CN103436320B - 以高湿生活垃圾为原料制备衍生燃料的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以高湿生活垃圾为原料制备衍生燃料的工艺方法，其以生活垃圾为主要成分，无需经过人工分选、预先脱水和预先烘烤这三个工序，而是采用逐级逐步将其破碎至粉末状，按顺序添加一定比例的添加剂，通过精破搅拌干燥一体机边精细破碎边搅拌、边烘烤，然后在30-50℃混入小苏打挤压成型，最后输送至低温干燥机进行烘烤，因烘烤过程释放出二氧化碳气体而形成许多小孔，提高了烘烤效率且使燃料更疏松，燃烧时更加充分，实现了生产过程节能和零排放的目标。
Description
技术领域
本发明涉及生活垃圾的处理方法，具体是一种无需预先脱水或预先烘烤、直接利用高湿生活垃圾为原料制备衍生燃料的工艺。
背景技术
用生活垃圾制备成衍生燃料的工艺过程，国内外已有很多的研究，但鲜见有实现工艺过程产业化者。究其原因，主要是无法逾越以下几个公认的“高能耗”难题。
1、现有的用生活垃圾制备衍生燃料工艺，大多数都是采用“干成型”。即成型前垃圾必须经过脱水或专门的烘干工序。那么这就面临以下两个主要问题：
(1) 问题一：垃圾脱水后产生的污水量大，处理成本高。国内外许多科研院所、企业在研究利用生活垃圾制造衍生燃料工艺过程中（国外称为RDF），大多数都有脱水工序。生活垃圾的含水率一般在45%~70%左右，如果是雨水较多的季节占比会更高。按人均产生生活垃圾1.25kg/天计算，一个50万人口的城市每天产生生活垃圾量达625吨。假设脱水后垃圾含水率为20%~25%，那么仅仅是垃圾脱水，每天产生的污水量就达180~300吨，又形成另一个更可怕的污染源。这无疑加重的污水处理厂的负担，同时也大大增加了垃圾处理的成本。
(2) 问题二：对生活垃圾直接烘烤工序能耗过高，大大提高了处理过程的运营成本。很多基于生活垃圾制备衍生燃料的工艺过程涉及了生活垃圾直接烘烤工序。实际生产中，由于生活垃圾的组成非常复杂，烘烤时都面临一个尴尬的局面，易燃物已经燃烧了，但含水量大的生活垃圾水分蒸发还远远不够。将生活垃圾破碎后再烘烤会明显改变这一现象，但效果仍然有限。将1公斤水变成水蒸汽，需要耗电量是1度。生活垃圾含水量一般在45%~70%左右，假定最后的衍生燃料含水量降至15%以下才适合燃烧。按每天处理150吨的生活垃圾处理生产线计算，如果将生活垃圾含水量降至15%~20%左右，则需要耗电量将近4.5万度。使用自然风干或阳光晒干这些方式的生产周期长，要实现大批量处理生活垃圾，基本上没有可操作性。
2、有些发明采用了先将垃圾粘合成燃料再烘烤的工艺，但是也难以实现产业化。主要是因为：
(1) 垃圾破碎后颗粒度不够细，成型效率不高，能耗过高。将生活垃圾粉碎至2mm以下，并添加适当的粘合剂混合，是很容易制成衍生燃料的。目前将生活垃圾粉碎至粉末状的方法有研磨、挤压、反复破碎，要达到2mm以下这个粉碎效果，所用的机器每小时耗电都在30度以上且其处理能力小于1吨/小时。仅此一项能耗就非常高，致使大批量处理生活垃圾基本上不可行。
(2) 生产流程过长，工艺复杂，无法实现当天收集的生活垃圾当天处理。
综上分析，现有技术大多存在工艺流程长且复杂、生产周期长，成本高，能耗高，生产率低，生产过程有废水、废气排放等显而易见的弱点，生产过程无法达到“零排放”的环保要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提出了一种无需预先脱水或预先烘烤、直接利用高湿生活垃圾为原料制备衍生燃料的工艺，是一种节能高效的产业化制备工艺。
实现本发明目的的技术方案是：
一种以高湿生活垃圾为原料制备衍生燃料的工艺，包括以下工序：
（1） 抓破及磁选工序：用破碎机将袋装的生活垃圾进行破袋，拆分；同时将大块石头、砖块、玻璃进行挤裂、破碎；金属经磁选出后，垃圾输送至筛土工序。
（2） 筛土工序：用滚筒筛将挤碎的石头、砖块、玻璃筛选出去，其余的筛上物输送至粗破及磁选工序。
（3） 粗破及磁选工序：用破碎机将上工序送来的生活垃圾进行粗级破碎，磁选后输送至中破及磁选工序；经本工序破碎后，90%的生活垃圾的长和宽小于50mm×120mm。
