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三种垃圾筛上物的衍生燃料 RDF 制备 * 李春萍 北京建筑材料科学研究总院 固废资源化利用与节能建材国家重点实验室， 北京 100041 摘要 对适合焚烧处理的 3 种垃圾筛上物的 RDF 制备工艺进行了探讨。结果表明 垃圾筛上物在制备 RDF 前必须要 经过破碎处理， 破碎粒度越小， 越有利于 RDF 成型和抗压强度的增加。堆肥垃圾筛上物成型率在 80 以上， 其次为原 生垃圾筛上物， 矿化垃圾筛上物单独制备 RDF 的成型率仅为 5 ， 添加 30 以上的餐厨垃圾利于 RDF 成型率和抗压 强度的增加。利于 RDF 成型的最佳垃圾含水率为 25 ， 其次为 30 ， 成型率分别达到 75. 3 和 70. 4 。 关键词 垃圾筛上物;衍生燃料;破碎;含水率;有机物 PREPARATION OF REFUSE DERIVED FUEL RDFFROM THREE SCREENING RESIDUES Li Chunping State Key Lab of Solid Waste Resources Utilization and Energy Saving Building Materials，Beijing Building Materirals Academy of Science Research，Beijing 100041，China AbstractThe preparation process of refuse derived fuel RDFfrom three screening residues was discussed． The results showed the screening residues must be crushed before handling and the smaller the particle size，the better granulating and compressive strength of RDF products． Granulating rate of screening residues from composting plant was 80 ，followed by products screened from transfer station． As for products screened from aged-refuse landfill，the granulating rate was only 5 of organic matter． The granulating rate and compressive strength could be increased if more than 30 of food waste were added． The optimized moisture content of RDF is 25 ，followed by 30 ，with granulating rate of 75. 3 and 70. 4 respectively． Keywordsscreening residue;refuse derived fuel RDF ;crush;moisture content;organic matter *国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 973项 目 2010CB735803， 2012CB724603 ; 金隅集团重点项目。 0引言 筛分 是 城 市 生 活 垃 圾 处 理 中 的 基 本 手 段 之 一 ［1］。利用筛分不仅可将垃圾中不同粒径物料分 离， 还可提高垃圾热值 ［2- 3］。经过筛分后的垃圾筛上 物含水率低， 热值较高， 常常作为垃圾焚烧厂的主要 原料 ［4］。但垃圾直接焚烧存在着处理率低、 能耗高 及酸 性 气 体、 二 恶 英、 飞 灰 造 成 的 二 次 污 染 等 问 题 ［5- 6］， 导致垃圾焚烧厂建设困难。 在垃圾中添加一定量的助燃剂、 固硫剂、 防腐剂 等， 制成垃圾衍生燃料 RDF ［7］， 不仅便于储存和运 输， 而且可以显著改善燃料性能、 控制二次污染 ［8- 9］， 为垃圾能源化带来了新思路。 垃圾筛上物以塑料为主， 含水率低， 不易成型， 因 此尽管很多学者对污泥 ［10- 11］和垃圾［12- 13］的 RDF 加工 工艺进行了研究， 但涉及垃圾筛上物的文献较少。选 用适合焚烧的原生垃圾筛上物、 垃圾堆肥筛上物、 矿 化垃圾筛 上 物， 采用 生物 质 平 模 辊 压 造 粒 机 制 成 RDF， 重点研究破碎粒径、 垃圾特性及含水率对垃圾 筛上物衍生燃料制品成型率和抗压强度的影响， 从而 为衍生燃料配方的确定和工艺设计提供理论基础。 1实验部分 1. 1材料 2011 年 6 月， 分别采集北京马家楼垃圾转运站 的原生垃圾筛上物、 南宫堆肥厂的垃圾堆肥筛上物及 丰台填埋场开挖的矿化垃圾筛上物 200 ～ 300 kg， 经 前处理后以生物质平模辊压造粒机制成 RDF。 1. 