（环境工程专业论文）铁路固体废弃物复合衍生燃料crdf的应用技术研究.pdf

中文摘要 摘要： 铁路垃圾预处理对铁路固体废弃物复合衍生燃料( c r d f ) 的制备具有重要意 义，进而对c r d f 燃烧的烟气成分有重要的影响。但是关于铁路垃圾预处理的研 究较少。为此，针对我国铁路垃圾的特点，本文研究了适用于铁路垃圾预处理的 工艺，并对c r d f 的燃烧特性与烟气排放特性进行了研究。 1 ) 根据对文献与实地调查，提出以滚筒筛作为主要筛分手段的铁路垃圾预处 理工艺。利用天津临客站的旅客列车垃圾对该预处理系统进行试验。筛上物( 主要 是塑料与纸张) 占约5 6 5 2 ，而筛下物( 主要是生物质垃圾) 约占4 2 5 5 ，这与前 期的垃圾特性调查数据相近。试验同时证明破袋式滚筒筛可以有效的对袋装垃圾 进行破袋。实验得到的优化生产工艺参数为：孔径为8 0 m m ，转速约为1 5 r m i n 。 2 ) 选择有代表性的c r d f ，采用热重分析、动力学分析等方法，对c r d f 的燃烧特性和燃烧动力学进行了研究，并使用综合燃烧特性指数评价c r d f 。可 知，烟煤制备的c r d f 具有最好的燃烧特性。 3 ) 以高温管式电阻炉为实验装置，对c r d f 进行实验室模拟燃烧，进行烟 气分析和烟尘分析，得出c r d f 的污染水平与c r d f 的掺混比的关系，并得出最 佳的工况条件。 关键词：铁路固体废弃物；c r d f ；预处理；热重分析；燃烧特性；应用技术 分类号：x 7 0 5 a b s t r a c t ： a bs t r a c t t h e p r e t r e a t m e n te f f e c to fr a i l w a ys o l i dw a s t ei si m p o r t a n tt oc o m p o u n dr e f u s e d e r i v e df u e l ( c r d f ) p r e p a r a t i o na n ds m o k ec o m p o n e n t so fc r d fc o m b u s t i o n h o w e v e r , t h es t u d yo nt h i sf i e l di sl i t t l e i nv i e wo ft h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h er a i l w a y s o l i dw a s t ei nc h i n a ，t h ep a p e rr e s e a r c h e s t h ea p p r o p r i a t ep r e t r e a t m e n tp r o c e s sa n d e m i s s i o n sc h a r a c t e r i s t i e so fc r d f 1 ) p u tf o r w a r dap r e t r e a t m e n ts y s t e mt h a tm a k er o l l e rs c r e e na st h em a i nm e a n s o fs o r t i n ga c c o r d i n gt ot h es t u d yo fl i t e r a t u r ea n df i e l ds u r v e y t e s ts a m p l ew a s c o l l e c t e df r o mt i a n j i nt e m p o r a r yr a i l w a ys t a t i o n o v e r s i z e dm a t e r i a l ( m a i n l y p l a s t i ca n dp a p e r ) a c c o u n t e df o r5 6 5 2 ，w h i l eu n d e r s i z e dm a t e r i a l ( m a i n l y b i o m a s sw a s t e ) a c c o u n t e df o r4 2 5 5 ，w h i c hw a ss i m i l a rt ot h ep r e v i o u s s u r v e yd a t a a tt h es a m et i m ei tw a st h o u g h tt h a tb r o k eb a gd r u ms i e v ec a nb e u s e do nb r e a k i n gw a s t eb a g s t h eo p t i m i z a t i o no ft h ep r o d u c t i o np r o c e s s p a r a m e t e r s ：a p e r t u r ei s8 0 m ma n ds p e e di sa b o u t15 r m i n 2 ) c o m b u s