（4） 中破及磁选工序：用破碎机将上工序送来的生活垃圾进行中级破碎，磁选后输送至细破工序；经本工序破碎后，90%的生活垃圾的长和宽小于30mm×50mm。
（5） 细破工序：用破碎机将上工序送来的生活垃圾进行细级破碎；经本工序破碎后，90%的生活垃圾的长和宽小于15mm×10mm。
（6） 精破、搅拌、干燥工序：将细破工序输送来的生活垃圾，与通过定量给料机按来料重量的25%~30%配送干燥粉末状的添加剂1同时送至精破搅拌干燥一体机，进行精细破碎、充分混合，干燥；
所述添加剂1按重量百分比计为： 3%~6%的氯化亚铁、1.5%~3%的氯酸钾、1.5%~3%的高氯酸钾、1.5%~3%的硝酸钾、1.5%~3%的碳酸钠、36%~48%的焦煤粉、30%~45%的腐殖酸，按总量100%混合而成；
启用精破搅拌干燥一体机的温度控制功能，对垃圾进行加热烘烤，同时进行精细破碎、充分搅拌，使添加剂1均匀拌入到生活垃圾中。需要保证烘烤温度在100-200℃以避免形成二恶英。经本工序精破碎后，90%的生活垃圾的长和宽小于5mm×5mm。
（7） 二次精破、搅拌、干燥工序：将上工序送来的生活垃圾通过20-30米的长距离输送，让更多的水份在余热的作用下自然蒸发，送入本工序的精破搅拌干燥一体机，通过定量给料机按来料重量的1%~3%在线连续喷入浓度为5%~8%的NaOH溶液；在机内搅拌，与腐殖酸充分混合，发生化学反应，形成粘结剂，利于衍生燃料的成型；
启用一体机的温度控制功能，对垃圾加热烘烤，在降低垃圾含水率的同时加快化学反应的速度。需要保证干燥温度在100-200℃以避免产生二恶英；
此工序中发生一系列化学反应，主要有：
HA-CO-OH + NaOH → HA-CO-ONa
OH-HA-CO-OH + NaOH → NaO-HA-CO-ONa。
（8）精破、搅拌及成型工序：将上工序送来的生活垃圾通过20-30米的长距离输送，让更多的水分在余热的作用下自然蒸发，通过定量给料机按来料重量的3%~5%配送添加剂2至精破搅拌及成型一体机成型；
所述添加剂2按重量百分比计为：5~10%小苏打、90~95%工业盐，按总量100%混合而成；
在成型过程中，控制成型一体机工作温度在30-50℃，以避免小苏打释放二氧化碳而影响成型。本工序所用的成型一体机功率为37-55KW，产能为6~8T/H。
（9）低温干燥工序：将上工序的成型燃料输送至温度在80℃~180℃的低温干燥机内烘烤50-70分钟，即完成衍生燃料的制备工艺过程。本工序所用低温干燥机，功率为180-220KW，产能为6~8T/H。干燥产生的水蒸汽通过烟气净化装置进行过滤处理，达标后排放到大气中。
合成后的衍生燃料热值在3800~4500大卡。
所述添加剂2中的小苏打释放二氧化碳而在成型燃料表面、内部形成许多致密小孔，加快了水分散失且利于衍生燃料的燃烧。低温干燥后使其含水率快速降至30%以下，保证其在运输或堆放过程中不会散、碎即可。
所述工序（1）、（3）、（4）、（5）采用转速为20-35r/min的低速对滚剪切式破碎机。
本发明的显著优点在于：
1. 经实践证明，高速破碎机对刀具材料的要求高，且刀具容易损坏。本发明的抓破及粗、中、细破工序都是选用转速为20-35r/min的低速对滚剪切式破碎机破碎，不会发生垃圾缠绕、堵塞现象，有效地保护破碎刀具，使其使用寿命大大地延长，降低了生产成本。
2. 采用多级破碎、多次磁选，既提高了生产率又极大地保护了机器，保证生产连续、正常地进行。
3. 精破、搅拌、干燥三个工序有机复合在一起，既节约了生产占地面积和生产时间，提高了生产率。利用精破、搅拌过程摩擦生热这一现象，再通过加热措施进一步提高精破搅拌成型一体机的工作温度，对生活垃圾进行烘烤，让其在长距离输送过程中自然蒸发了部分水分，在添加剂1物理吸水的基础上又进一步降低了生活垃圾含水率，达到了节能目的。
4. 第二次精破、搅拌、干燥工序，除了进一步将生产垃圾破碎至粉末状、降低含水率外，还为粘结剂的形成创造了条件，为成型工序作了准备。添加剂不用预先合成。采用物理吸水，边搅拌破碎边发生化学反应形成粘结剂。由于不用购买粘结剂而是购买粘结剂的原料，降低了生产成本。