2工艺流程 实验流程 先将垃圾筛上物进行两级破碎， 再与 一定量的添加剂充分混合， 调整混合物含水率， 利用 平模辊压造粒机造粒， 产生长 2 ～ 3 cm、 直径 6 mm 的 78 环境工程 2012 年 8 月第 30 卷第 4 期 圆柱形颗粒， 再经低温烘干即可得到衍生燃料成品。 1. 3测定指标及测定方法 分别测定 3 类垃圾的湿基物理重量百分比、 含水 率、 RDF 成型率及抗压强度 4 个指标。将各垃圾样 品按灰土砖瓦、 食品类、 纸类、 塑料、 金属、 玻璃、 织物、 木竹、 废电池等类别进行手工分拣， 记录各类成分的 质量并计算其湿基质量百分比。含水率采用减重法 测定。将加工好的 RDF 成品放入烘箱， 105 ℃ 充分 干燥后， 过5 mm圆孔筛， 称取筛上物的质量， 与总质 量对比得到样品成型率。抗压强度采用万能电子实 验机测定。 2结果与讨论 2. 13 种垃圾筛上物的物理组成及含水率 3 种垃圾筛上物物理组成及含水率见表 1。 表 1垃圾筛上物物理组成及含水率 塑料木竹织物纸类金属食品石、 土含水率 原生垃圾筛上物39. 5010. 301. 2010. 100. 3030. 108. 5030. 01 堆肥垃圾筛上物28. 513. 653. 3419. 450. 1538. 216. 6933. 10 矿化垃圾筛上物52. 748. 292. 761. 840. 501. 1732. 7027. 15 从表 1 可以看出 3 种垃圾筛上物的物理组成各 不相同， 差异很大。原生垃圾筛上物和堆肥垃圾筛上 物组成以塑料、 食品及木竹纸类等可燃物为主， 石块、 砖瓦、 灰土等不可燃组分仅占垃圾组分的 10 以下; 而矿化垃圾筛上物组成以塑料和灰土砖瓦为主， 食品 含量 ＜ 2 ， 说明该填埋场的垃圾已经基本矿化 ［14］。 3 种垃圾筛上物中， 可燃组分如塑料、 木竹、 织物、 纸 类、 食品等含量合计占到了垃圾总量的 65 以上， 适 合焚烧处理。 3 种垃圾筛上物的含水率均为 35 以下， 远远低 于未筛分前的 40 以上 ［15］， 证明筛分是降低垃圾含 水率、 提高垃圾热值的有效前处理方法之一 ［3］。 2. 2三种垃圾筛上物的 RDF 制备工艺 2. 2. 1破碎粒径对成型的影响 调整破碎机的齿轮间隔， 将 3 种垃圾筛上物分别 破碎成 50， 25， 20， 5 mm 及 100 目以下 5 种粒径， 用生 物质平模辊压造粒机加工成 RDF， 测定 RDF 的成型 率和抗压强度， 以未破碎垃圾作为对照， 结果见图 1。 图 1破碎粒径对成型的影响 从图 1 可以看出 随着粒径的降低， RDF 成型率 逐渐增加， 从未 破碎 的 10 左右 升 高 到粉末 状的 90 以上， 差异显著; 垃圾破碎粒度越小， 越有利于 RDF 成型。当垃圾的粒径为 5mm 时， RDF 成型率达 到 70. 6 ， 由于采用的平模造粒机模孔为6 mm， 将垃 圾破碎到粒径与模孔接近或者略小于模孔较为合适。 随着垃圾破碎粒径的降低， RDF 的抗压强度也 逐渐增加， 从未破碎的0. 9 MPa升高到 100 目以下的 3. 4 MPa， 差异显著。说明 垃圾破碎粒度越小， 越有 利于垃圾之间的粘合， RDF 的抗压强度越高。 2. 2. 23 种垃圾筛上物成型率比较 将 3 种垃圾筛上物全部破碎至5 mm以下， 分别用 造粒机加工成 RDF， 测得成型率和抗压强度见图 2。 图 2 3 种垃圾筛上物成型率比较 从图 2 可以看出 3 种垃圾筛上物的 RDF 成型率 与抗压强度排序为 堆肥垃圾筛上物 ＞ 原生垃圾筛上 物 ＞ 矿化垃圾筛上物， 这与 3 种垃圾筛上物的成分密 切相关。矿化垃圾筛上物最不易成型， 要添加一定的 粘结剂 ［16］或有机物。 2. 2. 3有机物含量对成型的影响 将矿化垃圾筛上物破碎至5 mm以下， 分别添加 一定的餐厨垃圾， 添加比例为 5 、 10 、 15 、 20 、 30 、 40 、 50 ， 用造粒机加工成 RDF， 测得成型率 和抗压强度见图 3。 从图 3 可以看出 随着餐厨垃圾添加量的增加， 矿 化垃圾筛上物 RDF 成型率和抗压强度也呈现增加趋 势， 差异显著。因此， 矿化垃圾可与餐厨垃圾联合处 理， 矿化垃圾中的土还可作为餐厨垃圾的臭味吸附 88 环境工程 2012 年 8 月第 30 卷第 4 期 图 3有机物含量对成型的影响 剂 ［17］。 2. 2. 4含水率对成型的影响 将 3 种垃圾筛上物全部破碎至粒径5 mm以下， 并调整成 20 、 25 、 30 、 35 、 40 、 50 等 6 种不 同的含水率， 分别用造粒机加工成 RDF， 测定 RDF 的 成型率和抗压强度， 结果见图 4。 图 4含水率对成型的影响 张宪生 ［18］等的研究表明 在成型压力范围内， 含 水率能显著影响 RDF 的机械强度。从图 4 可以看 出 有利于 RDF 成型的最佳垃圾含水率为 25 ， 其次 为 30 ， 成型率分别达到 75. 3 和 70. 4 。过高或 过低的含水率均不利于 RDF 成型， 强度相对也较低。 3结论 1 原生垃圾筛上物和堆肥垃圾筛上物组成以塑 料和食品为主， 矿化垃圾筛上物以塑料和灰土砖瓦为 主， 3 种垃圾筛上物中可燃组分高， 含水率均在 35 以下， 适合于焚烧处理。 