日本垃圾衍生燃料_RDF_的研究开发
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制鞋废料与木粉混合制备RDF的燃烧性能研究彭俊杰;林镇荣;刘敏茹;韩蔓斯【摘要】为实现制鞋废料的能源化利用,文章探索了不同比例的木粉与制鞋废料混合制备的垃圾衍生燃料(RDF)的燃烧性能.对RDF颗粒进行工业分析、元素分析、热重分析及高低位热值检测,研究结果表明:随着制鞋废料掺混量的增加,RDF颗粒中的挥发分逐渐升高,热值逐渐增大,但当制鞋废料掺比超过20%时,RDF颗粒难于成型且松散易碎;制鞋废料的掺比越大,RDF颗粒的着火点就越高,制鞋废料的掺入还会导致RDF颗粒的最大失重温度上升,最大失重速率提高.%In order to achieve energy utilization of shoe-making waste,the combustion properties of refuse derived fuel (RDF) samples formed by mixing different proportions of shoe-making waste and sawdust were investigated in this study.The industrial analysis,elementalanalysis,thermogravimetric analysis and calorific value test were performed to evaluate combustion properties of these samples.The results showed that volatiles and calorific values of these samples were increased linearly with the proportions of shoe-making waste.However,the RDF particles became poorly forming,loose and fragile when the proportion of shoe-making waste was more than20%.Thermogravimetric analysis revealed that the pyrolysis ignition temperature of RDF particles increased linearly with the proportions of shoe-making waste.It was also found that the maximum mass loss temperature and rate of RDF samples increased after adding shoe-making waste.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2018(036)001【总页数】6页(P138-143)【关键词】制鞋废料;垃圾衍生燃料;燃烧特性;热重分析【作者】彭俊杰;林镇荣;刘敏茹;韩蔓斯【作者单位】惠州市环境科学研究所, 广东惠州 516000;中国科学院广州能源研究所, 广东广州 510000;中科院可再生能源重点实验室, 广东广州 510000;广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室, 广东广州 510000;中国科学院广州能源研究所, 广东广州 510000;中科院可再生能源重点实验室, 广东广州 510000;广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室, 广东广州 510000;惠州市环境科学研究所, 广东惠州 516000【正文语种】中文【中图分类】TK60 前言我国是鞋的生产大国和消费大国,据2016年全球鞋业暨体育产业发展趋势论坛披露,我国2015年鞋类总产量为140亿双,占世界鞋类产量的64.6%[1]。
RDF垃圾燃烧棒1.企业介绍1.1企业名称:1.2企业类型及经营范围:本企业属于生产制造,批量销售及零售为一体的企业,原材料来源于日常生活垃圾二次加工利用。
本企业以各大电厂和供热公司为销售重点。
以一些需要热能源的中小商户为散户进行零售。
1.3 企业销售的产品或服务本企业主要经营以生活垃圾为原材料,进行二次加工生产出一种含水率低、热值高,可与燃煤媲美的优质新能源。
1.4 企业服务对象本企业的经营理念根据国家“十二五”规划。
是一种环保能源,在环境保护和资源利用方面具有明显的优势,主要针对,一些需要热能的企业(如电厂,供热公司等)和一些需要热能的中小商户(如洗浴,餐饮,宾馆等)1.5 企业可解决并满足顾客的需求RDF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,满足国家“十二五”规划蓝图。
因为热值高于煤,生物煤,碳等现以知的能源,重要的是它有利于环保、二次利用、解决生活垃圾难以处理的难题而且成本较低,二次污染极少。
所以满足各个企业、商户对于能源的高效利用从而更好的使利益达到最大化。
同时也大大减少的对于环境的污染。
1.6 什么是RDF垃圾衍生燃料(Refuse Derived Fuel ,简称RDF),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。
垃圾衍生燃料(RDF) 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。
把垃圾进行固体燃料化,加工成热值更高、更稳定的燃料的垃圾处理法得到了一定的应用。
垃圾作为燃料被工业化利用时,一般称为垃圾衍生燃料RDF 的特性1 防腐性RDF 的水分10 % ,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,而且不会因吸湿而粉碎。
2 燃烧性热值高,发热量在14600 —21000kJ / kg ,且形状一致而均匀,有利于稳定燃烧和提高效率。
