（环境工程专业论文）城市生活垃圾制备衍生燃料rdf工艺实验研究.pdf

r 浙江工业大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的 学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中 以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。 作者签名： 徐听 日期：砌年r 月；日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密留。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 导师签名： 日期：枷年 日期。带 日日 i ； 月月 f l | l 厂 城市生活垃圾制备衍生燃料( r d f ) 工艺实验研究 摘要 随着地球上人口数量的不断增长、社会的发展以及城市化进程的加 快，城市生活垃圾产量越来越大，如何处理城市垃圾问题变得极其重要， 垃圾衍生燃料( i f ) 技术作为垃圾处理新技术已逐渐得到世界各国的 重视及应用。 本文对城市生活垃圾制备r d f 的工艺进行实验研究，通过对热风模 拟干燥装置中垃圾干燥过程的研究，结果显示：随着热风温度的增加， 土豆块厚度的减少、热风风速的增大以及空气湿度的降低，干燥速率变 快，物料的干燥时间随之减小。在r d f 的合成工艺中，选取氧化钙为固 氯剂，固氯剂的添加对r d f 燃烧过程中氯的脱除效果比较明显，投加量 约占垃圾质量的2 7 。 中试合成装置采用类似j c a r e r l 法的工艺合成i m f ，滚筒干燥器合 理的工艺参数为：入口风温1 4 0 ；加料量5 7 5 埏；筒内风速2 6 州s ； 滚筒转速5r m i n 。整套中试设备运行良好，部分环节还有待改进。对 合成的r d f 进行物化性质测定，及燃烧、热解特性分析，结果显示：i m f 的燃烧和热解过程大致分为三个失重段，前两个失重段分别是挥发分和 固炭的分解造成的，整个过程都可以用三个一级反应描述。i f 燃烧速 率较热解速率快，且燃烧的失重率明显大于热解的。 关键词：垃圾衍生燃料( r d f ) ，干燥， 成型，中试设备 浙江工业大学硕士论文 e x p e r i m e n t a ls t u d i e so ns y n t h e s i s o fr e f u s ed e r i v e df u e lf r o m m u n i c i p a ls o l i dw a s t e s a bs t r a c t w i t l lt h eg r o 、玑ho f p o p u l a t i o 坞s o c i a ld e v e l o p m e ma n dt h ea c c e l e r a t i o n o fu r b a n i z a t i o 坞 m u n i c i p a ls o l i dw a s t e s ( m s w )o u t p u t i s i 1 1 c r e a s i n g l y h i g h h o wt oh a n d l et h em s w p r o b l e mi sv e 巧i m p o r t a l l t a san e w t e c h n i q u eo fh a n d l i n gm s w jr e m s ed e r i v e d 向e l ( r d f ) 丘o mm u n i c i p a ls o l i d w a s t e sd r a w sm u c ha t t e n t i o ni l lm a n yc o 州e s i nm i s p 印e r ，t h es y n t h e s i so fi fw a ss t u d i e d i tw a sf o u n dt h a t ，i nt h e h o t - a i rd 巧i n gp r o c e s s ，w i t ht 1 1 eh o t - a i rt e m p e r a t u r ei n c r e a s e d ，t h i c k n e s so f p o t a t ob l o c k sr e d u c e d ，a i rv e l o c i t yi n c r e a s e da n da i rh u m i d i 哆d e c r e a s e d ，t h e d i y i n gr a t eb e c 锄eh i g h e ra n dt h ed 