2 垃圾破碎粒度越小， 越有利于 RDF 成型和抗 压强度的增加。 3 堆肥垃圾筛上物成型率在 80 以上， 其次为 原生垃圾筛上物， 矿化垃圾筛上物单独制备 RDF 成 型率仅为 5 ， 须添加一定的粘结剂或有机物。 4 在矿化垃圾筛上物中添加餐厨垃圾利于 RDF 成型率和抗压强度的增加， 添加量应在 30 以上。 因此， 矿化垃圾宜与餐厨垃圾联合处理。 5 利于 RDF 成型的最佳垃圾含水率为 25 ， 其 次为 30 ， 成型率分别达到 75. 3 和 70. 4 。含水 率过高或过低均不利于 RDF 成型， 强度相对较低。 参考文献 ［1］Tchobanoglous G， Theisen H，Vigil S．Integrated solid waste management［M］． New York McGraw-Hill，1995． ［2］李兵，董志颖． 宁波市生活垃圾粒度分布特征研究［J］． 宁波 大学学报 理工版 ，2008，21 1 141- 144． ［3］李旭玲，胡美莉． 提高生活垃圾热值的有效途径厦门市城市 生活垃圾热值初探［J］． 环境卫生工程，2007，15 5 46- 48． ［4］李国学，周立祥，李彦明． 固体废物处理与资源化［M］． 北 京中国环境科学出版社，2005． ［5］Abad E，Martnez K，Caixach J，et al． Polychlorinated dibenzo-p- dioxins，dibenzofurans and dioxin-like PCBs in flue gas emissions from municipal waste management plants ［J］．Chemosphere， 2006，63 4 570- 580． ［6］Eickman T．Environmental toxicological assessment of emissions from waste incinerators［J］． Fresenius Environ Bull，1993 3 244- 249． ［7］Umberto Arena，Antonio Cammarta，Maria Laura Mastellone． The phenomenology of comminution incthe fluidized bed combustion of packagin-derived fuels［J］． Fuel，1998，77 11 1185- 1188． ［8］魏小林，盛宏至，刘典福， 等． 流化床中 RDF 焚烧时 CO、 SO2 和 HCl 的生成［J］． 环境科学学报，2005，25 1 34- 38． ［9］郭小汾，杨雪莲，陈勇， 等． 垃圾衍生燃料 RDF 的燃烧特性 研究［J］． 太阳能学报，2001，22 3 286- 290． ［ 10］蒋建国，杜雪娟，杨世辉，等． 城市污水厂污泥衍生燃料成型 的研究［J］． 中国环境科学，2008，28 10 904- 909． ［ 11］Dospoy R，Raleigh C，Harrison C． Pelletized fuel composition and of manufacture ［P］． US 5743924. 1998- 04- 28． ［ 12］解强，沈吉敏，张宪生，等． 模化城市生活垃圾衍生燃料制备 及热解特性的研究［J］． 燃料化学学报，2003，31 5 471- 477． ［ 13］任福民， 张玉磊， 牛牧晨． 铁路站车垃圾衍生燃料制备工艺的正 交试验研究［J］． 北京交通大学学报，2008，32 4 75- 78． ［ 14］Zhao Youcai，Wang Luochun，Huang Renhua， et al． A comparison of refuse attenuation in laboratory and field scale lysimeters［J］． Waste Management， 2002，22 1 29- 35． ［ 15］李春萍，李国学，李玉春． 北京春季垃圾流体在物流系统中的 变化分析［J］． 环境卫生工程，2008，16 5 21- 26． ［ 16］汪恂． 污泥合成燃料试验研究［J］． 国外建材科技，2002，23 4 57- 58． ［ 17］Sheridan B A，Curran T P，Dodd V A． Biofiltration of n-butyric acid for the control of odour［J］． Bioresource Technology，2003， 89199- 205． ［ 18］张宪生，厉伟，沈吉敏， 等． 混煤垃圾衍生燃料制备工艺的正 交试验研究［J］． 江苏环境科技，2003，16 4 1- 4. 作者通信处李春萍100041北京市石景山区金顶北路 69 号院北 京建筑材料科学研究院功能材料所 E- maillichp-xj 163. com 2011 － 11 － 02 收稿 98 环境工程 2012 年 8 月第 30 卷第 4 期