t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n dk i n e t i c ss t u d yw e r ed o n eb yt h e r m a la n a l y s i s ， d y n a m i ca n a l y s i sa n do t h e rm e t h o d so fc - r d et h e c r d fi se v a l u a t e du s i n g t h ei n t e g r a t e dc o m b u s i t o ni n d e s ，s t h er e s u l ts h o w st h a tc r d fw i t h15 w a s t ei so ft h eb e s ti n t e g r a t e dc o m b u s t i o nc h a r a c t e r i s t i c sw h e nu s i n gs o f tc o a l i np r e p a r a t i o n 3 ) t h et e s to fc r d fl a b o r a t o r ys i m u l a t i o nc o m b u s t i o nw a sd o n eb yh i 曲 t e m p e r a t u r ef u r n a c ed e v i c e 1 1 1 es m o k ea n dd u s tw e r ea n a l y z e d a n dw eg o t t h ec o n c l u s i o n sa b o u tt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ep o l l u t i o nl e v e l sa n dm i x i n g p r o p o r t i o no fc r d f , a n dt h eb e s tw o r k i n g c o n d i t i o n s k e y w o r d s ：r a i l w a ys o l i dw a s t e ；c r d f ；p r e t r e a t m e n t ；t g a ；c o m b u s t i o n c h a r a c t e r i s t i c s ；a p p l i e dt e c h n o l o g y c i 。a s s n 0 ：x 7 0 5 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：导师签名： 签字日期：年月日签字日期：年月同 独仓i j 性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 签字日期：年 月 日 致谢 本论文的工作是在我的导师任福民副教授的悉心指导下完成的。任福民副教 授悉心指导我完成了论文的开题、实验室和现场的科研工作，并对学位论文的撰 写提出了许多宝贵的意见。任福民副教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了 我极大的帮助和启示，在学习上和生活上都给予我很大的关心和帮助，在此向任 福民副教授表示衷心的谢意。 周双林副教授、周岩梅副教授、于晓华副教授和王锦副教授对于我的科研工 作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。感谢环境工程实验室 李义山老师对我的实验给予的大力帮助。在实验室工作及撰写论文期间，于敏硕 士、岳峰硕士对我实验室中的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感 激之情。 感谢所有的关心、帮助过我的老师、同学、朋友们。 感谢我的父亲、母亲和姐姐，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我 的学业。 谢谢大家! 1 1 研究背景 1 引言 铁路垃圾是指在铁路部门运营过程中，产生的站、车、场生活垃圾。随着我 国铁路迅速发展，旅客流量的大幅上升，铁路垃圾的产量连年上升，对环境造 成了一定压力，这不但造成大量有用资源的浪费流失，还严重影响铁路建设的 可持续发展，是近年来令人瞩目的铁路建设问题之一。 目前，我国铁路垃圾处理以中转储运为主。每年我国铁路部门都要花费大量 的人力、物力和金钱来对铁路垃圾进行处理。根据调研，全国铁路垃圾多数是 由当地环卫部门来清运并向当地环卫部门交垃圾清运引1 1 。因此铁路垃圾在污染 环境的同时大增加了铁路运营部门的经济负担。 复合垃圾衍生燃料( c o m p o u n dr e f u s e d e r i v e df u e l ，c r d f ) 的诞生，为垃 圾能利用带来了生机，正成为该领域新生长点。复合垃圾衍生燃料( c 。r d f ) 是指由至少两类可燃物的废弃物，或者一类可燃废弃物与粉煤或泥煤压制成型 块的固体燃料。