巧i n gt i i l l ed e c r e a s e d i nt h es y n t h e s i sp r o c e s so fr d f ，c a 0w a sa d d e da sac h l o r i n er e m o v a l a g e n t nw a sf o u n dt l l a t t h er e m o v a lo fc h l o r i n ew a ss i g n i f i c a n tw i t ht l l e a d d i t i o no fc a oi m or d f t h em a s sr a t i oo fc a oa d d e dm om s wi sa b o u t 2 7 i fs y n s t h e s i sp r o c e s su s e di np i l o ts c a l ee q u i p m e n tw a ss i m i l a rt o j - c a r e r lp r o c e s sa n dt h er o t a 巧d 拶e r sr e a s o n a b l ed 巧i n gp a r 锄e t e r so f h o t - a i rt c m p e r a t u r ew a s1 4 0 ，m a t e r i a lm a s sw a s5 7 5k g ，a i rv e l o c i 够 w a s2 6i sa n dr o t a t i o n a lv e l o c i 哆w a s5r m i n a 1 1e q u i p m e n t sr u nw e l l ， s o m es e c t i o n sn e e dt ob ei m p r o v e d p h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e s ，c o m b u s t i o n c h a r a c t e r i s t i c sa 1 1 dp y r o l y s i sc h a r a c t e r i s t i c so fr d fw e r ea 1 1 a l y s e d i tw a s 浙江工业大学硕士论文 p r o v e dt 1 1 a t ，t h er d fw e i g mw a sr e d u c e di 1 1a b o u tt h r e es t a g e sd u n gi t s c o m b u s t i o na n d p y r o l y s i sp r o c e s s ，t h ef i r s t 锄ds e c o n ds t a g ew a s 砌b u t e d t om ed e c o m p o s eo fv o l a t i l em a t t e ra n df i x e dc a r b o n t h ec o m b u s t i o na n d p y r o l y s i sp r o c e s so fr d fc o u l db ee x p r e s s e db y 廿盯e ef i r s t - o r d e rr e a c t i o n s t 1 1 ec o m b u s t i o nr a t eo fr d fw a sh i 曲e rt h a nt h ep y r o l y s i sr a t ea 1 1 dt h e 、e i 曲tl o s sr a t eo f c o m b u s t i o nw a sm o r em a l lt h er a t eo f p y r o l y s i s 1 江yw o r d s ：r e 如s ed e r i v e d 如e l ( 砌) f ) ，d 叫i n g ，b r i q u e 仳，p i l o ts c a l e e q u i p m e n t 浙江工业大学硕士论文 l 目录 第一章绪论1 1 1 垃圾衍生燃料的研究背景和意义1 1 1 1 研究背景1 1 1 2 研究意义2 1 2 研究的内容2 第二章文献综述。3 2 1 垃圾衍生燃料( r d f ) 概要3 2 1 1 垃圾衍生燃料( r d f ) 的分类。3 2 1 2 垃圾衍生燃料( 1 m f ) 的组成4 2 1 3 垃圾衍生燃料( r d f ) 主要技术指标。