垃圾衍生燃料RDF-5应用方向及市场需求分析雷建国1周斌2(1.四川雷鸣生物环保工程有限公司,四川自贡643000;2.四川理工学院材料与化学工程学院,四川自贡643000;摘要:当前,每年产生数量巨大的城市生活垃圾(MSW)对环境管理和污染控制形成了严重挑战。
世界各国都投人大量的人力、物力进行垃圾处理技术的研究及垃圾处理项目的建设,并取得了一定的成功经验。
本文以国内外城市生活垃圾焚烧处理技术、资源化利用现状以及存在问题为基础,针对四川雷鸣生物环保工程有限公司符合中国国情的高湿混合垃圾衍生燃料RDF制备工艺系统生产线的研发,对垃圾衍生燃料RDF再生能源化市场需求进行了分析探讨。
关键词:垃圾衍生燃料应用,市场需求,分析探讨,The engineering application of municipal solid Refuse Derived Fuel preparation process system and discussion of its market demand analysisAbstract:At present,it produced annually by large quantities of municipal solid waste(MSW)on environmental management and pollution control which has become a serious challenge.Countries around the world have invested a lot of manpower and material resources to carry out waste treatment technology research and waste disposal projects,and made some successful experience.In this paper,both at home and abroad MSW treatment technology,resource utilization and the existence of problem-based,with Sichuan Leiming Bio-Environmental Engineering Co.,Ltd.to explore the application of humidity mixing Refuse Derived Fuel and its preparation process system,and discussion of RDF renewable energy sources market demand analysis.Key words:Refuse Derived Fuel,application,market demand,discussion当前,每年产生数量巨大的城市生活垃圾(MSW)对环境管理和污染控制形成了严重挑战,目前世界垃圾量正以快于经济平均增长速度的2.5~3倍的速度增加,年平均增长速度为8.24%。
RDF即“垃圾衍生燃料”,是原生垃圾经分拣、破碎、除金属、再破碎、风选、加添加剂、压缩、干燥和成型等工序制成的一种固体燃料。
RDF燃料可以单独燃烧,也可根据工艺要求,与煤、燃油和木屑等混烧,广泛应用于发电、供热、干燥、水泥等工业领域,成为垃圾利用领域新的生长点。
RDF的主要特性为大小均一、燃烧稳定、低污染、不产生臭味,且易于运输及储藏,在常温之下可储存达6~12个月而不会腐败。
因废弃物来源不同而异,热值约为煤的三分之二。
目前RDF已被证明是有效的替代化石燃料的产品,其挥发分在75%以上,含水率在10%~20%,无论是作为主燃料还是耦合替代燃料或助燃燃料,均可实现快速热解燃烧升温到850 ℃以上,迅速越过致癌物质PCDD/Fs大量生成的280~450 ℃温度段,避免致癌物的生成。
随着水泥行业节能减碳形势日趋严峻,使用替代能源是当前能源形势下的迫切需求,也是节煤降碳的必然途径。
为深入贯彻水泥行业绿色低碳发展的坚定理念,提高替代燃料的使用率、变废为宝,进一步实现节能减排,降本增效,我公司利用水泥窑协同处置固态大倾角系统直接投加RDF,因替代燃料(RDF)质轻物杂,输送过程中于行车下料口、铰刀、板喂机下料口处等位置出现不同程度的堵料及架空情况,极大增加了用工成本,且不利于窑运行稳定。
结合我公司RDF现场处置情况,几经研讨制定技改方案,并于技改后完成所有设备安装、调试及投料试机,运行效果良好,处置台时达到预期设想,有效降低员工劳动强度。
1、RDF替代燃料类型随着市场的扩张,替代燃料生产厂家的竞争也变得激烈,而近年受疫情及经济大环境不景气影响,停产停工企业增加,造成市场可供的工业垃圾量减少,替代燃料原料趋于紧张,未来替代燃料的价格可能维持上涨趋势。
当前RDF替代燃料主要有撕碎料、过机料、成型燃料棒三种类型(不含生物质燃料),其中成型燃料棒成本最高,综合对比各项使用成本,确定将多级撕碎散料(尺寸3~5 cm,70%布碎,其余由塑料海绵、胶皮等组成)作为公司主要替代燃料。
衍生燃料RDF-5技术
苏铭华;陈晓华
【期刊名称】《中国环保产业》
【年(卷),期】2004(000)004
【摘要】衍生燃料RDF-5技术,是一种将垃圾经系列处理程序制成燃料的技术。
即将生活垃圾经破碎、分拣、干燥、添加助剂、挤压成型等处理过程,制成固体形态(圆柱条状)燃料。
其特点:大小均匀、所含热值均匀(约为标煤热值的2/3,5000kcal/kg左右),易运输及储备,在常温下可储存6~12个月不会腐败。
RDF-5可以作为主要燃料单独燃烧,亦可根据锅炉工艺要求与煤、燃油混烧。
【总页数】1页(P32)
【作者】苏铭华;陈晓华
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】X382.1
【相关文献】
1.衍生燃料RDF-5技术应用前景 [J], 苏铭华;陈晓华
2.废弃物衍生燃料(RDF-5)技术发展概述 [J], 刘竞;荀方飞;葛亚军;马婧一;何占飞
3.城市垃圾处理与RDF-5衍生燃料技术 [J], 苏铭华;陈晓华
4.衍生燃料RDF-5技术应用前景展望 [J], 苏铭华;陈晓华