该技术是垃圾经分拣、破碎、筛分、压力成型和干燥等工序制 成的一种固体燃料，具有热值高、燃烧稳定、易于运输、易于储存、二次污染 低等特点。 我国铁路垃圾热值较高，生物质类垃圾可达6 0 ，且成分相对固定，而生物 质是一种清洁燃料【2 】( 基于生物含硫量低，含氨量不高，灰分较小，二氧化碳能 循环产生与吸收) 。针对我国铁路垃圾的特点，将垃圾采用预处理，通过破袋、 分拣、筛分、破碎等工序分离出食品残渣等生物类垃圾，采用复合垃圾衍生燃 料( c i m f ) 技术，干燥、成型做成具有一定热值和形状的燃料。 铁路固体废弃物衍生燃料成功的关键就在于如何从铁路垃圾提取较高纯度 的生物质，分离出来纸张等可以回收利用的物质，而这正是铁路垃圾预处理的 目的。根据前期的调查与研究，铁路垃圾中的塑料虽然可以大幅提高垃圾的热 值，但也有可能造成二噫英等潜在污染物的产生，同时从垃圾综合处理理论出 发，垃圾应该优先进行资源化处理。因此，铁路垃圾预处理目的是将生物质从 铁路垃圾分选出来，用作制作c r d f 的原料，纸张与塑料回收利用。 c r d f 是一种很有前景的燃料，可以取代煤作为供热取暖能源。c r d f 在 完成制备后，必须研究其燃烧性能及烟气的污染特性。目前国内对c r d f 应用 技术研究较少，对c r d f 的燃烧性能缺少全面的研究。深入研究c r d f 的烟气 污染特性，有助于推动c r d f 技术的应用。为此，本文在已有工作的基础上， 对c r d f 的燃烧性能及其燃烧烟气的污染特性进行研究。 1 2 国内外现状 1 2 1 垃圾预处理 对全国铁路车站的调查结果表明，由当地环卫部门来清运的车站占6 0 ( 广 州、北京、天津、南京、上海、蚌埠、成都、重庆、鹰潭、武昌、韶关等) ，其 中主要是直辖市和省会所在地。郑州、长沙、保定、乌鲁木齐西站、柳园站等 是均为车站自己清运。这说明，当前我国的铁路垃圾是按照城市生活垃圾来处 理处置的，并没有针对铁路垃圾的垃圾预处理系统。 城市垃圾的分选方法有手工分选、风选、重力分选、浮选、光选等多种方 法，通过这些方式，可回收城市生活垃圾中有价值的玻璃、金属、橡胶、纸等 成分【3 6 】。我国南北地区气候、人们生活习惯、生活水平有一定的差异，导致生 活垃圾的组分也有不同，尤其是垃圾的含水率，国内存在两套不同的垃圾分选 处理系统【2 】，如图1 1 与图1 2 所示。北方系统与南方系统相比，流程要简单得 多，烘干装置与振动筛都可不用，其他设备相同。遇到夏季垃圾含水率高时， 可将垃圾稍加处理，再把大块的建筑垃圾挑选出来后直接堆肥，然后再对堆肥 成品进行分选处理。 圈 t 城市垃圾 l 热烟气 填埋或利用 滚筒筛h 水泥固化 可回收物质重质组分 图1 1 适合我国南方气候潮湿地区的垃圾分选处理系统 2 艺 堆肥 后续：j ：艺原料 图l - 2 适合我国北方气候干燥地区的垃圾分选处理系统 对于城市生活垃圾，预处理有三大难题。一、由人工打破垃圾袋和分拣出 各种超大尺寸物件、不宜直接破碎的垃圾成分。目前这项工作是由工人使用简 单的工具直接在垃圾堆中进行，工作条件恶劣，分拣的效率和效果低下，难以 实现有效的分拣。由于大件垃圾及缠绕物不能有效剔除，致使后续机械经常发 生堵塞、卡死等故障，严重时还将导致设备的严重损毁。二、如何对塑料袋装 垃圾实施有效而又低成本的破解。三、分选效率低、效果差，无法将垃圾严格 分类。在现有的分选工艺中，一般将垃圾按粒度简单分为筛上物和筛下物，再 分别对筛上物和筛下物进行人工手选和磁选。由于筛上物和筛下物的尺寸分布 范围大、成分复杂、磁选的效果受到影响。手选的效果更差，特别是对于筛下 物中的电池、小玻璃等有害成分，效果更差。 各种类型破碎机各自有其一定的适用范围，对于垃圾这种组分复杂多变的 破碎对象来说，破碎机选型本来就已经是一件难以称心的事，而现时的垃圾处 理系统往往采用“有机、无机一把抓”的处理方式，使得这个困扰更加突出，难以 找到一台与此相适应的“软、硬通吃”的破碎设备。 在预处理流程中，需要的设备种类多、数量多，设备之间的配合、协调受 人为因素影响大；设备功率大、能耗高，运行、维护费用高；限于皮带输送机 的爬升能力，设备平面布置范围大，占地面积大，垃圾输送距离大，需要的输 送设备多；设备安装高差大，对车间建筑要求高 6 - 8 。 在部分发达国家，铁路垃圾有着较为完善的环境管理措施，对铁路垃圾进 行分类，送市政统一处理。我国铁路方面的环境管理措施也得到加强，要求铁 路垃圾使用袋装，以方便垃圾的收集，但目前还没有做到分类收集。国外的城 市生活垃圾处理开始时间早，技术较为完善，经验丰富，设备齐全，已经有的 运行成熟的垃圾预处理系统，如1 9 8 7 年开始运行的纽约州劳耶式分布式回收系 统【2 】，可对垃圾进行有效的预处理，实现可再生资源的回收利用。国外的垃圾预 处理系统机械化程度高，自动化水平也高，设计了如m i t 自动分离系统【z j ，但 是仍旧用人工选出旧报纸和其也纸类。 磁选枫 7 e 灌合 二敬风选帆 轻震垃圾 图1 3 劳耶式分布式回收系统 从上面看出，垃圾预处理是垃圾综合利用的一个难题。