4 2 1 4 垃圾衍生燃料( r d f ) 的特性5 2 2 垃圾衍生燃料的制备工艺6 2 2 1 散装r d f 制备工艺6 2 2 2 干燥成型i m f 制各工艺6 2 2 3 化学处理的r d f 制备工艺7 2 3 垃圾衍生燃料( r d f ) 的应用8 2 4 垃圾衍生燃料( r d f ) 研究开发现状l o 2 4 1 国外研究状况1 0 2 4 2 国内研究状况。lo 2 4 3r d f 燃烧技术研究1 1 2 5 垃圾衍生燃料( r d f ) 存在的问题1 2 2 5 1 垃圾分选问题1 2 2 5 2r d f 设备的燃烧问题1 3 2 5 3 烟气、灰渣处理问题13 2 5 4 垃圾的燃烧过程和燃烧充分性1 3 浙江工业大学硕士论文 第三章城市生活垃圾热风干燥模拟实验研究15 3 1 引言1 5 3 2 实验装置及实验材料15 3 2 1 实验装置1 5 3 2 2 实验材料16 3 3 热风干燥装置试验结果及分析l6 3 3 1 干燥温度对干燥过程的影响16 3 3 2 物料厚度对干燥过程的影响1 9 3 2 3 热风风速对干燥过程的影响2 0 3 2 4 空气湿度对干燥过程的影响21 3 2 5 生活垃圾各主要成分的干燥过程2 2 3 4 结论2 3 第四章垃圾衍生燃料( r d f ) 的合成及中试设备2 5 4 1 引言2 5 4 2 垃圾衍生燃料( r d f ) 合成工艺2 5 4 2 1 实验物料2 6 4 2 2 添加剂的选择及配比。2 6 4 3 垃圾衍生燃料( ) f ) 合成中试设备2 7 4 3 1 垃圾衍生燃料( i m f ) 合成具体流程2 7 4 3 2 滚筒干燥器干燥条件设计。2 8 4 3 3 主要设备及相关参数。3 5 4 4 结论。3 6 第五章垃圾衍生燃料( r d f ) 的特性3 7 5 1 引言3 7 5 2r d f 物化性质分析3 7 5 3r d f 的燃烧特性实验研究3 9 5 3 1 燃烧特征温度表征3 9 5 3 2r d f 的燃烧热重分析3 9 浙江工业大学硕士论文 n 5 3 3 升温速率对燃烧的影响4 0 5 3 4 空气流速对燃烧的影响4 l 5 3 5i m f 燃烧动力学研究4l 5 3 6 其他生物质燃料的燃烧特性4 2 5 4r d f 的热解特性实验研究4 4 5 4 1r d f 热解机理4 4 5 4 2r d f 的热解热重分析4 5 5 4 3r d f 的热解过程与燃烧过程的对比4 5 5 4 4 热解动力学分析4 6 5 5 结论。4 7 第六章结论与展望4 8 6 1 结论4 8 6 2 展望。4 8 参考文献5 0 浙江工业大学硕士论文 i 符号说明 a s t m ： a m e r i c 锄s o c i e t ) ，f o rt e s t i n ga n dm a t e r i a l s 的缩写，美国材料与实验协会； q ：传热速率； a ：对流换热系数； 以：热空气温度； 兀表面温度； 彳：物料有效表面积； 传质速率； ：物料和空气界面的对流传质系数； 地：物料界面的空气湿度： 胤s ：空气流中的空气湿度； d p s ：d a t e p m c e s s i n gs y s t e m 的缩写，数据处理软件； d t g 一6 0 h ：岛津差热一热重分析装置： d t a ：差热分析； t g a ：热重分析 浙江工业大学硕士论文 城市生活垃圾制各衍生燃料( 1 m f ) 工艺实验研究 第一章绪论 1 1 垃圾衍生燃料的研究背景和意义 1 1 1 研究背景 能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。纵观人类社会发展的历史，人 类文明的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替。能源的开发利用极大地推进了 世界经济和人类社会的发展。 过去1 0 0 多年里，发达国家先后完成了工业化，消耗了地球上大量的自然资源， 特别是能源资源。当前，一些发展中国家正在步入工业化阶段，能源消费增加是经济 社会发展的客观必然。 中国是目前世界上第二位能源生产国和消费国。能源供应持续增长，为经济社会 发展提供了重要的支撑。同时，我国是个人口大国，这就意味同时是城市生活垃圾生 产大国，目前有大中小城市近6 0 0 座，小城镇2 0 3 7 4 个，城市人口约3 5 亿，平均每天人 均生产垃圾1 3 1 5 公斤。到2 0 0 2 年全国城市生活垃圾的年产量已达1 5 亿吨，且每年以 8 1 0 的速度在递增。随着经济的发展，我国城市生活垃圾的组分出现明显变化，特 别是在我国一些经济发达地区，垃圾中塑料等高热值成分急剧增加，造成的白色污染 日趋严重。处理城市生活垃圾，消除白色污染，实现无害化、资源化和减量化，己成 为我国必须解决的重大问题【。 