5.生活垃圾衍生燃料(RDF-5)焚烧过程中Pb、Cr、Zn和Cd的分布研究 [J], 赵学; 王里奥
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生活垃圾制备RDF工艺参数及其热特性研究齐琪;袁京;李赟;张地方;李国学【摘要】采用生活垃圾生物干化产品作为原料,使用压型机及热重分析仪对垃圾衍生燃料(RDF)的成型工艺参数及热特性进行研究.结果表明,使用生活垃圾生物干化物料制备RDF时,最适含水率为30%,最适原料粒径为<1mm,最适成型压强为2MPa.在该制备参数下,制备的RDF跌落强度可达95%以上,成型效果良好,无体积膨胀现象.原料粒径1~2mm的RDF热值较高.原料粒径影响RDF热特性,原料粒径<1mm的RDF热特性明显不同于1~3mm的RDF.一级动力学方程对热重(TG)曲线拟合效果较好.利用生活垃圾经生物干化制备RDF具有较大潜力.%A refuse derived fuel (RDF) molding machine and a Thermogravimetric Analyzer were used to investigate parameters in RDF molding processes and thermal characters of RDF products, respectively. In the process of preparing RDF using bio-drying products, the appropriate parameters of moisture content, particle size and molding pressure were 30%, <1mm and 2MPa, respectively. The range of falling strength of RDF was 95~100% under such condition, which meant high efficiency of molding without any volumetric expansion. The heat value of RDF was relative higher when particle size is 1~2mm than that of others. Thermal characteristics of RDF with the particle size of <1mm were remarkably different from those with the particle size of 1~3mm. The fitting of TG curve was great using first order kinetics equation. The results indicated a great potential of preparing RDF using municipal solid waste after bio-drying.【期刊名称】《中国环境科学》【年(卷),期】2017(037)003【总页数】7页(P1051-1057)【关键词】生活垃圾;生物干化;垃圾衍生燃料;成型;热特性【作者】齐琪;袁京;李赟;张地方;李国学【作者单位】中国农业大学资源与环境学院,北京, 100093;中国农业大学资源与环境学院,北京, 100093;中国农业大学资源与环境学院,北京, 100093;中国农业大学资源与环境学院,北京, 100093;中国农业大学资源与环境学院,北京, 100093【正文语种】中文【中图分类】X705随着经济快速发展以及人口数量攀升, 2014年我国生活垃圾年清运量已达到1.7亿t[1].垃圾焚烧因其减量化效果好,处理时间短,近年来得到不断发展.但是厨余垃圾所占比例不断增大,造成垃圾含水率过高,热值下降.这极大地限制了生活垃圾焚烧发电处理方式的推广并易引起环境污染.因此,如何降低生活垃圾含水率,提高其可燃性成为垃圾焚烧处理的当务之急.生物干化作为一种有效的预处理手段,可以降低垃圾含水率减小体积,从而提高垃圾筛分效率及热值[2-3].而生物干化产物又可作为制备垃圾衍生燃料(RDF)的原料,从而使垃圾中的能量得到最大限度地保留[4].国内还尚未使用生物干化产物进行 RDF制备.近几年,对于成型RDF(RDF-5)制备工艺参数的研究主要集中在含水率、成型压强以及物料粒径等方面[5-6].由于不同研究所用原材料及 RDF成型设备差异较大,导致相关工艺参数的最佳范围并不一致.此外,使用热重(TG)-微分热重(DTG)-差示扫描量热法(DSC)联用对RDF进行热特性分析的文献极少,相关文献主要是对垃圾及其中典型组分进行TG分析[7-8],对餐厨垃圾[9]、污泥[10]和生物质[11]热解,对煤与 RDF或干污泥混烧[12-13]以及土壤有机碳热稳定性等进行 TG-DSC分析[14].因此TG-DTG-DSC联用测定RDF热特性的相关研究依然是空白.本文以经生物干化预处理后的生活垃圾为原料制备 RDF.探究制备过程中含水率、物料粒径及成型压强对RDF成型性能的影响并对RDF热特性进行分析.1.1 供试材料供试生活垃圾取自北京市马家楼垃圾分选转运站0~80mm粒径段的混合垃圾,经生物干化后所得产品作为RDF成型的原料.在进行生物干化前,人工去除不可燃组分,并添加 15%的秸秆(湿基)作为辅料.混合均匀后,将20kg的物料堆置于容积为 60L 的密闭式发酵罐中进行生物干化试验,持续 21d.发酵罐底部设有通气口并可排出渗滤液,顶部设置有温度探头和可以采集气体组分的采气孔.所得成型RDF原料包括无法分辨物理组分的有机物,占比为 79.91%(湿基),纸类,塑料和木材的比例分别为12.22%,5.26%和1.39%.将生物干化后物料风干粉碎,同时分离出塑料并获得粒径<3mm物料,用于RDF成型.1.2 RDF 成型及方法1.2.1 RDF成型设备 RDF成型设备为自行研制的压型机.由压型主体和显示控制器两部分组成,一次可压制4个RDF圆柱形产品,示意如图1.1.2.2 指标测定和方法跌落强度:参照MT/T-2004[15]. RDF体积较小,直径和高分别为 16mm和10~15mm(由于成型压强不同).