CN112355017A - 一种湿垃圾制备rdf的方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了利用湿垃圾制备RDF的方法及其设备，属于城市固废处理领域。将收集到的湿垃圾经过除铁、撕碎、粉碎后，湿垃圾变成0∽10mm的小颗粒，粉碎好的湿垃圾送入螺旋压榨机进行机械脱水，压榨后湿垃圾的含水率50∽70wt%，压榨脱水后的湿垃圾进入MVR热泵干化系统干燥到含水率20∽25wt%，干燥后的垃圾粉末在造粒机中挤压成RDF，RDF成品储存在料斗中，干燥过程中产生的微量不凝气体、压榨和冷凝污水经过净化后达标排放。全部设备撬装或组装成车载可移动式，成本低廉，经济实用。采用MVR热泵间接干化模式，产生的不凝气体极少，环保性能优越。

Description

一种湿垃圾制备RDF的方法及其设备

技术领域

本发明属于城市固废处理领域，具体涉及一种湿垃圾制备RDF（垃圾衍生燃料）的方法及其设备。

背景技术

随着人口的自然增长和经济的持续发展，作为主要能源来源的化石燃料却在迅速地减少，导致我国乃至世界都存在长期而巨大的能源供应压力。湿垃圾是指易腐的生物质废弃物。主要包括居民生活中产生的食物残余、食物加工废料，农贸市场产生的蔬菜、瓜果垃圾、腐肉、碎骨、蛋壳、禽畜内脏等易腐烂垃圾。通常所说的厨余垃圾也是湿垃圾。厨余垃圾是指家庭、宾馆、饭店以及机关企事业等饮食单位抛弃的剩余饭菜的通称，包括丢弃不用的菜叶、果皮、蛋壳、包装材料等。随着人们生活水平的提高，厨余垃圾的产量不断增长。依据《2017-2022年我国厨余垃圾处理领域发展趋势预测分析与投资战略发展规划数据分析报告》，2015年我国厨余垃圾造成量达8000多万吨，每日生产量达23万吨/日，其中城市厨余垃圾造成量为6000多万吨。

与其他垃圾相比，湿垃圾具有含水率、有机物量、油脂及含盐量高，易腐败等特点。湿垃圾在储放、整理、装运及垃圾填埋流程中，因为其水分和有机物成分较高，易于发酵、变质、腐烂，不仅产生大量毒素，散发恶臭气体，还污染水体和大气，严重影响居住环境，而且容易滋长病原微生物、霉菌毒素等有害物质，对人们的身体健康存在潜在的威胁。

早期，厨余垃圾饲料化处理曾被认为是资源化处置的良好方式，因厨余垃圾中含有丰富的淀粉、纤维素、蛋白质、脂类及无机盐，可将其脱水后制成蛋白饲料。但这种方式很容易将人群中的疫病通过厨余传染给畜禽，而且还可能通过禽畜体内毒素、有害物质积累的食物链再对人体健康带来危害，由此造成人畜之间疫病的交叉感染。特别是近年来，口蹄疫、禽流感、疯牛病等疫病的流行提高了人们对饲料安全的重视。因此，这种传统的处理方式已经不能满足目前人们对健康、环境和卫生的要求。

目前，我国湿垃圾处理通常采用3种方法：垃圾填埋、集中焚烧和发酵处理。但因为湿垃圾的水份成分通常高达90%及以上，热值仅为2200～3200KJ/kg，不仅无法符合焚烧发电的热值标准（即5000kJ/kg及以上），反倒可能导致垃圾焚烧炉焚烧不充分而造成有机废气，直接采取集中焚烧处理，明显并不适当。

湿垃圾填埋法具有简单，投资少的特点，由于中国的消费饮食传统，湿垃圾中主要为水分，此外湿垃圾中的盐分含量也普遍偏高。如果不加分类的将水分含量如此高的湿垃圾与其它垃圾直接混合填埋，这些垃圾将会在高压和微生物的作用下自动形成渗滤液，渗滤液中的物质不易降解，而且含有害性的致病物质。这些含有致病物质的渗滤液一旦进入水土植被或者流入河流之中，将直接造成二次污染。同时，湿垃圾掩埋后，可能释放出易燃易爆气体，比如沼气，从而容易引发爆炸，将造成严重后果。