长期以来，我国城市生活垃圾的处理，主要是以寻找合适地点加以消纳为目的。 目前大多数城市仍以简单填埋为主要处理方式( 约占8 0 左右) ，其次是高温堆肥( 约 占1 5 2 0 ) ，焚烧方式较少( 约占3 5 ) 。 近年来，由于人们对资源和生态环境的日益关注，垃圾生产能源和回收再生技术 得到迅速的发展。目前国内外兴起一种垃圾衍生燃料( r e m s ed e r i v e df u e l ，简称r d f ) 生产技术，所谓垃圾衍生燃料，是指从垃圾中除去金属、玻璃、砂土等不燃物，将垃 圾中的可燃物( 如塑料、纤维、橡胶、木头、食物废料等) 破碎、干燥后，加入添加剂， 压缩成所需形状( 如柱状，颗粒状等) 的固体燃料【l 】。r d f 可作为供热锅炉、发电锅 浙江工业大学硕士论文 城市生活垃圾制备衍生燃料( m ) f ) 工艺实验研究 炉、水泥窑炉的燃料。燃烧后的灰渣可作为制造水泥的有效成分，不需填埋，为垃圾 的资源化处理拓宽了道路，符合环保发展的趋势。 1 1 2 研究意义 l m f 是经过科学配比人工合成的燃料，具有较高的发热值( 一般为3 0 0 0 4 0 0 0 k c a 脉g ) ，与一般垃圾燃料相比，热值为后者的l 2 倍以上，发电效率可达2 5 ( 一般 垃圾燃烧为1 0 ) 以上，而且燃烧稳定，能大大降低燃烧产生的二恶英等二次污染物。 r d f 一般用作流化床焚烧炉的燃料，既可单独燃烧，也可与煤或其他固体燃料混燃， 还可气化制气。它既易于保存和运输，燃烧稳定，而且能大大降低燃烧产生的二次污 染物，同时还可以有效回收热能发电。这些特点使其成为良好的化石替代燃料，广泛 使用于干燥工程、水泥制造、供热工程和发电工程等领域【2 1 。 垃圾衍生燃料生产技术符合我国以科学发展观为指导，加快发展现代能源产业， 坚持节约资源和保护环境的基本国策，虽然我国对垃圾焚烧技术的研究起步较晚，有 关i m f 的研究刚刚开始，但只要结合国情，加大研究力度，抓住i m f 垃圾能源领域的 新生长点，必将促进我国垃圾能源的有效利用。 1 2 研究的内容 ( 1 ) 城市生活垃圾热风干燥模拟实验研究，以厨余垃圾土豆块为对象进行热风干燥模 拟实验研究，研究在不同热风温度、风速和空气湿度等条件下的物料干燥特性。 ( 2 ) 研究垃圾衍生燃料( 砌) f ) 的制备及成型工艺，选择添加剂并确定投加量。 ( 3 ) 滚筒干燥器干燥城市生活垃圾实验研究，研究城市生活垃圾在滚筒干燥器中的干 燥及其影响因素，并结合实际情况，得出合理的干燥工艺参数。 ( 4 ) 垃圾衍生燃料( i m f ) 的基本性质，对r d f 进行元素分析、工业分析，测定r d f 的跌 落强度、热稳定性和堆比重。 ( 5 ) 垃圾衍生燃料( r d f ) 的燃烧特性，研究i m f 的燃烧过程，分析燃烧机理。 ( 6 ) 垃圾衍生燃料( r d f ) 的热解特性，研究r d f 的热解过程，分析热解机理。 浙江工业大学硕士论文 2 城市生活垃圾制备衍生燃料( r d f ) 工艺实验研究 第二章文献综述 2 1 垃圾衍生燃料( r d f ) 概要 城市生活垃圾具有定的热值，可以视为一种固体燃料。但由于城市生活垃圾具有 组分变化幅度较大、热值波动大、水分含量高、含有一定量不燃物等特点，如果不经处 理直接作为固体燃料，无疑效果不是很理想，虽然垃圾焚烧处理在垃圾综合处理中的比 重逐年增加，达到了减容、减量的目的，被许多发达国家所采用1 3 。5 1 。但存在许多问题： 垃圾中有机物极易腐烂，释放恶臭，导致运输难和贮藏难；由于垃圾中常含有聚氯乙烯 塑料、食盐以及其它含氯化合物，在垃圾高温受热时会产生腐蚀性的氯化氢气体，氯化 氢不仅排放到大气可形成酸雨，而且在炉内可腐蚀金属设备；为避免腐蚀而采用降低蒸 汽参数的办法，结果造成垃圾发电效率只有l o 1 5 睁l l 】。由于含氯化合物的存在，还 可能产生剧毒有害物质二恶英，对人类健康形成很强的危害；垃圾焚烧后排出的灰渣通 常含有有害金属，如汞、铅等，若处理不当，也会造成环境的二次污染【1 2 】。 垃圾衍生燃料( 1 f ) 具有热值高、燃烧稳定、易于运输、易于储存、二次污染低 和二恶英类物质排放量低等特点，广泛应用于干燥工程、水泥制造、供热工程和发电工 程等领域。r d f 的诞生，无疑为垃圾能源化带来了生机，成为垃圾利用领域新的生长 点。 2 1 1 垃圾衍生燃料( r d f ) 的分类 美国材料与实验协会( a s t m ) 按城市生活垃圾衍生燃料的加工程度、形状、用途 等将r d f 分成7 类( 见表2 1 ) 。在美国r d f 一般指r d f 2 和r d f 3 ，瑞士、日本等国家r d f 一般是r d f 5 ，其形状为西( 1 0 2 0 ) ( 2 0 8 0 ) m m 圆柱状。 