故将10mm作为跌落后粒径的标准.RDF跌落强度为跌落后最大直径>10mm的颗粒质量总和占RDF原始质量的百分比.元素分析:采用元素分析仪测定(vario MACRO cube元素分析仪,德国).工业成分分析:参照GB/T212-2008[16].热特性检测:使用球磨仪对放置30d后的成型RDF进行粉碎并过100目筛.将所得粉末状样品使用ZDHW-YT8000型微机全自动量热仪测量热值.使用HITACHI公司的STA7200型热重分析仪进行热分析实验.测定条件为:升温速率10℃/min,进气总流量375mL/min,进气中N2与O2流量之比4:1,在25~950℃范围内进行线性程序升温.最后,使用TA7000Job Gallery软件对所得的TG、DTG和DSC曲线进行分析.各处理设置3次重复(n=3).使用excel 2010软件求解活化能E,指前因子A和相关系数R2[17-18].主成分分析(PCA):使用R-studio软件中的 vegan程序包进行[19].聚类分析:使用R-studio软件中的vegan和stats程序包进行[20].显著性分析:使用 Excel 2010软件进行显著性分析.2.1 RDF元素含量、工业成分分析和低位热值不同粒径RDF物料的相关指标如表1所示.经生物干化后,RDF物料的高挥发分和低固定碳特性与 Sever等[21]的研究结果一致,其主要原因由于转运站前端筛分和干化后分离出轻质塑料类垃圾.与煤相比,RDF中固定碳及碳元素含量较低,未来RDF-5可以直接采用与煤掺烧或与分离出来的塑料类组分混合后再与煤掺烧的方式,将更有利于持续燃烧且环境效应更好[22].未添加塑料组分,RDF原料仍保持较高的低位热值(表 1).其原因在于,生物干化之前已分离出不可燃组分.秸秆作为生物干化辅料又可提高物料热值[23-24];生物干化过程中,基本去除含水率高的厨余垃圾组分,混合垃圾整体含水率降低至 30%~40%;风干粉碎后,热值进一步提高,燃烧稳定.原料粒径 1~3mm的 RDF低位热值高于15MJ/kg,即达到美国材料与试验协会(ASTM)对于RDF-5热值的要求[25].2.2 原料含水率、粒径和压强对成型 RDF跌落强度的影响一般将跌落强度大于 95%作为成型性能优良的范围.由图 2可见,当原料含水率为10%时,RDF成型性能均较差,其原因为水分含量低,粘结性较差.随着含水率升高及粒径变小,对应的最适成型压强下降,反之最适成型压强上升.因此,随着粒径减小和含水率逐渐升高,跌落强度也呈增大趋势,可达 95~100%.综合表明,控制含水率为30%,原料粒径<1mm,所需成型压强最小,成型性能好(表2).相比与前人的研究结果[6,26],本研究制得RDF跌落强度更高,可达95%以上.原因是物料性质不同.本研究没有使用煤混原料以及大量塑料组分[6,26].物料经充分粉碎,性质均一,故水分的粘结作用较强.且塑料含量少,故 RDF没有体积膨胀现象出现[27].因此,本研究制得 RDF成型效果好,在生产实践中有利于长距离运输.2.3 RDF热特性2.3.1 RDF热重(TG)、微分热重(DTG)和差示扫描量热(DSC)曲线对原料粒径分别为<1mm、1~2mm和2~ 3mm的RDF进行TG、DTG和DSC分析,不同处理设置3次重复,热特性图谱如图3.TG曲线的相关指标如表3所示. TG曲线出现4个失重段,约在 30~100℃,250~330℃,420~540℃和 630~700℃范围内.4个失重段出现的原因可能是水分、以纤维素类物质为主的挥发分、固定碳和塑料类物质及比固定碳更难分解的挥发性物质的析出.Robinson等[28]将RDF的TG曲线分为二次水分散发阶段(80~180℃),纤维素分解阶段(180~380℃),塑料分解阶段(400~560℃)以及难分解的挥发分(>580℃).这与本实验结果高度吻合.本实验中第 2失重段(纤维素分解阶段)的失重百分比最大.这是由于前期生物干化过程中添加秸秆作为辅料,且纤维素类物质在短期干化过程中不易被微生物降解,从而提高了纤维素类物质的比重.DTG曲线相关指标如表4.DTG曲线出现4个峰.第2、3和4峰的峰值温度分别在293~297℃、452~466℃和 647~670℃.对于第 2、第 3峰最大失重速率随原料粒径的增大而增大.这可能是因为粒径大,灰分含量减小,单位时间内可析出物质百分比增加.Cheng等[29]的研究结果表明煤的最大燃烧速率与煤的热值、碳含量和灰分有关.蒲舸等[7]用城市生活垃圾混合样品得到DTG曲线也出现明显双峰峰形.DSC曲线相关指标如表5所示.DSC曲线出现2个放热峰,粒径1~2mm物料的单位质量放热量和低位热值均最大,分别为1.79×104mJ/mg和17.61MJ/kg(表5和表1).2.3.2 不同物料粒径RDF热特性的主成分分析(PCA)和聚类分析将表3、表4和表5所含的相关热特性指标进行PCA和聚类分析,结果分别如图4和图5所示.两种分析方法均表明粒径<1mm的 RDF的热特性可以明显与粒径为1~3mm的RDF 分开. PCA第1和第2主成分轴一共可解释 81.67%的热特性曲线变化,表明所选热特性指标对于 RDF热特性的表征能力很强.对于包括着火点,TG曲线第4失重段结束外推点及温度差,DSC曲线第1峰面积以及DSC曲线第2峰温度差在内的5个指标(表3、表4和表 5),原料粒径<1mm 与原料粒径为 1~3mm时存在显著差异(P<0.05).表明这 5个指标的变化可能是导致热特性总体发生变化的重要原因.其中,粒径可以改变着火点的现象在煤中也已发现[30].原料化学性质是不同粒径RDF热特性差异产生的重要原因.废弃物中含能物质的多少取决于有机可燃组分的比例[31].原料粒径<1mm时,碳元素较低,灰分含量较高.这与 Kok等[32]粒径越小灰分越大的研究结果一致. RDF原料在制备时需粉碎过筛.在筛上与筛下物分离的过程中,不同粒径范围内的RDF原料化学组成(元素含量、工业成分)发生变化.同时,Chouchene等[33]的研究结果表明,橄榄废弃物燃烧后的灰分含量随粒径的增加而降低.