由于铁路垃圾比城市 生活垃圾成分简单，且制备c r d f 对垃圾的预处理要求是分离出生物质垃圾， 因此其预处理系统可以用较简单的工艺实现目的。 1 2 2c r d f 燃烧理论与烟气污染特性 目前国内对研究c r d f 燃烧特性的研究还没有进行，但对生物质、生物质成 型燃料及生物质与煤的混烧特性展开了深入的研究。 刘豪等人用热分析技术对生物质及煤的混烧进行研究，认为在煤中加生物质 后，燃烧明显分成两个阶段，着火提前，同时可以获得更好的特性；生物质和煤 混合后热量增加，提高了生物质的利用价值；单一生物质主要集中于燃烧前期， 而单一煤燃烧主要集中期，在生物质与煤混烧的情况下，燃烧过程明显地分成两 个燃烧阶段，随着煤的混合比重加大，燃烧过程逐渐集中于燃烧后期；生物质的 挥发分初析温度低于煤的挥发分初析温度，使得着火燃烧提前，在煤中掺入生物 质后，可以改善煤的着火性能，在煤和生物质混烧时，最大燃烧速率有前移的趋 势，同时可以获得更好的燃尽特性；生物质的发热量低，在燃烧的过程中放热比 较均匀单一煤燃烧放热几乎全部集中于燃烧后期，在煤中加入生物质后，可以改 善燃烧放热的分布状况，对于燃烧前期的放热有增强作用，可以提高生物质的利 用率。 王惺等人采用t g - - d t g 热分析技术对麦秸、玉米秸、胶合板粉粒和松木粒4 种生物质压缩颗粒的燃烧特性进行了实验研究。结果表明：生物质压缩颗粒与煤 相比，其着火与燃尽温度均较低，燃烧迅速且集中；与生物质粉末相比，其固定 4 景 哥一 碳的燃烧更平稳，燃烧时间延长i 叽。 刘伟军等人对生物质型煤进行研究，根据生物质型煤层燃方式的静态渗透式扩 散燃烧机理，通过试验得出生物质型煤燃烧速度影响因素的规律性，认为： ( 1 ) 生物质型煤的层燃方式属于静态渗透式扩散燃烧机理。燃烧围绕型煤球表 面及不断深入球内进行，少量c o 在空间燃烧。( 2 ) 在8 0 0 c - 9 5 0 。c 温度范围内生 物质型煤的燃烧速度受燃烧温度的影响远不如通风情况的影响；而燃料种类、固 硫剂、生物质含量、煤球质量等对燃烧速度都有不同程度的影响，但是构不成主 流。因此，生物质型煤要燃烧良好，最根本的原则就是实现有效合理的配风下的 控温燃烧。( 3 ) 生物质型煤在燃烧全过程中燃烧速度缓慢，燃尽时间长。实践证明： 在燃烧相同量燃料达到较高燃尽率情况下，生物质型煤燃烧时间为正常燃烧时间 的2 倍3 倍【j 。 n o r t o n 等人( 1 9 8 9 年) 对美国多处r d f 与煤混烧垃圾焚烧厂排放的n o 进行了 测试，结果表明n o 排放浓度随r d f 混烧比例的增加而减少，其原因是r d f 的 氮含量只有o 5 ，低于一般煤的氮含量1 5 ，因此，r d f 混烧比例增加可降 低n o 的排放量。同时，他们收集了煤和r d f 混烧时的烟气污染物排放资料，发 现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。 r a i l i 等人( 1 9 9 6 年) 讨论了不同比例的r d f 、木屑和泥煤混烧后，烟气中污染 物的排放特性，结果发现n o 的排放浓度会随r d f 混合木屑量的增加而增高。同 时，他们对r d f 和木屑在流化床中混烧排放s o ：进行了研究，结果显示s 0 2 的 排放浓度随r d f 混烧比例增加而增加。 c h a n g 等人( 1 9 9 8 年) 研究指出r d f 焚烧排放的n o 约为一般垃圾焚烧排放的 一半，其原因为一般垃圾中氮主要来源于生活厨余，经预处理分离后，使得r d f 中含氮量较一般垃圾低；另一方面焚烧一般垃圾时，由于其发热量较低，在焚烧 时需要加入辅助燃油，从而增加了垃圾焚烧时烟气中n o 的浓度。 朴桂林等人( 1 9 9 8 年) 模拟r d f 在流化床中焚烧时污染物的排放行为，研究结 果指出当空气比为1 时，n o 的排放浓度为0 0 l ，但空气比若增为2 时，n o 的 排放浓度增为o 0 2 。即n o 的排放浓度随空气比的增加而增加。他们( 2 0 0 0 年) 在同样的操作条件下，讨论了n o 排放浓度与燃烧空气比之间的关系，结果指出， 当提供二次风时，n o 会随空气比的增加而提高，但排放浓度比没有提供二次风 时要低。 s u g i y a m a 等人( 1 9 9 8 年) 对不同形式r d f 焚烧排放n o 的特性进行了研究，结 果指出粒状r d f 比松散状r d f 焚烧排放的n o 要高。另外，当添加c a o 比例由 1 9 增至1 6 1 ( 空气比介于0 5 1 5 ) 时，n o 的排放比例亦随之增加。这是因 5 为c a o 具有催化能力，并且能够氧化n h ，和其它的n o 前驱物所致。c a o 和c l 对n o 排放的影响结果指出，当空气比介于0 - - 1 时，将c a o 和c l 添加到r d f 中， 会促进燃料n 转化为n o ；但若仅有c a o 存在时，则燃料n 转化为n o 的比例 较低；若无添加剂时，则其转化比例更少【1 1 。2 1 。 1 3 研究内容 1 3 1铁路垃圾预处理研究 铁路垃圾预处理的研究内容是对现有生活垃圾预处理系统进行调查分析，确 定每个工艺的优缺点，并提出适用于铁路垃圾预处理的工艺流程。