生活垃圾可燃组分的分选及干基制备工艺研究

2019-06-17王健

中国环保产业 2019年5期

王健

（南通理工学院，江苏南通 226002）

引言

我国与大多数发展中国家一样，用于焚烧制能的生活垃圾，主要来源是未经分选处理的原生垃圾，存在“灰分高、含水量高、有害物质排放量高、产热量低”等问题，严重制约了垃圾焚烧的产能效益。由于缺少相应的预处理措施，许多垃圾焚烧厂对无机物、高碳酸钙物、金属等一类不具焚烧价值的物质，仍采用传统的机选和人工分选方法[1]，不仅用工多，劳动环境差，且分选效果差，因此迫切需要更高效的生活垃圾焚烧发电预处理工艺。

垃圾的可燃组分分选与干基制备工艺是一个全新的生活垃圾焚烧发电预处理工艺，通过该工艺可达到两个目的：1）清除不可焚烧垃圾，保留可燃垃圾，提高单位体积垃圾热值，减少焚烧总量，减少有害物质排放；2）使可燃垃圾以干基形态进入垃圾焚烧炉，易着火，节省助燃剂，减少焚烧时间和烟气排放。

1 应用密度分选清除生活垃圾中不可焚烧物质

1.1 生活垃圾的密度与可燃性的关系

生活垃圾构成复杂，根据与水密度（水的密度为1000g/cm3）的比较，可将生活垃圾分为三类，一类属高密度物质，二类是中等密度物质，三类是低密度物质。研究发现，不同密度的垃圾与可燃性存在较大的关联，生活垃圾中的煤渣、灰土、沙石、砖瓦、玻璃、陶瓷等一类无机物，贝壳、螺壳、蛋壳、骨骼等一类高碳酸钙物以及金属等，都比水的密度要高很多，属于高密度物质，同时它们也是生活垃圾中的不可燃组分，也是主要的灰分源；橡胶、塑料、皮革、竹木、纸张等的密度比水小，属于低密度物质；厨余垃圾中除可溶解于水的盐、糖、食用碱以外，绝大多数物质的密度都与水的密度接近，属于中等密度物质，中等密度和低密度的物质几乎都是生活垃圾中的可燃组分，灰分含量亦较低，其中橡胶、塑料是高分子化合物，其“干基”热值为32～44MJ/kg；皮革、竹木、纸张的“干基”热值也达到12MJ/kg以上；厨余中的植物根茎、皮叶果壳及一些主副食品的“干基”热值也能达到垃圾正常焚烧所需要的4.18MJ/kg的低位发热量[2]。

对于上述密度不同的三大类物质，将它们放入水溶液中，由于水的流动性，给物质的迁移流动创造了条件，又因为水溶液的密度值介于高密度和低密度物质之间，因此水溶液是十分理想的分选介质。通过密度分选，可有效去除生活垃圾中不能燃烧的物质，保留高热值物质。

1.2 生活垃圾密度分选工艺及设施

密度分选是生活垃圾预处理的前道工序，由进料、破袋、搅拌、分选、分类收集、分选液配置及回流净化处理等工艺环节及相应设备组成，如图1所示。

图1 密度分选工艺系统

密度分选的主要设施包括生活垃圾入口、破袋机、分选仓、搅拌机等。分选仓内储有水溶液，分选仓内有刮板及其运行轨道、不可燃物质收集区、可燃物质收集区，在两个收集区均有集料斗和集料斗上下运行轨道。

分选液回流净化处理设施包括回流净化处理池、分选液配置装置（图1中未画出），保障分选液处理后可循环使用。由于分选液配置和净化需要一定的时间，为提高密度分选工艺系统的效率，共配有两个分选液回流净化处理池，一个配置、净化分选液并储存已经处理好的分选液，一个空置准备接受需要处理的分选液，当分选仓中的分选液不符合要求时，直接排入空置的分选液回流净化处理池进行处理，这样两个分选液回流净化处理池轮流配置、净化分选液。

分选仓采用直立、长方体形设计，为了确保生活垃圾有充分的分选空间，其容积至少为处理垃圾体积的6倍，液面高度根据处理的垃圾量确定。分选液回流净化池建在分选仓侧面或下方。分选仓垃圾入口位于分选仓边缘，破袋机位于垃圾入口下方，破袋机轴安装在分选仓左右壁上，破袋机轴上焊有“△”形的固定刀具，破袋机轴旋转后，刀具对垃圾进行切割、撕扯、挤压，实现垃圾破袋（包括塑料容器等）、分散的作用。垃圾进入分选液后，设置在分选仓上部中心的搅拌机开始工作，搅拌机的叶片浸入分选液的深度为分选液深度的1/4～1/3，经过搅拌，垃圾一边分布到整个液面，一边开始充分分层分选[3]。分选仓底部左右两侧各开有出料口，垃圾分选结束，刮板自右向左移动（分选前刮板在分选仓最右侧），推动沉淀在分选仓底部的不可燃垃圾从出料口排出，落入集料斗，集料斗立即沿轨道上行到液面上方滤水（待滤水结束后把不可燃垃圾倒入垃圾转运车），接着打开排水阀1或2，分选液排入分选液回流净化处理池1或2，分选液排空后，中、低密度的可燃烧垃圾落到池底及集料斗中，然后刮板自左向右推动可燃垃圾全部落入集料斗中，可燃垃圾滤水后进入压榨处理工序。关闭排水阀，打开潜水泵，分选液从上行管道进入分选仓，准备下次分选使用。