与粒径<1mm的RDF相比,原料粒径1~2mm 时,RDF的低位热值及单位质量放热量均较高.2.3.3 不同物料粒径 RDF的 TG 曲线拟合对不同粒径RDF的TG曲线剧烈失重段进行一级动力学方程拟合,所得结果如表 6.相关系数R2> 0.90,表明一级动力学方程拟合效果较好.原料粒径<1mm物料活化能较高,表明其发生反应较为困难.这一结果也高于秦成等[34]对垃圾中各组分TG曲线进行一级动力学方程拟合的结果.而原料粒径1~2mm和2~3mm物料其活化能均小于100kJ/mol,这与二者DTG 曲线的高失重速率结果相一致.李季等[35]对垃圾中的各组分单独进行热解,发现同一组分在不同温度范围内热解所需要的活化能相差1~2个数量级.本研究中,同一RDF样品在不同温度段的活化能均在同一数量级,证明不同温度范围,RDF析出反应发生的难易程度接近.煤在<300℃的条件下进行燃烧,活化能较高,为(81±3)kJ/mol.而 RDF在 250~330℃条件下,活化能基本小于50kJ/mol.表明与煤相比,RDF的低温燃烧反应容易发生[36].3.1 综合考虑 RDF成型效果及燃烧热值,建议最佳成型工艺参数为:含水率30%,粒径1~2mm,对应成型压强2MPa.3.2 所有 RDF的 TG曲线均出现 4个失重段,DTG曲线和DSC曲线出现两个明显的峰.粒径1~2mm的RDF的低位热值及单位质量放热量均最高.3.3 主成分分析和聚类分析表明:原料粒径<1mm的RDF热特性明显不同于原料粒径为1~3mm的RDF.3.4 使用一级动力学方程对 TG曲线拟合效果较好(R2>0.90).【相关文献】[1] 国家统计局.国家统计局年鉴2015 [M]. 北京:中国统计出版社, 2015.[2] Bilgin M, Tulun S. Biodrying for municipal solid waste: volume and weight reduction [J]. Environmental Thchnology, 2015, 36(13):1691-1697.[3] 黄文雄,苏红玉,黄玉玉,等.通风方式对高含水率垃圾生物干化的影响 [J]. 中国环境科学, 2012,32(8):1480-1486.[4] Cimpan C, Wenzel H. Energy implications of mechanical and mechanical-biological treatment compared to direct waste-toenergy [J]. Waste Management, 2013,33(7):1648-1658.[5] 马涵宇,李芸邑,刘阳生.城市生活垃圾筛上物制备 RDF及其燃烧特性研究 [J]. 环境工程, 2012,30(4):96-100.[6] 李春萍.三种垃圾筛上物的衍生燃料(RDF)制备 [J]. 环境工程, 2012,30(4):87-89.[7] 蒲舸,王炯,张力.城市生活垃圾可燃成分燃烧特性热重分析 [J]. 重庆大学学报(自然科学版), 2009,32(5):598-603.[8] 浮爱青,谌伦建,王建军.垃圾中典型组分热重分析研究 [J]. 环境工程学报, 2007,1(11):104-106.[9] Malika A, Jacques N, Jaafar E F, et al. Pyrolysis investigation of food wastes by TG-MS-DSC technique [J]. Biomass Conversion and Biorefinery, 2015,6(2):161-172.[10] Fernandez J, Gonzalez F, Pesquera C, et al. Study of the Thermal Behavior of Sewage Sludge from a WWTP in Cantabria (Spain) by TG-DSC-MS [J]. Biomass Conversion and Biorefinery, 2012, 29:859-864.[11] He F, Yi W M, Bai X Y. Investigation on caloric requirement of biomass pyrolysis using TG-DSC analyzer [J]. Energy Conversion and Management, 2006,47(15/16):2461-2469. [12] Yang G L, Chen S N, Yang Z C. Application of Simultaneous TG-DSC Version on Combustion Characteristics Test of Blended Coal [M]. Advanced Materials Research, 2012:512-515.[13] 李洋洋,金宜英,李欢.采用热重分析法研究煤掺烧干污泥燃烧特性 [J]. 中国环境科学, 2011,31(3):408-411.[14] Fernández J M, Plaza C, Polo A. Use of thermal analysis techniques (TG—DSC) for the characterization of diverse organic municipal waste streams to predict biological stability prior to land application [J]. Waste Management, 2012,32(1):158-164.[15] MT/T925-2004 煤的落下强度测定方法 [S].[16] GB/T212-2008 煤的工业分析方法 [S].[17] 武宏香,李海滨,赵增立.煤与生物质热重分析及动力学研究 [J].燃料化学学报, 2009,37(5):538-545.[18] 李玉龙.垃圾源头提质制备RDF及其能源化利用 [D]. 沈阳:沈阳航空航天大学, 2012.[19] 赖江山,米湘成.基于 Vegan软件包的生态学数据排序分析[A].//马克平.第九届全国生物多样性保护与持续利用研讨会论文集 [C]. 北京:气象出版社, 2012:332-343.