在查阅大量的 文献资料基础上，到城市生活垃圾综合处理厂进行实地考查，切实体会现有的 城市生活垃圾综合处理系统的优缺点。 根据铁路垃圾衍生燃料的制备对铁路垃圾前期综合处理提出的要求，选择相 应的处理工艺，并结全铁路垃圾特性调查数据，给出一些最基本的工艺参数， 为进行现场实验提供基本的依据。 然后进行现场试验。根据前面的工作，在现在的城市生活垃圾综合处理厂中 选择一家工艺相近的系统，进行铁路垃圾的综合处理试验，以确保所选择的铁 路垃圾预处理系统的有效性与可靠性。 1 3 2c r d f 的燃烧研究与烟气分析 c r d f 的燃烧特性包括着火特性、燃尽特性等，这方面的研究对c r d f 在 链条炉上的使用有着重要意义。 c r d f 的燃烧研究主要分为三步进行，首先根据利用热分析技术对c r d f 进行热分析研究，确定c r d f 的着火温度、燃尽温度及燃尽率。通过热分析技 术，得出各种配比的c r d f 的t g 、d t g 、t a 、d s c 曲线，再利用综合燃烧指 数来分析各配比c r d f 的燃烧性能。 其次利用高温管式炉对c r d f 的燃烧进行研究。热分析技术研究的用量较 少，且没有研究燃烧产生的烟气。因此，在实验室中利用高温管式炉对c r d f 进行了燃烧试验。使用管式炉的定温来研究c r d f 在高温的下的燃烧，通过烟 气分析仪器对燃烧烟气进行分析，进而确定c r d f 在高温下的燃烧状况。并对 c r d f 的燃烧烟气污染特性进行分析。 最后根据现场中试试验的结果验证前面的研究。 6 2 铁路垃圾预处理研究 铁路垃圾预处理系统的工艺选择对c r d f 的制备及应用推广具有重要的意 义，设计合理、工艺可行的预处理系统有利于铁路垃圾的综合利用及c r d f 的质 量稳定。 根据实际调查，分析铁路垃圾的特性，确定铁路垃圾的一些基本参数，为铁 路垃圾预处理系统的选择提供理论支持。分析现有的垃圾综合处理系统的特点， 并结合r d f 制备对铁路垃圾的处理要求，选择合适的处理工艺，对铁路垃圾进行 预处理。 2 1 铁路垃圾特性分析 2 1 1 铁路垃圾物理组分分析 铁路垃圾进行物理组分分析如表2 1 所示。 表2 1 不同地区铁路垃圾物理组分 取样时不包括餐车的灰渣 表2 2 国内外生活垃圾构成 由表2 1 可看出，三个不同地区车站产生的铁路垃圾的组分一致，且各主要组 分的含量无明显区别。铁路垃圾主要包含纸张、塑料、食物残渣、竹木类、织物 以及玻璃、金属这几类物质，各组分中食物残渣的含量最高，约占5 0 ，主要含 瓜果壳、零食、剩菜剩饭等；纸张和塑料的含量均在2 0 左右，主要含包装袋( 塑 料袋、纸袋) 、饮料瓶、塑料饭盒、纸饭盒、报纸等；其余几种组分的含量均较少， 竹木类主要有一次性筷子，织物类主要有毛巾、袜子等，金属主要有易拉罐瓶、 啤酒瓶盖等。 比较表2 1 与表 3 3 1 2 2 可看出，铁路垃圾的构成较城市生活垃圾简单，各调查 车站的垃圾组分基本不变；铁路垃圾中塑料含量大大高于城市生活垃圾【3 3 1 ，具有 再回收的价值。 铁路垃圾的成分与城市生活垃圾简单，成分相对固定，这决定了其预处理系 统要比现有城市生活垃圾预处理系统简单，可以采用比较简单的工艺。 2 1 2 容重分析 垃圾的容重与垃圾的质量和体积有关，垃圾中密度大的组分( 如玻璃、食物 残渣等) 越多，垃圾的容重相对越大，而垃圾中密度小的组分( 如塑料瓶、纸等) 含量越高，垃圾的容重越小。铁路垃圾容重的分析结果见表2 3 。 表2 3 不同地区垃圾容重一览表k g m 3 在同一季节进行测定 旅客列车垃圾的调查结果表吲3 3 1 ，在自然状态下标准容重范围7 7 8 8 6 4 k g m 3 ， 而此次分析表明垃圾的容重变化范围8 0 9 - - 2 5 3 5 k g m 3 ，不同年份垃圾的容重相差 很大，综合垃圾分析可知，其容重减少的原因主要可能是垃圾中纸张和塑料含量 增多所至。 2 1 3 垃圾的含水率分析 垃圾含水率是铁路垃圾很重要的指标，对铁路的分选与破碎有影响。铁路垃 圾单组分的含水率分析结果见表2 - 4 ，对不同地区、不同规模、不同季节铁路垃圾 的含水率分析结果见图2 1 。表2 4 表明铁路垃圾各组分中含水率最高的是食物残 渣和纸，其次是塑料，综合各组分所占的比例来看，食物残渣对水分的影响最大。 从图2 1 中可以看出，不同地区车站产生的垃圾的含水率变化不大，在5 0 一6 0 之间，该值比城市生活垃圾的含水掣3 4 1 ( 约4 0 ) 稍高，所以在以铁路垃 圾为原料制备r d f 的过程中需对干燥环节进行更多研究。 广州上海 图2 1 不同地区车站垃圾含水率 表2 _ 4 调查车站垃圾中各组份的含水率 2 1 4 铁路垃圾的工业分析 9 垃圾的工业分析是判断垃圾回收再生利用的基本依据，从垃圾的工业分析结 果可以了解垃圾的基本性质。高可燃分，低灰分的垃圾不仅易于燃烧，而且对锅 炉设备的破坏性也小。本文对春秋两季成都站的铁路垃圾中各组分进行了工业分 析，分析结果见图2 2 、图2 3 。 