厌氧发酵是近年来兴起的一种处理方式，处理过程包括水解、产酸及产甲烷三个阶段。厌氧发酵具有显著优势：无害化程度高，且具有高的有机复合承担能力；有机质利用充分，其在实现垃圾资源化的同时，最大化的回收厨余垃圾中的油脂，符合国家能源政策。但我国湿垃圾种类繁杂，除了食物之外，还经常混杂玻璃杯、筷子、塑料袋、易拉罐食品包装等各种杂质，厌氧发酵对湿垃圾分类要求高，运输存贮难度大，同时发酵后产生的碴浆量大，市场资源化利用难度较大。

发明内容

本发明针对现有技术的湿垃圾运输、储存困难，处置不当环境污染严重的难题，提供一种湿垃圾制备RDF的方法和设备。

本发明方法从源头上解决，将从各社区收集的湿垃圾在垃圾中转站就地破碎、脱水、干化，压制成RDF储存，由密封车集中送至火电厂、生物质电厂、垃圾焚烧发电厂、水泥炉窑等作为燃料发电、供热。

为实现上述目的，本发明所提供的湿垃圾制备RDF的方法，是将收集到的湿垃圾经过除铁、撕碎、粉碎后，湿垃圾变成0∽10mm的小颗粒，粉碎好的湿垃圾送入螺旋压榨机进行机械脱水，压榨后湿垃圾的含水率50∽70wt%，压榨脱水后的湿垃圾进入MVR热泵干化系统干燥到含水率20∽25wt%，干燥后的垃圾粉末在造粒机中挤压成RDF，RDF成品储存在料斗中，干燥过程中产生的微量不凝气体、压榨和冷凝污水经过净化后达标排放。

进一步地，在上述方法中将收集的湿垃圾在送入撕碎机料斗前进行除铁，除铁后的湿垃圾在撕碎机中初级破碎，撕碎机出口物料粒径100~300mm。初步破碎的物料送入下一级粉碎机，粉碎成粒径0~10mm湿垃圾粉末。一方面可以有效地提高压榨机的脱水率，另一方面便于造粒成型。

更进一步地，在将粉碎成0~10mm湿垃圾粉末送入螺旋压榨机，在螺旋压榨机内将含水率75~90wt%的湿垃圾压榨至含水率55~65wt%。通过压榨脱水减少干化的热量消耗，提高整个工艺系统的经济效益。

所述MVR热泵干化系统的烘干机产生的二次新蒸汽出口与蒸汽压缩机进口端相连，蒸汽发生器出口端与蒸汽压缩机蒸汽进口端相连，蒸汽发生器用于整个MVR热泵干化系统的启动和运行过程中，当二次新生蒸汽量不够时，对MVR系统补充新蒸汽，确保整个干化系统的稳定运行。蒸汽压缩机出口端与烘干机热介质进口端相连。

再进一步地，所述MVR热泵干化系统设备的烘干机冷凝介质侧出口端与换热器进口端相连，冷凝介质将蒸发器给水加热，冷却降温后外排，回收冷凝介质部分显热，降低蒸汽发生器外供能量消耗；冷凝介质中夹杂的少量不凝气体从换热器上部出口端进入气体净化塔，经风机达标排放。

维持烘干机设备内压力85KPa∽101.3KPa,烘干机中物料液态水的饱和蒸发温度94.8℃∽99.63℃，维持烘干机内负压的目的是降低被干化物料中液态水的饱和蒸发温度，提高水的汽化速度。

为了保证烘干机物料侧与干化介质侧温差大于10℃，且提高烘干机的传热效果，保证烘干机的干化出力，蒸汽压缩机的压缩比控制在1.4∽1.8,MVR热泵干化系统的COP和SMER最佳，干化能耗最低。