[20] Flynt A, Dean N. A Survey of Popular R Packages for Cluster Analysis [J]. Journal of Educational and Behavioral Statistics, 2016,41(2):205-225.[21] Sever A, Atımtay A, Sanin F D. Comparison of fuel value and combustion characteristics of two different RDF samples [J]. Waste Management, 2016,47(b):217-224.[22] Rigamonti L, Grosso M, Biganzoli L. Environmental Assessment of Refuse-Derived Fuel Co-Combustion in a Coal-Fired Power Plant [J]. Journal of Industrial Ecology, 2012,16(5):748-760.[23] 蒋建国,杨勇,贾莹,等.调理剂和通风方式对污泥生物干化效果的影响 [J]. 环境工程学报, 2010,4(5):1167-1170.[24] Chang N B, Chang Y H, Chen W C. Evaluation of heat value and its prediction for refuse-derived fuel [J]. Science of the Tatal Environmental, 1997,197(1-3):139-148. [25] Punin W, Maneewan S, Punlek C. The feasibility of converting solid waste into refuse-derived fuel 5via mechanical biological treatment process [J]. Journal of Material Cycles and Waste Management, 2014,16(4):753-762.[26] 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.[27] 李延吉,张伟,宋政刚,等.高热值垃圾制备RDF成型特性及可行性 [J]. 可再生能源,2013,31(7):116-119.[28] Robinson T, Bronson B, Gogolek P, et al. Sample preparation for thermo-gravimetric determination and thermo-gravimetric characterization of refuse derived fuel [J]. Waste Management, 2016,48:265-274.[29] Cheng J, Ringelkulka T, Heikampde J I, et al. Maximum burning rate and fixed carbon burnout efficiency of power coal blends predicted with back-propagation neural network models [J]. Fuel, 2016,172:170-177.[30] Chen Y, Mori S, Pan W P. Studying the mechanisms of ignition of coal particles by TG-DTA [J]. Thermochimica Acta, 1996, 275(1):149-158.[31] Ozkan A, Banar M. Refuse Derived Fuel (RDF) Utilization in Cement Industry by Using Analytic Network Process (ANP) [J]. 2010,21:769-774.[32] Kok M V, Ozbas E, Hicyilmaz C et al. Effect of particle size on the thermal and combustion properties of coal [J]. Thermochimica Aata. 1997,302(1/2):125-130.[33] Chouchene A, Jeguirim M, Khiari B, et al. Thermal degradation of olive solid waste: Influence of particle size and oxygen concentration [J]. Resources, Conservation and Recycling, 2010, 54(5):271-277.[34] 秦成,田文栋,肖云汉.垃圾衍生燃料热重法的燃烧特性[J].燃烧科学与技术, 2004,10(3):232-236.[35] 李季,张铮,杨学民,等.城市生活垃圾热解特性的 TG-DSC分析 [J]. 化工学报, 2002,53(7):759-764.[36] Slovák V, Taraba B, Hustad J E. Effect of experiment al conditions on parameters derived from TG-DSC measurements of lowtemperature oxidation of coal [J]. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2010,101(2):641-646.。
生活垃圾RDF汽化焚烧发电系统该技术集成应用我公司具有自主知识产权的10多项专利技术;形成的新型垃圾焚烧发电系统;与现有常规垃圾发电系统相比主要有以下突破:1、首先将髙湿混合垃圾转变成热值均匀;水分适中的垃圾衍生燃料(RDF)。
通过此方法可以实现以下目标:1)垃圾热值有效提高;焚烧性能稳定。
2)燃烧过程不需增加热能物质。