浙江工业大学硕士论文 城市生活垃圾制备衍生燃料( r d f ) 工艺实验研究 表2 1 美国a s t m 的r d f 分类 分类内容备注 i m f 1 仅仅是将普通城市生活垃圾中的大件垃圾除去而得到的可燃固体废弃物 i 国f 2 将城市生活垃圾中去除金属和玻璃，粗碎通过 1 5 2 m m 的筛后得到的可燃固体废弃物c o 部r s c ( 粗) r d fc - i f i f 3 将城市生活垃圾中去除金属和玻璃，粗碎通过 5 0 m m 的筛后得到的可燃固体废弃物 r i ) f 4 将城市生活垃圾中去除金属和玻璃，粗碎通过 1 8 3 m m 的筛后得到的可燃固体废弃物 r d f 5 将城市生活垃圾分捡出金属和玻璃等不燃物、粉碎、干燥、 加工成型后得到的可燃固体废弃物 r d f 6 将城市生活垃圾加工成液体燃料 l f 7 将城市生活垃圾加工成气体燃料 f l u f r ( 绒状) r d ff r d f p c 惝( 粉) r d f p - l u ) f d s i t i e d ( 细密) i fm r d f l i q u i df l ( 液体燃料) g 鹞e o u sf u e l ( 气体燃料) r d f 具有如下优点【1 3 】：( 1 ) 便于运输：由于是固体，可用一般的运输车辆运输； ( 2 ) 便于贮存性：由于是干燥物，不会发生垃圾的特异臭味，可长期贮存；( 3 ) 燃 烧性：由于形状和性状均一，可保持一定的燃烧性能，低位发热量稳定，可望提高热 效率；( 4 ) 排气对策：发生的气体稳定，容易定出排气处理对策。由于进行稳定的 燃烧，有减少二恶英类有害物质的产生；( 5 ) 有利于改善居住环境：由于实施可燃 垃圾的再循环，可有效利用垃圾所持有的能量，推进再循环及有效进行垃圾处理。 r d f 具有如下缺点：( 1 ) 与石油或城市煤气相比，提取相对困难( 必须要有搬运装 置，载重卡车等) ；( 2 ) 燃烧时发生残留物质问题( 由于使用的炉不同，残渣产生量 也不同，有必要进行残渣的处理) ； ( 3 ) 必须有专烧锅炉。 2 1 2 垃圾衍生燃料( r d f ) 的组成 r d f 的性质随着地区、生活习惯、经济发展水平的不同而不同。r d f 的物质组成 一般为：纸6 8 0 ，塑料胶片1 5 0 ，硬塑料2 o ，非铁类金属0 8 ，玻璃o 1 ， 木材、橡胶4 0 和其它物质l o 0 【1 4 】。 2 1 3 垃圾衍生燃料( r d f ) 主要技术指标 i m f 成分： 水分1 0 以下 浙江工业大学硕士论文 4 城市生活垃圾制备衍生燃料( r d f ) 工艺实验研究 灰分1 2 2 5 挥发分5 5 7 5 固态碳7 1 3 总计1 0 0 i m f 性能： 发热量约为1 2 5 0 0 1 7 5 0 0l ( j k 燃点 2 1 0 2 3 0 2 1 4 垃圾衍生燃料( r d f ) 的特性 ( 1 ) 防腐性 r d f 的水分约为1 0 ，制造过程加入一些钙化合物添加剂，具有较好的防腐性，在 室内保管1 年无问题，而且不会因为吸湿而粉碎，还可作为储备能源按需使用。 ( 2 ) 燃烧性 热值高，发热量在1 2 5 0 0 1 7 5 0 0 1 ( j k g ，且形状一致而均匀，有利于稳定燃烧和提 高效率。可单独燃烧，也可和煤、木屑等混合燃烧且在煤中混合燃烧被证实是可行有 效的【1 5 。1 9 】。其燃烧和发电效率均高于垃圾发电站。 ( 3 ) 环保特性 由于含氯塑料只占其中一部分，加上石灰，可在炉内进行脱氯，抑止氯化物气体的 产生，烟气和二恶英等污染物的排放量少，而且在炉内脱氯后形成氯化钙，有益于排 灰固化处理。 ( 4 ) 运营性 r d f 可不受场地和规模的限制而生产，生产方便。一般按5 0 0 k g 袋装，卡车运输即 可，管理方便。适于小城市分散制造后集中于一定规模的发电站使用，有利于提高发 电效率和进行二恶英等治理。 ( 5 ) 利用性 作为燃料使用时虽不如油、气方便但和低质煤类似。另外据报道，在日本川野田 水泥厂用r d f 作为水泥回转窑燃料时，其较多的灰分也变成有用原料，并开始在其它 水泥厂推广。 ( 6 ) 残渣特性 浙江工业大学硕士论文 城市生活垃圾制备衍生燃料( i 国f ) 工艺实验研究 r d f 制造过程产生的不燃物约占1 8 ，适当处理即可；燃后残渣约占8 2 5 ， 比焚烧炉灰少，且干净，含钙量高，易利用。 2 2 垃圾衍生燃料的制备工艺2 l 垃圾衍生燃料的制备工艺一般有三种，分别为散装i m f 制备工艺、干燥成型r d f 制备工艺及化学处理的i m f 制备工艺。 2 2 1 散装r d f 制备工艺 散装l f 是由美国研发的，目前主要在美国应用。