城市垃圾衍生燃料技术的发展与应用前景

城市垃圾衍生燃料技术的发展与应用前景

目前，许多国家正在积极研究垃圾衍生燃料技术（sdf），并通过对垃圾的分类过滤，添加添加剂和其他成分，以制备具有交通、储存和高火值的固体燃料。通过燃烧回收能量，将废物转化为财富，并能节省资源。本文结合国内外研究结果,针对RDF制备工艺以及燃烧过程对环境产生的影响进行分析,提出发展城市垃圾固形燃料化技术的应用前景。1中央分类美国材料试验协会根据废弃物组成、状态等将垃圾衍生燃料(RDF)分为RDF-1、RDF-2、RDF-3、RDF-4、RDF-5、RDF-6、RDF-7共7类。本文主要针对RDF-5,即将城市废弃物的可燃物质处理压制成块状、粒状等形成致密的垃圾衍生燃料(也写作d-RDF)的制备、燃烧等环节对环境的影响进行分析。1.1城市固废物组成分析城市固体废弃物一般指除建筑垃圾、危险废弃物(如医疗废弃物、放射性废弃物等)、工业废弃物等之外的一般的城市垃圾,是多种物质混合成的复合体。一般可分为可燃物质(如纸张、纺织纤维、厨余、木屑等)、不可燃物质(如金属、玻璃、煤灰等)和不宜燃烧物质(如塑料、橡胶等),如表1所示。由表1可以看出,由于在城市固体废弃物管理方式、人们生活习惯、地区经济文化水平、能源结构等存在差异,不同国家和地区城市固体废弃物组成不同。但在一些地区城市固体废弃物中可燃成分占有相当大的比例,因此,发展RDF技术,既可回收热能,节约资源,又减少土地占用面积,利于城市建设的可持续发展。1.2城市固体废弃物原生垃圾的制备技术城市废弃物RDF技术与传统的焚烧技术相比,可提高燃烧效率,降低大气污染物排放,燃烧物料的成分相对稳定,易于燃烧参数的确定。一般RDF制备工艺如图1所示。城市固体废弃物(原生垃圾)通过破碎、风选、磁选等去除不可燃成分,再经脱水干燥加入CaO或Ca(OH)2等添加剂,在一定温度压力下将其压制成型,即制得成品RDF。由于不同地区的城市垃圾组成的差异,可设计更加优化的分选、破碎、干燥、添加剂和成型压力,减少RDF中的不可燃物质,增加RDF的热值。添加剂的加入可消除RDF热解、燃烧过程中产生的HCl等有害气体对设备的腐蚀以及有害气体的排放,也可防止成品的RDF变质,便于较长时间储存。2其他有害物质垃圾衍生燃料技术对环境的影响主要涉及RDF的制备过程中产生的噪音、粉尘,燃烧过程中产生的有害气体和温室气体,以及灰渣中残留的重金属等有害物质。2.1植生植物气体RDF的制备工艺主要是物理过程,干燥温度在100~120℃之间,一般不会产生有害物质。秦成、田文栋等对国内第一条RDF生产线生产过程气体分析,未发现HCl和SO2等有害气体。RDF制备过程中对环境的主要影响是噪音、粉尘以及垃圾腐烂产生的恶臭。可通过密封、加入添加剂等手段予以消除。2.2燃烧煤与关系对排放的影响RDF的燃烧方式一般包括两种,一是RDF单独燃烧,另一种方式是与其它物质(如煤)混合燃烧。美国环保署在一份对于燃烧城市废弃物草案指南中指出,持久有机污染物(POPs)的形成主要包括三个方面,一是通过废弃物带入焚烧炉系统,二是在燃烧过程中形成,三是在燃烧区后重新合成。释放测试证实,废弃物的组成、燃烧炉体的设计、燃烧区的温度以及污染控制设备类型对污染物的去除是决定POPs形成和释放的重要因素。美国在一份报告中指出,对增强密度的RDF和煤在440MW旋风混合燃烧的气体释放进行测试,结果显示PCDD/PCDF在烟气中的含量低于政府标准。Raghunathan.K,Bruce.KR研究表明,煤和RDF混合燃烧可减少有机氯化物,特别是PCDD、PCDF释放,SO的存在能抑制PCDD、PCDF的形成。魏小林等对硫化床RDF单独燃烧、与煤混合燃烧进行了研究,其中NO随RDF的增加而增加,但增加量不大;混合燃烧CO、N2O、SO2、HCl浓度比单独燃烧低,而均比煤高。王志奇等对喷流-移动床RDF热解燃烧CO、NOx释放特性进行研究,指出热解室的空气系数、加料速率和二次空气系数等对CO的释放浓度都有影响,其中二次空气系数对CO释放占主导性的作用。李蕾等指出RDF焚烧烟气中污染物排放浓度均低于垃圾直接燃烧。李清海,张衍国等,对一些典型废弃物(油漆、污泥、垃圾衍生物等)进行了热解-氧化试验,分析了燃烧过程中各阶段释放气体成分,结果表明,RDF燃烧产物较其它废弃物单纯,主要有烷类、甲酸、乙酸和氨气(或联氨),污染物生成量较少。T.Crujeira等对流化床中RDF燃烧重金属行为进行研究,RDF与煤联合燃烧重金属释放随RDF的增加而增加,RDF单独燃烧释放的Cd、Pb、Cu比较严重。2.3重金属含量垃圾焚烧产生的底灰中重金属含量较少,尤其是易浸出重金属Hg、Pb、Cd、Zn含量较少,主要是一些亲岩性元素如Si、Al、Ca等,飞灰中重金属含量如Pb、Cd等含量较高,目前对于灰渣的资源化处理主要用于生产建筑材料、路基材料等。2.4植生混凝土原料大气可吸入颗粒物(PM)的污染已成为中国城市大气环境污染的突出问题,由于可吸入颗粒物十分细小,比表面积较大,通常富集各种有毒有机物、重金属元素、酸性氧化物和细菌等,对人体健康危害极大。王小刚、李海滨等用高密度聚乙烯(30%)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(10%)、聚氨酯发泡沫塑料(35%)以及纸张(15%)、木屑(10%)作为原料,制备了RDF,与纸屑、甘蔗渣、木粉、谷壳分别燃烧,比较了烟气中PM10的浓度。研究表明,由于RDF比较致密,内部孔隙少,接触空气少,产生的可吸入颗粒物最多。以上研究表明,RDF技术在延长废弃物的生命周期的同时,实现了废弃物资源化和