7 0 6 0 5 0 毋 、一l o 电 生3 0 2 0 1 0 o 7 0 6 0 。5 0 女 、。4 0 篓3 0 _ 2 0 1 0 0 纸塑料食物残渣织物竹木 陌；j 西门 l 灰分f l ! 里整坌i 图2 2 春季成都站垃圾各组分的工业分析 07 ： 0 藿 3 盔 8 l 7 6 霹 0 臻；i 4 8k 匿 4 i 冀蜀：_ _ u0 54舾；4；i i： ；嚣 ；嚣j1 匿 6 嚣 强 嬲 ： 繁 篱 器 ；嚣 ；i ： 琳 黜 器 戮 鼎 器 器 科 鼎嚣 2 强 艄 器 强 l ； 器 ：i ；掰 震! ； 骶 ：； 嬲 甍 强载 麟 矧 燕i ； 甍 蕊i 纸 陌两 t - 灰分l i 里里丝坌i 图2 - 3 秋季成都站垃圾各组分的工业分析 比较图2 2 、图2 3 可看出，垃圾各组分中可燃分贡献最大的是竹木类和织物， 但由于两者所占比例很小，所以对垃圾的燃烧影响不大；垃圾中其它组分的可燃 分大小依次是塑料、纸、食物残渣，贡献最小的食物残渣，但其干基可燃分也很 大( 达8 7 7 3 ) ，说明食物残渣也是非常适于燃烧的。 2 2 城市生活垃圾综合处理系统 随着社会生活水平的提高，随着我国城市居民的生活质量逐年提高，生活垃 圾的排放量也同益增长。垃圾的直接排放和简易填埋后向大气释放大量的酸性和 碱性的有机物，在土壤中溶解出其中的很多重金属，形成有机物、重金属、病原 微生物二位一体的污染源。激增的生活垃圾已成为环境污染的一大公害，同时我 1 0 国的城市生活垃圾成分结构复杂，其性质受其产生地的地理位置、气候条件、经 济发展水平、居民消费水平、生活习惯及能源结构等影响而不同。因此，选择适 当的垃圾处理技术，对垃圾的进行资源化处理，如回收垃圾中的金属等有用物质， 堆肥用于农田，焚烧回收能源，有利于生态环境的良性循环，是一项富国强民的 有效措施。 几乎所有的城市垃圾收集后均分为混装和分类两种。虽然目前越来越多的城 市设置了分类收集箱，这样可以方便回收、节省人力，但从实际的现状来看并不 理想，还存在着许多问题，主要是关于垃圾分类的宣传不足，居民的环保意识还 不够，使垃圾分类箱的实际使用效果不理想，且没有配套的运输手段，进而造成 了城市生活垃圾基本是处于混合状态的原生垃圾，从而需要人工分拣垃圾中的大 件或将其粉碎，通过磁选及风选等工艺回收金属、纸张、资料，加大了垃圾的综 合处理成本，妨碍垃圾的处理与资源化，不利于环境保护。 对于城市生活垃圾的资源化，没有一种通用的处理方式可以适合我国的各个 地区。只有根据各地垃圾的性质、当地气候条件，从经济发展水平等实际出发， 选择一种合理的垃圾预处理方式，才能解决现在垃圾资源化进程中存在的“瓶颈”， 推进垃圾资源化大力发展。虽然垃圾预处理会增加一些成本，但它与垃圾资源化 产生的环境效应相比是微不足道的。实践证明，进行垃圾预处理的城市，生活垃 圾资源化技术无论从技术性上还是从经济效益和社会效益上，都是可行的，对我 国城市生活垃圾处理、利用及消除环境污染都具有重大意义【4 】。 城市生活垃圾预处理系统一般包括破袋、分选、筛选、风选、磁选等工艺， 这些工艺根据垃圾的特性进行了组合，如图2 4 所示【4 】。城市生活垃圾经过破碎、 分选，可以得到以厨余、植物残体等有机物为主的适用于堆肥的原料：以破碎玻 璃、陶瓷、灰土、炉渣为主的较高强度和脆性的适用于熔炉工业的原料；纸张、 塑料、橡胶等具有高热值，适合于改性利用、焚烧或进一步热解分离回收：回收 金属如铁、铝等可直接进行资源化，保护和延长了原生资源寿命。 目前国内有多种垃圾综合预处理系统，其处理工艺因所处理垃圾特性的差异 有较大的不同。雍泰生活垃圾处理有限公司在天津武清区杨村有一座垃圾综合处 理厂，其处理系统如图2 5 所示。垃圾的最终处置方式包括填埋、堆肥、焚烧。该 系统主要是两道破碎筛分机工艺如图2 5 与图2 - 6 ，1 # 筛可以对袋装垃圾进行破 袋，能够分出较大的塑料与纸张，成为筛上物。1 # 筛筛上物经过压缩运送焚烧厂 进行焚烧，提高资源的利用效率。l # 筛筛下物再经过2 # 筛的筛分，可分为两部 分：筛上物，主要是一些破碎的塑料与纸张，还有生物质，用于填埋；筛下物， 主要是土，可以用来做营养土。 e 基窑通厶堂丝土堂位监奎煞墅垃援耍处理班宜 圈2 - 5 雍泰生话垃圾处理有限公司垃圾处理系统 j e 斑变通占堂亟j ：堂僮i 垒童 挂跬垃拉琢盐理班宣 圈2 - 6 雍券生括垃圾处理有限公司垃圾处理系统1 # 筛 北京怀柔区生活垃圾综合处理厂采用的是德国设计的处理系统，如图2 - 8 所 示。该系统采用了筛分、磁选、风选、人_ 分拣等j 艺，可以将生活垃圾有效地 分离为可回收塑料( 可以出售) 、填埋部分及堆肥部分。 从上面可以看出滚筒筛是垃圾综合处理系统中常见手段，可以对垃圾进行初 步的筛分。从图2 - 6 与图2 7 可以看出城市生活垃圾综合处理系统占j = | j 空日j 比较大， 不利于整个系统的安置。基于就近处理的原则，减少运输成本，避免运输过程可 能产生问题，铁路垃圾预处理系统应安装干铁路车站附近而大型车站多位于繁 华地区，空间有限，不利于垃圾综合预处理系统的安置。从这一点来说，铁路垃 圾综合处理系统应该是一个简单高效的系统，占有尽量小的空问。 