其流程图见图2 1 。该工艺非 常简单。与原生活垃圾相比具有不含大件垃圾、不含非可燃物、粒度比较均匀和利于 燃烧等优点；但有不宜长期储存和长途运输，易于发酵产生沼气、c o 、c 0 2 和恶臭， 污染环境等缺点。 生 。_ 垃 一r 活次圾次 d 垃破分破 圾碎选 碎 f 图2 1 散装i m f 制备工艺流程示意图 2 2 2 干燥成型r d f 制备工艺 干燥成型r d f 制备工艺是由美国、欧洲一些国家开发的。其流程图见图2 2 。城 市生活垃圾经粉碎、分选、干燥和高压成型等加工工序后，其最终的形状一般为圆柱 状。它具有适于长期储存、长途运输、性能较稳定等优点。缺点是不易将城市生活垃 圾中的厨余除去、干燥后短时间内较稳定，长时间储存后易吸湿。 浙江工业大学硕士论文 6 城市生活垃圾制备衍生燃料( r d f ) 工艺实验研究 图2 2 干燥成型曲f 制备工艺流程示意图 2 2 3 化学处理的r d f 制备工艺 化学处理i f 有两种制备工艺，一种是瑞士的卡特热公司的j c a r e r l 法，另一种 是日本再生管理公司的砌法。其制备工艺流程分别见图2 3 和图2 - 4 。 j c a r e r l 法的制备工艺流程如图2 3 所示，其工艺流程的特点是先将含有厨余、不 燃物的生活垃圾进行破碎，然后将金属、无机不燃物分选除去，在余下的可燃生活垃 圾中加入垃圾量3 5 的生石灰( c a o ) 进行化学处理，最后进行中压成型和干 燥得到尺寸为1 0 西2 0 m m 2 0 8 0 m m 圆柱状。其热值为1 4 6 0 0 2 1 0 0 0 i ( j l ( g 的 r d f 。该法具有很多优点：( 1 ) r d f 可长期储存不发臭，燃烧时n o x 、h c l 和s o x 的量少，并抑制了二恶英的产生；( 2 ) i m f 成型时不需高压设备；( 3 ) 压缩成型机的 容量降低，动力消耗下降，运行费用低：( 4 ) 干燥机内塑料等不会熔融或燃烧，干燥 机可小型化，设备投资少。j c a r e r l 法在日本札幌市和小山町等地分别建成处理能力 2 0 0 伽和1 5 0 伽的r d f 加工厂。 浙江工业大学硕士论文 7 城市生活垃圾制备衍生燃料( r d f ) 工艺实验研究 图2 - 3 化学处理中压i m f 制各工艺流程示意图( j - c a 陀r l 法) r m j 法的制备工艺流程如图2 4 所示，其工艺流程与j - c a r e r l 法大致相同，优点 也差不多。只是在干燥、添加剂投放顺序及成型压力有所区别，i 洲j 法是先干燥，再 加入消石灰添加剂，加入量约为垃圾的1 0 ，再进行高压成型；j - c a r e r l 法是先在垃 圾含湿的状态下加入生石灰，再进行中压成型和干燥。r m j 法目前在日本的资贺县 和富山县分别建成生产能力为3 3 t l l 和4 t h 的r d f 加工厂。 图2 - 4 化学处理高压砌) f 制备工艺流程示意图( 删j 法) 2 3 垃圾衍生燃料( r d f ) 的应用 i m f 技术已在美国、日本、欧洲等一些发达国家引起很大地重视，其r d f 的应用 范围较广，主要应用在以下几个方面： ( 1 ) 中小公共场合 l m f 在公共场合中的应用主要是指用于温水游泳池、体育馆、医院、公共浴池、 浙江工业大学硕士论文 城市生活垃圾制备衍生燃料( i m f ) 工艺实验研究 老人福利院、融化积雪等方面的供热。 ( 2 ) 干燥工程 在特制的锅炉中燃烧i m f ，将其作为干燥和热脱臭中的热源利用。目前在日本， r d f 在干燥工程中的应用量一般占总量的1 4 1 3 。 ( 3 ) 水泥制造 r d f 的燃烧灰一般需要处理，无疑需要增加运行费用。日本为了开发低的运行费 用的r d f 应用领域，将r d f 的燃烧灰作为水泥制造中的原料进行利用，从而取消r d f 的燃烧灰处理过程，降低运行费用。此技术已受到普遍欢迎，并在几个地方实现了工 业化应用。 ( 4 ) 地区供热工程 在供热工程基础建设比较完备的地区，只需建设专门的r d f 燃烧锅炉就可以实现 r d f 供热，投资较少。但在供热工程基础比较落后的地区由于费用高，r d f 供热则不 经济。 ( 5 ) 发电工程 在燃烧火力发电厂，将r d f 与煤混烧进行发电，具有十分经济的优点，受到欢迎。 在特制的r d f 燃烧锅炉中进行小型规模的燃烧发电，也得到了较快的发展。日本政府 从1 9 9 3 年开始研究r d f 燃烧发电方案，目前北海道、枥木县、群马县、三重县、滋贺 县、高知县、石川县、福冈县等地方政府的积极性很高，并已投资进行r d f 燃烧发电 厂的建设。 ( 6 ) 作为碳化物应用 将i m f 在空气隔绝的情况下进行热解碳化，将制得的可燃气体进行燃烧作为干燥 工程的热源，热解残留物即为碳化物，可作为还原剂在炼铁高炉中替代焦炭进行利用。 此技术目前己在几家工厂进行了实际应用。赵凯峰，孙军，赵鹏等利用热分析方法 研究垃圾衍生燃料( i m f ) 和垃圾衍生燃料炭化物( c r d f ) 的燃烧特性，分析r d f 和c i m f 的燃烧t g d t g 曲线，得出i m f 和c r d f 的着火温度、燃烧特性指数和燃烧动 力学参数等燃烧特性。研究表明，c r d f 发热量比r d f 高3 4 4 3 ，但由于挥发分含 量较低，燃烧性能不及r d f ，因此c l m f 作为燃料时应和其它燃料配合使用，以改善 其着火性能。 浙江工业大学硕士论文 9 城市生活垃圾制备衍生燃料( i u ) f ) 工艺实验研究 2 4 垃圾衍生燃料( 舳f ) 研究开发现状 2 4 1 国外研究状况 l m f 的概念最早是由英国于1 9 8 0 年提出并用于实践。后来美国、德国等西方发达 国家迅速投资进行研发并将成果应用于实践。美国是世界上利用r d f 发电最早的国家， 已有发电站高达3 7 座，占垃圾发电站的2 1 6 。日本政府于2 0 世纪9 0 年代开始支持该 技术的引进和研发工作。目前日本兴起了建设r d f 的热潮，近几年已有十几家大公司 对r d f 工艺投入大量资金进行i m f 资源化研究和开发。如日本川崎重工业公司、三菱 重工业公司、日立造船公司等，已取得很好的业绩。日本政府极其重视r d f 利用技术， 把它作为国家推广的垃圾处理方式、方向。美国、瑞典、芬兰等国主要研究i m f 的混 烧【2 1 1 、流化床燃烧【2 2 1 、热解与气化燃剧2 ”，已经达到商业化应用程度。型块r d f 研 究主要集中在日本、美国。美国u n i v o f m i s s o u r i ，c o l u m b i a 着重在单纯型块) f 与煤 混合燃烧特性2 4 】研究；美国c o l u m b i au n i v 对轮胎i m f 做过初步试验研究【2 5 1 ，日本的 i s h i k a w a j i m a - h a r i m ah e a v yi n d u s t r i e sc o l t d 【2 6 ，2 刀对型块r d f ( 单纯可燃垃圾制成) 成型、生产研究深入，可以达到中小规模商用化；日本n a g o y au n i v 【2 8 珈1 对型块r d f 生产中燃烧、腐蚀及有害气体的吸附和防止有较多的研究；日本还有一些其他公司对 r d f 的燃烧等也有研究【3 1 - 3 4 1 。 2 4 2 国内研究状况 我国对r d f 的相关技术研究起步较晚，但取得了一些进展，比如中国科学院广州 能源研究所固体废弃物利用实验室和太原理工大学煤科学与技术山西省重点实验室， 1 9 9 6 年两单位在国内率先开展一系列r d f 热解( 广州能源所进行的喷流移动床垃圾衍 生燃料热解燃烧机理研究) 、气化机理( 废物衍生燃料气化反应动力学研究) 、生物 质型煤成型特性与燃烧机理、污染物控制等方面的研刭3 5 弓9 1 ，并联合培养了r d f 技术 领域方面的博士生【删。中国矿业大学张宪生等人 4 l 】以经预处理后的生活垃圾和少量煤 为主要原料，在室温、无粘结剂条件下，采用不同的煤型压力等工艺参数，利用对辊 成型机制备出了i m f ，在实验条件下，得到的较优工艺参数为煤配比3 0 、成型压力 1 5 m p a 。另据报道【4 引，2 0 0 1 年1 0 月，中国科学院工程热物理研究所与日本石川岛播磨 浙江工业大学硕士论文 l o 城市生活垃圾制备衍生燃料( r d f ) 工艺实验研究 重工业公司在环境能源领域进行了技术合作，并接受了一套对方赠送的价值6 0 0 0 万日 元的r d f 生产设备，安装于北京市延庆县。 2 4 3r d f 燃烧技术研究 ( 1 ) i m f 流化床燃烧技术 目前循环流化床技术以及内循环流化床技术较为普遍。如成川公史掣4 3 彤1 以及丰 田隆治【4 5 1 在进行燃烧实验时使用的是循环流化床技术，并研究了c a 的加入对尾气成分 的影响。结果表明：r d f 中的钙化物在燃烧时炉内有很好的除盐酸气的效果。而日本 荏原公司则研究开发了内循环流化床r d f 燃烧技术。 ( 2 ) i f 与煤在煤粉炉中的燃烧技术 燃烧煤的煤粉炉由于垃圾成分和尺寸波动较大，很难直接用于燃烧生活垃圾，而 在煤中焚烧i m f 被证明是可行的并且有效的。实验结果表明，r d f 混烧时比例增加可 以降低n o 。的排放量；同时，混烧时硫化物的排放浓度较单独燃煤时低，这是由于r d f 的硫含量较少，而且混烧时，降低了s o 。