3)焚烧过程无害化水平高,温度高,排渣率低;烟气温度达到1200℃以上;余热利用率高;可以实现现有技术2倍以上的热电回收效率2、焚烧过程采用我公司具有自主知识产权的专利热解汽化焚烧炉专利技术具有以下特点:该炉采用世界顶级垃圾三段式裂解气化焚烧原理进行设计制作;首先将垃圾进行有效的预处理(垃圾颗粒燃料制作)保证原料的热值和水分相对稳定后进入该炉的第一燃烧室在回流高温烟气的预热下温度迅速上升将垃圾的可燃性物质进行有效的裂解气化;气体经负压抽吸进入第二燃烧室内,同时经过裂解后的剩余燃料残渣,也被炉排送入二燃烧室;在第二燃烧室内高温裂解气体部分燃烧,反应温度上升至1200摄氏度将剩余燃料残渣充分灼尽,将其中的金属类物质原子态,剩余物质为火山灰成分经水封冷却后排出;未燃尽的高温气体,在尾气风机的抽吸下进入第三燃烧室,由于截面积的成倍减少造成压力上升使反应温度迅速上升至1600摄氏度造成瞬间的爆破性焚毁;将尾气彻底净化,以达到较高的尾气排放指标,减少尾气治理设备投入,增加余热利用率。
项目实施的基本工艺流程项目的主要经济及技术指标对比垃圾燃料制作成本:约56元/吨每1.5~1.8吨垃圾≈一吨垃圾衍生燃料发电能力:≤1000度与普通标煤的热值对照:标煤:5000Kcal/吨发电2250度垃圾衍生燃料: 2300kcal~2800kcal/吨垃圾衍生燃料(RDF)焚烧污染物排放研究更新时间:1-28 14:07随着我国经济的高速发展,人民生活水平的迅速提高,城市生活垃圾产生量急剧增加,造成的环境污染日益严重。
文章编号:1004-0366(1999)03-0066-07收稿日期:1998-12-28日本垃圾衍生燃料(RDF)的研究开发
张焕芬1,喜文华2(1.中国科学院广州能源研究所,广州 510070;2.甘肃省科学院自然能源研究所,兰州 730000)
摘 要: 综述垃圾衍生燃料(RefuseDerivedFuel,RDF)的性能、研究开发概况,介绍了日本几个有代表性的垃圾衍生燃料生产利用设备关键词: 垃圾;垃圾衍生燃料;废弃物;RDF生产设备分类号: X706 文献标识码: A
可燃垃圾是有用资源,但在小规模处理中,由于燃烧不稳定,会产生二恶英类有毒物质,设备成本增高等问题。因此,在各种小自治体特别是人口在10万以下的地区,已不用直接燃烧方法。有效控制垃圾处理中产生的二恶英类物质和将垃圾作为能源利用的垃圾处理方法之一,是垃圾衍生燃料(RefuseDerivedFuel,RDF),以下简称RDF。RDF富于运输性、贮藏性等,容易搬运,可进行集中处理,与单纯的焚烧处理相比,不仅燃烧温度高,而且燃烧性能稳定。城市垃圾及产业废弃物的衍生燃料已成为垃圾和废弃物处理的焦点,引人注目。日本各研究组织已对此进行了详细的研究开发。设备厂家在进行产品开发的同时,实施有关RDF的调查和研究开发计划,各地都在计划建设RDF生产、利用设备。如:川崎重工业公司、新明和工业公司、神户制钢所、田熊公司、住友金属公司等许多厂家都进行了RDF的研制开发。日本的垃圾衍生燃料的生产利用设备,自1990年以后迅速增加,至1996年底,达到19处(运行中11处,建设中5处,计划中3处)。
1 垃圾衍生燃料(RDF)的概要RDF是由废弃物制造出的燃料。欧美各国将RDF分为7种类型(见表1)。现在,第3类,由于垃圾中水分较少,可作发电设备燃料使用。日本垃圾中多为厨芥类必须进行破碎、干燥、压
表1 RDF的产品分类(ASTM)类 别性 状备 注RDF-1是分离除去粗大垃圾的一般城市垃圾RDF-295%是方形约15cm的细粒度疏松RDF,也用没有分离金属类的情况。疏松RDFRDF-395%是约5cm四方形细粒度RDF,除去金属类、玻璃或不燃物质。RDF-495%是通过10号筛眼(2mm过滤网)的粉状RDF,将金属类或玻璃类进行分类,使其干燥的物质粉状-RDF
RDF-5颗粒状,方型等形状成型的RDF成形-RDFRDF-6液状RDFRDF-7气体状RDF
第11卷 第3期1999年9月 甘肃科学学报JournalofGansuSciences Vol.11 No.3Sep.1999缩成形等工序,使其成为(表1中的RDF-5)具有优良运输性、保存性的衍生燃料。RDF要求的基体质量如下:能量密度高,容易贮藏;长时间贮藏时,产生的腐败等化学变化稳定;燃烧时,可提供的能量稳定;排气状况良好,残渣少,容易处理。RDF的特征如下:运输性 由于是固体,提取容易,可用一般的运输车辆运输;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;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;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,可减少二恶英类有害物质的产生;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;缺点:①与石油或城市煤气相比,有提取难的问题(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,残渣发生量也不同,有必要进行残渣的处理);③必须有专烧锅炉。
2 城市垃圾衍生燃料系统以下介绍几个有代表性的RDF化系统2.1 川崎重工业公司的设备该公司开发的垃圾处理技术是以破碎、分选、燃烧、热利用技术为基础,多年来,不断进行包含燃烧试验在内的有关RDF大规模研究开发。于1996年建设了20t/dRDF制造设备。从1997年1月以后,顺利地进行了制造试验。(1)制造设备概要 该设备由破袋、干燥、分选破碎、成形等工序构成。各工序处理程序内容如下:破袋工序:将收集到的袋装垃圾破袋并破碎成适宜于干燥的大小;干燥工序:利用高温热风干燥垃圾并除臭;分选破碎工序:将不适宜于燃料化的物质(铁、铝、石等)分选、除去、破碎成适宜于成形的大小;成形工序:为了防止腐败,加添添加剂。通过成形,成为具有优秀运输性、贮藏性、燃烧性的高密度、高强度RDF燃料。(2)设备规格 垃圾处理能力为2.5t/h;处理垃圾种类为一般废弃物(家庭垃圾);干燥用燃料为煤油;产品收量为1.25t/h(根据垃圾的水分变动而定);尺寸为16mmΥ,长约50mm;产品假比重约为0.6;工厂建筑物结构为钢筋混凝土结构;工厂建筑物总面积为1459m