幽2 7 怀柔区生活垃圾处理厂垃圾综台处理系统 j e 基窑盟厶望鳃望垃垃套 壁路垃嚣西墅理盔宜 图2 - 8 怀柔区生活垃圾处理厂垃圾综合处理系统的滚筒筛 2 3 铁路垃圾预处理系统 2 3 1 铁路垃圾预处理试验 在确定铁路垃圾预处理的工艺流程后，为验证破碎筛分机能否有效地对铁路 垃圾进行破袋分选，我们采用垃墩综合处理系统对铁路垃圾进行中试。并根据中 试的结果确定具体的工艺流程与工艺参数。 一、试验设各 本次试验在天津武清区杨村的雍泰生活垃圾处理有限公司进行。其垃圾处理 系统如图2 - 9 所示。 缝 嘲2 - 9 雍泰生活垃圾处理有限公司垃圾处理系统构成 童奎适占掌强堂拉监室鲒踌垃驻强生理班宜 雍泰生活垃圾处理有限公司的垃圾综合处理系统采用江苏全能机械设各有限 公司的q n 9 9 型生活垃圾捡选系统。q n 9 9 型城市混装生活垃圾拣选系统的主要设 备包括：板式给料机、胶带输送机、破袋机、磁选机、人工拣选平台、破碎筛分 机等；其辅助设备包括：贮料漏斗装置、人工监视平台、除臭喷淋装置和抽排气 装置等。 闰2 1 0 车站站台上收集的列车垃圾 表2 - 5 1 # 筛的参数 转速r h nj n 1 0 - 1 8 散重比m 3 0 5 5 进料尺寸n u n 5 0 0 ( n 口x ) 筛分尺寸i n m 5 0 ( m a x ) 处理鲑咖4 0 网格不锈钢金属网 功率k w 3 0 电乐v3 8 0 频率h z ( m a x ) 5 0 外形尺寸 0 2 4 0 0 x 8 5 0 0 首先使用车辆将垃敷运送到天津雍泰生活垃敷处理有限公司，经过计量后 垃圾重9 4 0 k g 。再将垃圾送入车问，等候处理。 系统启动，垃圾经装载车送到步进机上，然后山步进机输送到1 # 破碎筛分机。 1 # 破碎筛分机的电机采用3 0 h z 电流。铁路垃圾分为筛上物与筛下物。筛上物经 输送带送到压缩机处，被压缩。筛下物经强磁除铁器去除垃圾中的铁质物后，被 输送到2 # 破碎筛分机，再次进行筛分。2 # 破碎筛分机的电机采用3 5 h z 电流1 # 破碎筛分机的筛f 物，再次被筛，分为筛下物与筛上物。处理结果如图2 - 1 l 、表 2 石2 # 筛的参数 转谜r l m i n 散重 进科尺寸r a m 筛分尺寸一 处理量t h 阿格 功率k w 电压v 频率h z ( m a x ) 1 阻1 5 5 0 0 ( m a x ) 3 0 ( m a x ) 不锈钢金属网3 0 x 3 0 图2 1 2 所示。从图2 1 1 、图2 1 2 可以看出铁路垃圾经过一次破碎后，垃圾中的主 要成分是生物质垃圾，满足后续破碎处理的要求。 系统运行完毕后，对系统进行清理与保养。 圈2 - i i 二次破碎筛分机的筛f 物幽2 1 2 二次破碎筛分机的筛上物 三、结果与分析 整个系统处理完铁路垃墩总共用时1 0 分钟，系统参数与试验结果如表2 7 、 表2 - 8 所示。 按照该综合垃圾预处理系统的设计要求，_ 二次破碎筛分机的筛下物用来做培 养士，而筛上物要进行填埋。从图2 1 l 可以看出，铁路垃圾二次破碎筛分机的筛 下物与生活垃圾有较大的差异，而且其中的生物质垃圾含量更多，这说，铁路垃 圾经过一次筛分即可以达到去除垃圾中的塑料的目的，为后续的破碎处理作好准 备。 根据现在观测，如图2 1 1 、图2 1 2 扬示，可知2 # 的筛上物与筛下物的组成 主要为生物质垃圾，那可以认为铁路垃圾经过一号筛( 孔径8 0 r a m ) 处理后，垃圾 的中的塑料等成分大部分去除。也就是说铁路垃圾只需要经过一次筛分即可咀达 到要求。则1 # 筛的筛下物4 0 0 k g ，约占整个铁路垃圾的4 2 5 5 。以上数据如表 1 - 9 所示。根据调查，垃圾组成如表2 - 9 所示。比较表2 7 与表2 - 9 可知，1 # 筛下 物( 主要成分是食物残渣与竹木) 与1 # 筛上物所占的比例与调查中的数据接近。 同时，试验分离出的金属与玻璃( 瓶子) 的比例比调查数据偏小，这是由于本次 试验所用的垃圾为一次性收集，与调查时的所取用的方法不一样，故会有较大的 变化。 表2 7 垃圾物理组分( 按重量计) 系统电流a 系统电压v 系统功率k w1 群筛的转速r m i n1 孔径m m 列车 广州 广场、候车室 列车 上海 广场、候车室 列车 成都 广场、候车室 2 32 2 3 21 9 6 2 81 9 3 01 4 2 21 7 2 62 2 以上分析说明，破碎筛分机能够有效的对垃圾筛分，其孔径8 0 m m ，转速为每 分钟1 5 转时，铁路垃圾中的生物质成分可以有效分选出来。从图2 1 0 可知，铁路 旅客列车垃圾采用袋装，而图2 1 0 、图2 1 1 中并没有见破碎后的黑色塑料袋，这 说明破碎筛分机可以破袋，但并不会将大件的塑料破碎成小块，增加系统的筛分 负载。 五、结论 ( 1 ) 通过以上分析，可知铁路垃圾在未进行干燥的情况经过一次滚筒筛筛分即 可分离出大部分的生物质垃圾，满足制备c r d f 的要求。