的排放浓度；混烧中二恶英排放比煤多，但 符合环保标准；混烧中h c l 的排放比煤大；金属c d 、p d 、s b 、s n 和z n 在混烧实验中， 排放浓度较单一煤时要高。赵明举m 】分别采用实验室规模流化床和流化床试验台研究 了煤与l f 的流化床混烧，以及酸性气体s 0 2 和h c l 的炉内石灰石共脱除，研究目的是 将i m f 掺混到现运行的流化床锅炉中。分别考察了r d f 掺混比例、空气过剩量、钙硫 摩尔比和床层温度等因素对燃烧和酸性气体脱除的影响，并开发了一种新型内循环流 化床【4 7 1 。结果表明，与煤的燃烧相比，混烧需要较高的空气过剩量，r d f 的掺烧比例 越大，所需的空气过剩量越大；混烧可以使尾气中的s 0 2 和h c l 气体大幅降低；石灰石 可脱除烟气中9 0 以上的s 0 2 ，对h c l 的脱除率较低，最大不超过3 0 ；h c l 的存在可 以促进石灰石对s 0 2 的脱除；石灰石脱除h c l 气体主要在自由空间进行，而脱除s 0 2 主 要在床层内进行。 将垃圾制成垃圾衍生燃料( r d f ) 后，掺混到现运行的煤粉锅炉中进行混烧，是一 种适合于目前中国大多数城市垃圾的处理方法。该方法投资省、污染低，还可盘活已 关闭或即将关闭的中小电站，对中国的环境卫生建设和经济建设有着重要的意义。 ( 3 ) r d f 用于气化 据报道【4 8 】，当气化温度超过9 0 0 时，r d f 的热值比鲁奇气化气体的热值高，说明 浙江工业大学硕士论文 城市生活垃圾制备衍生燃料( r d f ) 工艺实验研究 垃圾r d f 可以用于气化。另外在i m f 气化过程中添加一些添加剂如高岭石，可以使重 金属被固化在固体中。目前在意大利的g r e 、，e 市建有垃圾r d f 气化示范工程。其气化 系统包括两个循环流化床气化炉轮流对一个燃气锅炉提供低热值气体。燃气轮机的功 率为6 7 m w ，平常工作负荷为3 0 4 0 。气化系统从1 9 9 3 年开始运行，有一段时间运 行良好，但由于r d f 气化后形成的低热值气体中含有大量的焦炭物质( 5 0 8 0 9 n m 3 ) ， 这些物质在锅炉中结垢，使蒸汽量从18 3 t i l 减少到1 5 5 t l l ，从而影响系统经济性。 为了提高整个系统的利用率，准备在r d f 气化炉后面安装气体净化系统进行改造， 它包括一级除尘器、除氯系统、二级除尘器和陶瓷过滤器。 ( 4 ) 剩余垃圾与生物质混合制取r d f 技术 孙明明、李润东等研究介绍了源头分类后的剩余垃圾与生物质混合制取衍生燃料 ( i m f ) 的新技术【4 9 1 。基于源头分类方式对沈阳市城市生活垃圾组分、热值等进行分析， 探讨了废物衍生燃料技术在我国城市生活垃圾处理领域的应用前景。研究表明：沈阳 市居民生活垃圾中的生物有机成分占总量的7 0 以上；剩余垃圾组分不到3 0 ；剩余 垃圾各组分物质热值均高于1 6 0 0 0i ( j l ( g ，其中塑料类组分的热值高达3 0 2 1 1l ( j k g ，剩 余垃圾与生物质混合制取废物衍生燃料是一种可以有效综合利用我国城市生活垃圾 与农村废弃生物质的新技术。 ( 5 ) 新型复合垃圾衍生燃料 为了提高城市生活垃圾资源化利用的效率，宋志伟、吕一波等【驯采用室温冷压有 粘结剂成型的方法将城市生活垃圾和煤按一定的配比制成新型复合垃圾衍生燃料，研 究了成型压力、配比对衍生燃料的热稳定性、机械强度、粘结性以及发热量的影响。 试验结果表明，在生活垃圾中加入煤可有效改善衍生燃料性能，增加其热值，在成型 压力为2 5m p a ，煤配比为2 0 时复合衍生燃料的性能最优。 2 5 垃圾衍生燃料( r d f ) 存在的问题 2 5 1 垃圾分选问题 在垃圾进行破碎前，需要对垃圾进行分选，机械化操作不能完全去除金属、石块、 玻璃等不可燃物质，需要一定程度的人工分选。由于垃圾中存在较多的塑料袋及塑料 浙江工业大学硕士论文 1 2 城市生活垃圾制备衍生燃料( i m f ) 工艺实验研究 薄膜，生活垃圾破碎机不但很难对其有效的破碎，还有可能造成破碎机的堵塞，影响 整个l m f 合成流水线的运行。同时，在分选过程中，垃圾都暴露在外，其散发的恶 臭对周边的空气质量造成不良影响。 2 5 2r d f 设备的燃烧问题 现阶段，我国城市生活垃圾的含水量一般在5 0 左右，而国外城市生活垃圾的含 水量一般在3 0 以下【5 1 j ，由于水分是垃圾中的不可燃成分，水分含量大的垃圾的发 热量低，不易着火。在燃烧过程中水分的汽化要吸收热量，并降低燃烧室温度，使燃 烧效率降低；而且由于水分的存在会在低温处腐蚀设备。因此，垃圾中水分含量的高 低决定着垃圾焚烧的效率、发热量和腐蚀程度等主要环节，干燥处理后的固