2。
(3)原料垃圾及产品性状 该设备使用城市垃圾连续不断地进行RDF制造试验。垃圾性状分析结果之一例如表2。城市垃圾的性状差异较大,即使是同一天的垃圾样品,其垃圾性状也有很大的差异。在该设备中,即使垃圾的质有很大的变动,产品的质量都能保持一定。产品的强度和性状,如表3和表4。(4)防止公害对策 生产试验设备满足设置场所防止公害对策基准值。由于采用以下对策,干燥机排气、工厂房子外的臭气、噪音测定结果符合规制基准值,有效防止公害。①从原料垃圾储留槽抽吸空气,进行除臭处理,然后排放于大气;②对干燥机的排气进行除臭,然后排放于大气;③干燥机用煤油做燃料;④作业环境:厂房的各部分有充足的空气,进行除尘、除臭处理,后排放于大气;⑤风力分选用的空气采用内部循环方式;⑥工厂所有房屋采
67第11卷 张焕芬等:日本垃圾衍生燃料(RDF)的研究开发 用全封闭结构建筑物。表2 原料垃圾性状项目试料名垃圾试料(第1次)垃圾试料(第2次)试料采样日期1997.2.261997.2.26单位容积质量/kg·m-3116175干燥后的种类、组成/%
纸、布类60.6341.67乙烯树脂、合成树脂、橡胶、皮革等28.1225.51木、竹、麦杆、稻草类1.092.24厨房垃圾类(动植物残渣、蛋壳、贝壳)3.911.27不燃物质类1.7221.52其他(可通过孔眼大小约5mm筛的物质)4.535.79物理化学性状水分/%45.9342.23
可燃成分/%47.3738.55灰分/%6.7019.22干物发热量(干)/J2018021562高位发热量(湿)/J107189797低位发热量(湿)/J87927996
表3 产品(RDF)的强度项目试验方法测定结果压缩强度计测在直径方向,压缩至径向8mm变形时的压缩力P
。
压缩强度=P/L(L为RDF的长度)1304.28N/cm2
落下强度将RDF从2m高处往混凝土面进行4次自由降落后,挂于10mm*
的网上,用残留于网上的RDF比率进行评价(*为网眼大小)99.1%
硬度利用古氏硬度计28.6HG
表4 产品(RDF)性状项目试料名RDF试料(AM)RDF试料(PM)试料取样日期1997.2.261997.2.26单位容积质量674686
物理化学性状
水分/%8.558.76可燃成分/%76.6276.19灰分/%14.8315.05干物发热量(干)/J1891518966高位发热量(湿)/J1729117291低位发热量(湿)/J1591015870元素生基体质元素质量
C(碳)/%41.1341.00H(氢)/%5.255.29N(氮)/%5.010.78S(硫)/%0.050.14Cl(氯)/%0.270.15O(氧)/%24.9128.83
(5)川崎重工业公司RDF制造设备的特征 ①主要设备放置于屋内,是完全不会产生臭
68 甘肃科学学报 1999年 第3期气、噪音、粉尘的干净系统;②将分选工序放于干燥工序后面,可进行高精度分选,特别是铝及铁,可确保再资源化的纯度;③该设备的RDF进行干燥压缩成形,没有臭味,也不会腐败,可长时间保存;④由于成形时的压缩力强,RDF体积密度大、坚固、易于运输和储藏;⑤采用高效干燥方式,每1t原料垃圾的煤油使用量减少约60L。该公司计划将可燃烧RDF燃料的内部循环流动床式锅炉实证实验设备RDF处理量1t/h,蒸汽发生量2t/h,蒸汽条件8612kPa设置于该公司内,今后将使用该设备进行RDF燃料及环境负荷试验。
3 田熊公司RDF生产设备〔2〕
为了有效利用城市垃圾的热能,田熊公司从1994年起开发生活垃圾衍生燃料,并建了城市垃圾RDF化实证设备,1996年开始运行。该公司RDF生产设备有以下两种:(1)用关东地区5个工厂排出的纸、塑料类废弃物作为RDF原料。 设备系统包含搬运、破碎、分选、衍生燃料化、贮藏、供给、燃烧、热回收、防止公害对策等。所生产的RDF热量约16329J/kg(由特殊纸、加工纸、粘附制品等杂物的废纸、废塑料、废书类所制造),RDF燃烧量1950kg/h(46.8t/d),蒸气量10.9t/d,燃烧方式是流动床式。(2)生活垃圾的RDF化设备。 由工厂排出的废弃物如废塑料、纸类等制造RDF,由于不纯物不多,水分少,用破碎、减容化组合方式的RDF化设备便可以了。但用生活垃圾制造RDF的设备必须有提取出生活垃圾中可燃物的设备。日本的生活垃圾包含厨芥类,与欧美的垃圾相比,水分值高50%左右,所以必须有干燥工序。生活垃圾的平均热量为6280左右,水分约占50%。现在日本以生活垃圾为对象的RDF制造方式有二种:①供给—破碎—初分选—干燥—二次分选—成形;②供给—破碎—分选—成形—干燥,该公司采用第一种方式。该方式在干燥后的分选,除去异物效果良好,可制造优质RDF。这是采取将垃圾中的塑料和其他可燃物混合,提高发热量,使塑料熔融,使用粘结剂使其固形化的方式。现在,混入石灰等的方式已成为主流,混合石灰,可以抑制有害气体的发生,燃烧时可除去氯。由于燃烧情况有差异,会产生HCl(氯化氢),所以要有除去HCl的排气处理设备,该公司正在运行的实证设备规模及处理废弃物对象如下:实证设备处理量:3t/d(运转时间6~10h/d);废弃物处理对象:生活垃圾类(以可燃垃圾为对象);生活垃圾类(除去水分的物质)、纸屑、木片灰、草类、落叶等;塑料垃圾类:将不燃烧的塑料、薄的乙烯树脂类(板玻璃、花盒等)垃圾进行破碎分选。处理生活垃圾类和塑料垃圾类可交替运行。主要机器:干燥机500kg/h、预热反应机100kg/h、成形机1000kg/h。生产过程如下:垃圾直接投入料斗,用供给传递机投入破碎机,破碎机使用低速双轴遮断式,刃厚3.5mm,进行剪切。破碎机也兼做破袋机,破碎后用永磁传送带式磁选机除去铁成分后,在干燥机使水分减到5%以下(干燥机用卧式炉),为优质的固体成形物,如果水分在10%以上,水蒸气从成形机喷咀吹出,成为不能成形的散乱状态,所以在投入干燥机前和干燥后出口要安装连续式水分计,掌握垃圾的水分状态。干燥热源为煤油,可发生热风和脱臭,干燥后的臭气用强循环排气方式,导入750~800℃的燃烧带,进行高温脱臭后,通过热交换口排至屋外。用于干燥机的热风温度为300~400℃,