密度分选的配套设施有高架运输通道（图2），通过高架运输通道的垃圾运输车辆可将所载垃圾经由高架通道过磅称重后，从设置在道面的垃圾入口直接卸入通道下方的分选仓中，这样利用高低位差和垃圾重力，可以方便高效地使生活垃圾进入预处理程序，不用在焚烧厂区内设置垃圾的存放场地，省去了起吊装卸和输送机械，节约了处理成本，实现了生活垃圾在相对密闭化的环境下清洁化处理。

1.3 生活垃圾密度分选实验

为实验准备的主体设备是用玻璃制作的水池，作为分选仓，其高度为2.25m、长度为0.55m、宽度为0.3m、容积0.37m3，其为直立式长方体，底部开有排水孔。

图2 高架运输通道示意图

实验开始后，将配置好的分选液注入分选仓，使之达到2m高度的液面线，再将15kg原生垃圾徐徐倒入运转的破袋机，垃圾袋立即被撕扯开，袋内打饼结块的垃圾得到破碎并充分松散开后落入分选水池，在人力搅拌下分选液产生流动，分选液流中的垃圾按密度差异开始了“↓→”分离，高密度物质受到液流的影响很小，迅速下沉；低密度、中低密度物质随液流移动，纸张、厨余、纤维类织物吸入水分后出现下沉，并最终悬浮在分选液中，橡塑、皮革、木材等吸水性差的物质仍然浮在液面。搅拌3分钟后，静置10分钟整个分选过程基本完成，针对弥漫在分选液中的泥沙颗粒，向分选仓中注入约4kg浓度为15%的石灰液作为絮凝剂，10分钟后水中悬浮泥沙沉降下去，池内界面变得清澈，分选结束后，捞取浮在水面和悬在水中的低、中密度垃圾并进行人工分拣，找出夹杂其中密度分选时漏选的高密度物质。下表是3次实验数据（原生垃圾15kg）。

实验表明某市夏季原生生活垃圾分选后高密度物质约占原生垃圾总质量的8.3%，其余为低密度、中密度可燃物及水分，通过密度分选高密度不可燃物质选出率约为91.6%。

密度分选高密度物质选出率数据表

2 应用压榨和垃圾焚烧余热干燥形成干基垃圾

生活垃圾中的水分一般占生活垃圾总量的40%～50%，密度分选后经滤水的可燃垃圾含水率（实验方法：《木材含水率测定方法》（GB/T 1931—2009）干燥法，下同）比密度分选前高8%～12%，增加的含水率主要为体表水，其余为吸附水（毛细管内的水分）、结合水（碳水化合物中的水分）、腐生水等，这些水有的通过机械压榨可以清除，有的则需要通过加温干燥才能去除。

干燥除水工艺是生活垃圾预处理的后道工序，包括机械压榨除水（一次除水）和利用焚烧垃圾产生的高温烟气或余热锅炉尾气作为热源对压榨后的可燃物质的二次除水。压榨除水的压机，仓容量大、压缩比高、密闭性好，能连续工作，配备有排水管、排水口、自动进出料等装置，压榨产生的废水（渗滤液）流入分选液回流净化处理池，压榨后的垃圾进入烘干流程。

烘干主要是除去深藏于垃圾物组织内部的水分。烘干设施为热风循环式烘房，采用隧道式设计，其前端连接着压缩机的出料口，终端与垃圾焚烧炉的进料口相连，将高温烟气导入烘房，块体垃圾在隧道内沿轨道缓缓前行，为提高干燥速率，垃圾块压制成中间带孔类似蜂窝煤状，隧道长度随处理量和干燥速率而定。高温烟气进入烘房后，通过热交换设备，将热能传递给垃圾块体，将块体垃圾中的水分转变为水蒸汽，从烘房前端的排湿口排出，经冷凝器冷凝后再还原为水经下水道流入分选液回流净化处理池。生活垃圾经过干燥预热处理，降低了含水量、提高了垃圾的入炉温度，容易着火，减少助燃剂的使用量。