滚筒筛2 4 0 0 8 5 0 0 m m ， 泓 一 一 勉 一 6 7 2 叱 k 一 3 8 6 8 8 4 1 1 2 o o 2 2 8 2 6 4 一 o 3 2 l 帖 轮 钞 铉 铅 牾 孔径为8 0 m m ，转速约为15 r m i n 。 ( 2 ) 破袋筛分机可以满足筛分系统对垃圾破袋的要求，而不用采用专门的破袋 机对袋装的铁路垃圾进行破袋。 2 3 2 垃圾预处理 进厂垃圾 j | 破袋滚筒筛 烘干机 磁选 破碎 l 1 人工分拣 l 图2 - 1 3 垃圾预处理f t 艺 从前面的研究中可知，铁路垃圾的成分较城市生活垃圾的简单，且只需要从 中筛分出生物质垃圾用于c r d f 制备，这表明其相应的预处理系统有可能采用较 简单的工艺流程。同时考虑到本系统的应用场地较小，低成本的要求，参照城市 生活垃圾综合处理系统设计铁路垃圾预处理工艺流程，主要包括以下几个方面： 干燥；分选；破碎。具体流程如图2 1 3 所示。 2 3 1 1 破袋滚筒筛 对铁路固体废弃物进行处理，就必须首先进行破袋处理，才可以进行下一步 地处理工艺。破袋处理一直是垃圾处理中的一个难题，高效率的破袋机是后续工 艺顺利进行的重要保证。 一 根据现在的相关环保措施，铁路固体废弃物都是用黑色塑料袋收集，然后再 集中转运。据此，铁路列车固体废物都是袋装的，在进行垃圾预处理进行时需要 进行破袋，以便垃圾的分选处理。从国内的现有的产品与经济成本考虑，采用破 袋式垃圾滚筒筛对原生垃圾进行破袋与分选处理。处理后，原生垃圾分为两个部 分，筛上物是粒度与体积较大的纸张与塑料；筛下物主要是生物质，也是本次筛 选的目标物，经过破碎后作为制备r d f 的原料之一。 韭壅窑盟厶堂亟芏位垃塞煞琏缝拉珏灶翌班宣 破袋式垃圾滚筒筛采用天律市辛迪加矿业成型机械厂的产品，如图2 1 4 所 示，其各种技术参数如表2 - 1 0 所示。 表2 1 0 性能参数 2 3 1 2 垃圾干燥 幽2 1 4 破袋式垃圾滚筒筛 根据循环经济，按照节能减排原则，充分炯道气余热对垃圾进行烘干，降低 垃圾中的水分含量，有利于后续的分选与破碎提高供。因此可以在生产中根据实 际需要选择干燥处理工艺。 本工艺采用河南创新建材设备有限公司生产的转筒式烘干机g z m 8 0 0 * $ 0 0 0 。其 工作原理是干燥的湿物料由皮带输送机或斗式提升机送到科斗，然后经料斗的加 料机通过加料管道进入加料端。加料管道的斜度要太于物料的自然倾角，以便物 料顺利流入干燥器内。干燥器圆筒是一个与水平线略成倾斜的旋转圆筒。物料从 较高一端加入，载热体由低端进入，与物料成逆流接触。随着圆筒的转动物料受 重力作用运行到较底的一端。湿物料在简体内向前移动过程中，直接或间接得到 载热体的给热，使湿物料得以干燥然后在出料端经皮带机。在筒体内壁上装有 抄板，它的作用是把物料抄起来又撒下，使物料与气流的接触表面增大，以提高 干燥速率并促进物料前进。载热体一般是为烟道气。载热体经干燥器以后，一般 需要旋风除尘器将气体内所带物料捕集下来。如需进一步减少尾气含尘量，还应 经过袋式除尘器或湿法除尘器后再放排放。现在的锅炉部配有相应的除尘装置， 尾气再次引回烟道，进入除尘器。 表2 - 1 1 转筒式烘干机g z ( b 8 0 0 * 8 0 0 0 参数 该转筒烘干机主要由回转体、扬料板，传动装置，支撑装置及密封圈等部件 组成，性能参数见袁2 - 1 1 。具有结构合理，制作精良，产量高，能耗低，运转方 便等优点。转筒烘干机一般适应于颗粒状物料，具有生产能力大、适用范围广、 流量阻力小、操作上允许波动范围较大、操作方便等优点。 23 13 磁选 图2 1 5 转筒式干燥机 为去除垃圾中铁磁性杂物保护破碎机，选用北京煤炭机械厂c d 系列电磁除 铁器这是自然风冷干式电磁除铁器。它采用全密封结构，具有体积小、重量轻、 吸力大、防潮防尘等特点，尤其适用于型煤生产线中潮湿、粉尘大的环境。它可 有效的去除原料中央杂的铁磁性杂物，保护生产线设备。性能参数如表2 1 2 所示。 ， 图2 - 1 6 c d 电磁除铁器 一 2 3 1 4 破碎 表2 1 2c d 系列电磁除铁器 适用输送带宽度( 毫米) 6 5 0 吸力( 牛顿) 3 0 0 励磁功率( 瓦) 6 0 0 额定吊高( 毫米) 5 0 1 5 0 额定电压( 伏) 3 8 0 额定频率( 赫兹) 5 0 通电持续率( ) 1 0 0 全机重量( 公斤)9 0 外形尺寸( 长宽高，毫米) 9 2 0 x 2 5 0 x 7 5 0 生物质是制作的r d f 的原料之一，如果不经过破碎，不利于r d f 的强度与热 稳定性，故要经过破碎才可以用作r d f 制备，根据后面成型需要，生物质需要破 碎到3 m m 以下。 本工艺采用的破碎机是p c 0 5 b 型锤式破碎机。p c 0 5 b 型锤式破碎机是小型锤 式破碎机，采用单转子多排锤头，设计最大生产能力为5 吨小时，可将最大尺 寸2 5 毫米以下的煤块破碎到符合型煤力n - r _ 要求的粉料，也可破碎性质与煤炭接近 的其它物料。该机转子直径为t 1 ) 5 2 0 x 4 0 0 。该机下部装有输出胶带，可满足一般移 动工作时的物料输出要求。 表2 1 3p c 0 5 b 犁锤式破碎机 主要技术参数