5. 精细破碎后生活垃圾的颗粒接近粉末状，减少了添加剂的用量，提高了成型效率，降低了生产成本。
6. 整个工艺过程无需预先对高湿的生活垃圾原料进行脱水处理或烘烤处理，彻底解决衍生燃料制备过程中能耗过高、对环境污染大或产生二次污染的问题，真正实现了生产过程无废水、废气排放的目标。
7. 成型时加入了小苏打，在低温干燥时由于小苏打分解放出二氧化碳气体而形成许多小孔，干燥效率大大提高，达到了节能目的。由于成型燃料有许多小孔，燃烧效果更佳。
8. 烘烤费用低廉。使用低温干燥机进行成品连续干燥，每小时干燥量达6~8吨，每小时耗电180KW~220KW，成品干燥费用小于35元/吨。干燥过程中因小苏打分解释放二氧化碳，加快了水分散失且利于衍生燃料的燃烧。
9. 整个生产工艺过程简单、高效。从原料进入生产线到生产出产品，整个过程不到2个小时，实现生活垃圾当天收集即可完成当天处理的目标。
10. 成煤率高，经济效益明显。经生产实践证明，一条日处理200吨生活垃圾的生产线，按成煤率为60%，参照目前煤炭市场价格600元/吨计算，年销售收入达到2600万元左右，保证了生活垃圾处理企业盈利经营。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
一种以高湿生活垃圾为原料制备衍生燃料的工艺，包括以下工序：
(1)抓破及磁选工序：用破碎机将袋装的生活垃圾进行破袋，拆分；同时将大块石头、砖块、玻璃进行挤裂、破碎；金属经磁选出后，垃圾输送至筛土工序。
抓破机选用美国SSI公司的SSI-M100E型破碎机。其转速为26r/min；破碎刀具厚度是50mm。破碎能力是25T/H。磁选机选用山东潍坊恒基磁电机械有限公司的RCYD-8特强T3型，其磁场强度≥1500高斯。由皮带输送至下一工序。
(2)筛土工序：用滚筒筛将挤碎的石头、砖块、玻璃筛选出去，其余的筛上物输送至粗破及磁选工序。
滚筒筛选用河南巩义市华盛铭重工机械厂生产的GTS1550型，电机功率是11KW，筒体转速是17r/min，筛网的孔径是60mm。
(3)粗破及磁选工序：用破碎机将上工序送来的生活垃圾进行粗级破碎，磁选后输送至中破及磁选工序；经本工序破碎后，90%的生活垃圾的长和宽小于50mm×120mm。
粗破机选用美国SSI公司的SSI-M85E型破碎机。其转速为26r/min；破碎刀具厚度是50mm。破碎能力是25T/H。磁选机选用山东潍坊恒基磁电机械有限公司的RCYD-8特强T2型，其磁场强度≥1200高斯。
(4)中破及磁选工序：用破碎机将上工序送来的生活垃圾进行中级破碎，磁选后输送至细破工序；经本工序破碎后，90%的生活垃圾的长和宽小于30mm×50mm。
中破机选用美国SSI公司的SSI-M85E型破碎机。其转速为26r/min；破碎刀具厚度是30mm。破碎能力是25T/H。磁选机选用山东潍坊恒基磁电机械有限公司的RCYD-8特强T1型，其磁场强度≥900高斯。
(5)细破工序：用破碎机将上工序送来的生活垃圾进行细级破碎；经本工序破碎后，90%的生活垃圾的长和宽小于15mm×10mm。
细破机选用美国SSI公司的SSI-M70E型破碎机。其转速为26r/min；破碎刀具厚度是15mm。破碎能力是20T/H。
(6)精破、搅拌、干燥工序：将细破工序输送来的生活垃圾，与通过定量给料机按来料重量的25%~30%配送干燥粉末状的添加剂1同时送至精破搅拌干燥一体机，进行精细破碎、充分混合，干燥。
所述添加剂1按重量百分比计为： 3%~6%的氯化亚铁、1.5%~3%的氯酸钾、1.5%~3%的高氯酸钾、1.5%~3%的硝酸钾、1.5%~3%的碳酸钠、36%~48%的焦煤粉、30%~45%的腐殖酸，按总量100%混合而成。
精破、搅拌、干燥工序采用自主研发的精破、搅拌、干燥一体机JJC250型机器，转速为27r/min，破碎能力是10T/H。采用两台并行工作。
启用精破搅拌干燥一体机的温度控制功能，对垃圾进行加热烘烤，同时进行精细破碎、充分搅拌，使添加剂1均匀拌入到生活垃圾中。需要保证烘烤温度在100-200℃以避免形成二恶英。经本工序精破碎后，90%的生活垃圾的长和宽小于5mm×5mm。
