 炉膛温度 850 ℃, 停留时间 2 s, 足够的风量使燃烧物与空气充分反应 , 造成富 氧燃烧状态 ,减少前驱物的生成。使燃烧锅炉烟气出 口PCDD Fs的排放量下降。 在燃用配合型固体燃料的锅炉烟气出口处增加 一级旋流板塔除尘器 ,控制旋流板塔除尘器的入口温 度在 200 ℃以下 ,由于合成 PCDD Fs类物质的催化反 应温度为 300 ℃左右, 因此其前驱物质不可能催化合 成 。 旋流板塔除尘器在工作时 , 烟尘污染物及其 下转第 55 页 68 环 境 工 程 2005年 8 月第23 卷第4 期 5 结论 1 电子废弃物资源化 、 无害化处理的关键是电 子废物中有价成分和有害成分的分离和选别 。 2 阻尼式脉动气流分选装置与传统气流分选装 置相比 ,分选效率更高 , 有效分选流速的操作范围更 宽,阻尼式脉动气流分选装置是一种分选速度快, 分 选效率高的节能性气流分选装置。 3 对于传统的立式气流分选装置, 组分的沉降 末速是决定分选效率的主要因素。颗粒的沉降末速 主要与颗粒的密度 、 粒度和形状有关, 因而传统气流 分选装置有效分选影响因素较多。对于脉动气流分 选装置研究认为 ,物料密度是决定分选的主要因素 。 4 本试验选用铝和塑料的示踪颗粒作为研究对 象,对于阻尼式脉动气流分选装置调节合适的参数, 可获得较高的分选效率。在以后的研究中,将着重考 虑采用宽粒级多组分的实际物料作为研究对象。同 时考虑在传统气流分选装置中加脉动阀 ,以在分选装 置中产生主动式脉动气流 ,使脉动气流分选装置对宽 粒级多组分的实际物料按密度有效分离 。 参考文献 1 段晨龙, 王海锋, 何亚群等. 电子废弃物的特点. 江苏环境科技, 2003. 16 3 36～ 37. 2 段晨龙. 脉动气流分选装置处理电子废弃物的基础研究. 中国矿业 大学硕士论文, 2004. 6. 3 温雪峰. 废弃线路板的资源化研究. 中国矿业大学硕士论文, 2001. 6. 4 温雪峰. 物理法回收废弃电路板中金属富集体的研究. 中国矿业大 学博士论文, 2004. 6. 5 王海峰. 脉动气流分选机分选机理及气流流型研究. 中国矿业大学 硕士论文, 2004. 6. 6 Yuemin Zhao , Xuefeng Wen, Beibei Li, Daniel Tao.Recovery of copper from waste printed circuit board. Journal of Minerals metallurgical processing ,2004. 2 99～ 102. 7 Patricia Bell Crowe, J. Jeffrey Peirce. Particle Density and Air -Classifier Perance. Journal of Environmental Engineering , 1988. 114 2 282～ 399. 作者通讯处 段晨龙 221008 江苏徐州 中国矿业大学化工学院 博 04 电话 0516 3995505 E -mail llaoduan etang . com 2005- 03-01 收稿 上接第 68页 PCDD Fs在旋流板塔内通过水膜捕集被吸附脱除 ,排 至沉渣处理系统中 。该项技术已应用于燃煤锅炉烟 气净化处理设备 ,取得显著效果。 旋流板塔中采用喷射碱性石灰水中和酸性气体 成分 HCl 、 SOx ,除尘、净化 、 吸附能力较强 ,在锅炉烟 气净化系统中同时去除 HCl 、 SOx和 PCDD Fs, 比较适 合小规模锅炉安装使用。 6. 2 HCl 的控制和处理 一般认为烟气中HCl 的来源主要是固体燃料中的 有机氯,如 PVC 塑料、 橡胶、 皮革等燃烧时分解生成 。 在850～ 1 050 ℃炉温范围内, 在燃烧物料掺入 磨碎的氢氧化钙 、 氢氧化镁粉等吸收剂时 ,可以减少 HCl 的生成量 ,HCl 的脱除率可达到98。 烟气和吸收剂在旋流板塔除尘器内反应脱除 HCl 。吸收剂采用 Ca OH2吸收、脱除 HCl 的反应式 为 Ca OH2 2HClCaCl2 2H2O 经上述方法处理 ,RDF 固体燃料燃烧产生的污染 物能够得到有效地控制 ,为 RDF 固体燃料的工业化 应用解决了二次污染的问题。 7 结论 通过对汕头市澄海区工业产业结构深入调查的 结果 ,具有它的特殊性。我区利用废纸制浆造纸业发 展较快,产业集中,具有一定的规模 ,废纸制浆覆膜产 生量大 ,按照环保要求 , 消除固体废物的污染势在必 行。对这类具备热值废物燃料化利用很有发展前途, 在固体燃料化配制生产中 , 水处理污泥是一种粘结 剂,也具备热值 ,其原料来源是污水处理厂正常运行 的保证。澄海区工业发展中燃煤锅炉多 ,燃料消耗占 很大的资金 , RDF 固体燃料可以代替部分燃料煤。 RDF 固体燃料燃烧过程中产生的污染问题也能得到 有效的控制 。因此, 利用具有热值的工业固废开发生 产固体燃料是一种值得探讨的方法 。 作者通讯处 林广清 515800 汕头市澄海区泰然路 汕头市澄海 区环境科学研究所 电话 0754 5892741 E -mail dt3207163. com 2004- 12-07 收稿 55 环 境 工 程 2005年 8 月第23 卷第4 期 Abstract A technique using the waste slag to treat chromium dregs has been advanced in order to eliminate environmental pollution. Using the high temperature and reduction of the blast furnace slag, the chromium dregs were mixed at appropriate proportion with blast furnace slag, which could make chromium dregs detoxify. In the present study, the detoxification mechanism of chromium dregs was analyzed theoretically. The experiment results show that the blast furnace slag can remove the toxic of Cr6completely while the mass quantity of added chromium dregs was less than 10 percent. Keywords chromium dregs, blast furnace slag and detoxification mechanism DISCUSSION ON PRODUCTION OF SOLID FUEL USING INDUSTRIAL SOLID WASTES WITH HEAT VALUELin Guangqing et al 67 Abstract A large amount of solidwastes are produced every year by industrial enterprises. If the wasteswith heat value are used to research and produce mixed RDF solid fuel, the advantages of recycling resources and recovering energy can be realized. It can control effectively the secondary pollution while the reduction of environmental pollution can also be realized, whose economic, social and environmental benefits have strong attraction, which is worth exploring . Keywords waste plastic film, sludge, RDF and solid fuel INFLUENCE OF LANDFILL STRUCTURE ONLEACHATE CHARACTERISTICS Wang Qi et al 69 Abstract Two large scale landfilling installations were built according to semi-aerobic landfilling and anaerobic landfilling theories. The concentrations of CODCr, BOD5andNH3-N were detected regularly . The results showed that, the concentration of pollutants in leachate of semi- aerobic landfilling structure reduced more quickly than that in anaerobic landfilling structure. The pollutant concentrations in leachate of semi- aerobic landfilling structure reduced regularly , but which in aerobic landfilling leachate varied greatly in early period of experiment. Keywords semi -aerobic, municipal solid waste, landfill and leachate APPLICATION OFMODIFIEDOSCULATINGINENVIRONMENTALQUALITY ASSESSMENT ON SURFACE WATERCao Jianrong et al 72 Abstract As a multi-objective decision optimization , osculating has been used in assessment on environmental quality of surface water. Modified osculating considers environmental criteria as samples of environmental matrix. Osculating value of every sample is given to make sure the qualities of all surface water sections. Moreover, analytic hierarchy process was used to decide the contribution of each index . It makes the result of environmental quality assessment on surface water more scientific. Keywords osculating , analytic hierarchy process, surface water and environmental quality assessment STUDY ON THE SYNTHESIS OF A NEW CHROMOGENIC REAGENT AND ITS APPLICATION IN ENVIRONMENTAL MONITORINGZhang Chunniu et al 75 Abstract This paper reports the synthesis of the new reagent 1- 4 -nitrophenyl -3 - 5 -bromopyridyl -triazene NPBPDTand the color reaction of NPBPDT with mercury. In the presence of the surface active agent Triton X -100 and in the Na2B4O7-NaOH medium of pH 11. 5, the reagent a yellow complex withmercury in the molar ratio of 1∶ 2. The molar absorptivity is 2. 80105L mol cm by dual -wavelengh of 440 nm and determination wavelengh of 535 nm. Beer s law is obeyed in the range of 0 ～ 12 μ g 25 mL. The has been applied to the direct determination of mercury in waste water with satisfactory results. Keywords 1 - 4 -nitrophenyl -3 - 5 -bromopyridyl -triazene, mercury and color reaction STUDYONTHESFORDETERMININGTRACEALDEHYDEBY PHLOROGLUCINOLZhang Shulin 77 Abstract This article studies a new of determining trace aldehyde by phloroglucinol. The application conditions of color reagent are investigated. This is simple, convenient and less sort of reagent and the degree of accuracy and precision is higher. Keywords aldehyde, phloroglucinol and color reaction STUDYONATMOSPHERICENVIRONMENTALCAPACITYANDATMOSPHERIC ENVIRONMENTAL MANAGEMENT IN ENERGY HEAVY INDUSTRY AREALin Jiquan et al 79 Abstract The atmospheric environmental capacity in Longmen Energy Heavy Industry Area is calculated using a box model of different frequency of wind speed. The result shows that the capacity of sulfur dioxide andTSP is respectively 21 097. 72 t and 63 293. 15 t in a year. The of selecting data and benefit transfer approach are respectively put into use to add up systematically discharging capacity and calculate the unsystematically discharging amounts, and the amount of sulfur dioxide is 13 728. 79 t a, and TSP is 68 555. 97 t a. The using ratio of SO2of atmospheric environmental capacity is 71. 2, and TSP is 108. 1 on small wide speed and still wind occasion. The using ratio of SO2of atmospheric environmental capacity is 30. 1, and TSP is 109. 6 on gale occasion. The result shows air pollution is different in different conditions, that is to say, SO2comes from systematically discharging, comparative spare capacity is 7 368. 93 t a. And TSP is in excess of its capacity, flying dust about coal and uncovered floor are main pollution sources on gale occasion, and atmospheric pollution is produced by 5 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 23,No. 4, Aug . , 2005