(7)二次精破、搅拌、干燥工序：将上工序送来的生活垃圾通过20-30米的长距离输送，让更多的水份在余热的作用下自然蒸发，送入本工序的精破、搅拌、干燥一体机。
在二次精破搅拌过程中通过定量给料机按来料重量的1%~3%在线连续喷入浓度为5%~8%的NaOH溶液；在机内搅拌，与腐殖酸充分混合，发生化学反应，形成粘结剂，利于衍生燃料的成型。
二次精破、搅拌、干燥工序采用自主研发的精破搅拌干燥一体机JJC250型机器，转速为27r/min，破碎能力是10T/H。采用两台并行工作。
启用一体机的温度控制功能，对垃圾加热烘烤，在降低垃圾含水率的同时加快化学反应的速度。需要保证干燥温度在100-200℃以避免产生二恶英。
此工序中发生一系列化学反应，主要有：
HA-CO-OH + NaOH → HA-CO-ONa
OH-HA-CO-OH + NaOH → NaO-HA-CO-ONa。
(8)精破、搅拌、成型工序：将上工序送来的生活垃圾通过20-30米的长距离输送，让更多的水分在余热的作用下自然蒸发，通过定量给料机按来料重量的3%~5%配送添加剂2至精破搅拌及成型一体机成型。
所述添加剂2按重量百分比计为：5~10%小苏打、90~95%工业盐，按总量100%混合而成。
成型工序采用自主研发的精破、搅拌、成型一体机JJC200型机器，转速为32r/min，成型能力是6~8T/H。采用两台并行工作。
在成型过程中，控制成型一体机工作温度在30-50℃，以避免小苏打释放二氧化碳而影响成型。本工序所用的成型一体机功率为37-55KW，产能为6~8T/H。
(9)低温干燥工序：将上工序的成型燃料输送至温度在80℃~180℃的低温干燥机内烘烤50-70分钟，即完成衍生燃料的制备工艺过程。合成后的衍生燃料热值在3800~4500大卡。低温干燥工序采用自主研发的DWHK200型（专利号为ZL2013 2 0077142.9）机器，烘烤能力是6~8T/H。烟气净化装置采用JFE公司的小型烟气净化装置（该产品排放标准达到欧洲标准）。
Claims (1)
1.一种以高湿生活垃圾为原料制备衍生燃料的工艺，其特征在于包括以下工序：
（1）抓破及磁选工序：采用对滚剪切式破碎机将袋装的生活垃圾进行破袋，拆分；同时将大块石头、砖块、玻璃进行挤裂、破碎；金属经磁选出后，垃圾输送至筛土工序；
（2）筛土工序：用滚筒筛将挤碎的石头、砖块、玻璃筛选出去，其余的筛上物输送至粗破及磁选工序；
（3）粗破及磁选工序：采用对滚剪切式破碎机将上工序送来的生活垃圾进行粗级破碎，磁选后输送至中破及磁选工序；
（4）中破及磁选工序：采用对滚剪切式破碎机将上工序送来的生活垃圾进行中级破碎，磁选后输送至细破工序；
（5）细破工序：采用对滚剪切式破碎机将上工序送来的生活垃圾进行细级破碎；
（6）精破、搅拌、干燥工序：将细破工序输送来的生活垃圾，与通过定量给料机按来料重量的25%~30%配送干燥粉末状的添加剂1同时送至精破搅拌干燥一体机，进行精细破碎、充分混合，干燥；
干燥温度为100-200℃；
所述添加剂1按重量百分比计为： 3%~6%的氯化亚铁、1.5%~3%的氯酸钾、1.5%~3%的高氯酸钾、1.5%~3%的硝酸钾、1.5%~3%的碳酸钠、36%~48%的焦煤粉、30%~45%的腐殖酸，按总量100%混合而成；
（7）二次精破、搅拌、干燥工序：将上工序送来的生活垃圾通过20-30米的长距离输送，送入本工序的精破搅拌干燥一体机，通过定量给料机按来料重量的1%~3%在线连续喷入浓度为5%~8%的NaOH溶液；
干燥温度为100-200℃；
（8）精破、搅拌、成型工序：将上工序送来的生活垃圾通过20-30米的长距离输送，通过定量给料机按来料重量的3%~5%配送添加剂2至精破搅拌成型一体机成型；
成型温度为30-50℃；
所述添加剂2按重量百分比计为：5~10%小苏打、90~95%工业盐，按总量100%混合而成；
（9）低温干燥工序：将上工序的成型燃料输送至温度为80-180℃的低温干燥机内干燥50-70分钟，即完成衍生燃料的制备工艺过程。
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