为实现上述方法而设计的利用湿垃圾制备RDF的设备，由给料机、电磁除铁器、称重机、撕碎机、粉碎机、螺旋压榨机、烘干机、蒸汽压缩机、蒸汽发生器、换热器、不凝气净化塔、污水处理器、排气风机、造粒机、料斗组成，在给料机上设置有电磁除铁器和称重机；给料机出料口与撕碎机进料口相连，撕碎机出料口与粉碎机的进料口相连，粉碎机出料口与螺旋压榨机进料口相连，螺旋压榨机出料口与烘干机进料入口相连，螺旋压榨机脱水排出口与污水处理器相连，污水处理器排水口将处理达标后污水排入城市污水管网；烘干机设置排气口通过管道与蒸汽压缩机进气口相连，蒸汽压缩机排气口通过管道与烘干机的蒸汽进口相连，烘干机出料口与造粒机相连，烘干机的冷凝水出口通过管道与换热器冷凝水进口相连；换热器冷凝水出口通过管道与污水处理器的进水管相连，换热器新鲜水进口与自来水管网相连，新鲜水出口通过管道与蒸汽发生器的进水口相连，蒸汽发生器的蒸汽出口通过管道与蒸汽压缩机的进气口相连，造粒机产品出口与料斗相连；换热器不凝气出口与不凝气净化塔相连；所述不凝气净化塔不凝气出口与排气风机相连，不凝气净化塔污水排出口与污水处理器相连。

所述收集的湿垃圾在倒装、称重后进行除铁，除铁后送入撕碎机，所述撕碎机物料出口与粉碎机的输入端相连，所述粉碎机的输出端与螺旋压榨机的输入端相连，并保证压榨机出料口可靠密封，所述压榨机出水口与污水处理设备进水口相连，压榨机物料出口与MVR热泵干化系统设备的烘干机进口端相连，且两设备连接处可靠密封。

进一步地，所述MVR热泵干化系统设备烘干机的物料出口端与造粒机进口相连，且两设备连接处可靠密封。造粒机出口与料斗进口端相连。

与常规的制备RDF方法和设备相比，本发明具有如下几方面的优点：

其一，采用MVR热泵干化系统，利用烘干机产生的二次新蒸汽潜热作为干燥主要的热量来源，减少了外部能量的输入，节能效果好。采用低温负压干燥，蒸发速度快；干燥温度低，产生的不凝气体少，尾气处理设备投资少、处理运行成本低，排放气量非常少。

其二，湿垃圾干化前预处理仅经过撕碎、粉碎、螺旋压榨脱水工序，工序简捷，设备成熟，国产化程度高，故障率低。湿垃圾压榨、干化、造粒过程中不需要添加任何化学试剂和粘结剂，环保性好，运行成本低。

其三，采用间接加热方式，干燥介质与干燥物料不直接接触，利用二次新蒸汽的潜热作为干燥热源，热容量大，每公斤蒸汽冷凝释放的潜热约2400kj/kg，远远大于显热可能释放的热量，因此，与直接干燥相比，提供相同干燥热量的介质量要小得多，大大减小了整个干化系统设备的体积，也大大的降低了排气风机的功率，降低了整个系统的投资，节省了成本。

其四，湿垃圾制备RDF的设备体积小，有利于将破碎、粉碎、脱水、干化、尾气处理等全部设备撬装在一起，整装出厂，或组装成车载可移动式设备，降低对湿垃圾处置场地的要求，设备运抵社区、垃圾转运站等现场，仅需要接通水、电，即可生产，节省了设备安装时间，成本低廉，经济实用。

附图说明

图1为利用湿垃圾制备RDF的设备的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的工艺和设备作进一步的详细说明。

图1中所示的利用湿垃圾制备RDF的设备，由给料机1、电磁除铁器2、称重机3、撕碎机4、粉碎机5、螺旋压榨机6、烘干机7、蒸汽压缩机8、蒸汽发生器9、换热器10、不凝气净化塔11、污水处理器12、排气风机13、造粒机14、料斗15组成，在给料机1上设置有电磁除铁器2和称重机3；给料机1出料口与撕碎机4进料口相连，撕碎机4出料口与粉碎机5的进料口相连，粉碎机5出料口与螺旋压榨机6进料口相连，螺旋压榨机6出料口与烘干机7进料入口相连，螺旋压榨机6脱水排出口与污水处理器12相连，污水处理器12排水口将处理达标后污水排入城市污水管网；烘干机7设置排气口通过管道与蒸汽压缩机8进气口相连，蒸汽压缩机8排气口通过管道与烘干机7的蒸汽进口相连，烘干机7出料口与造粒机14相连，烘干机7的冷凝水出口通过管道与换热器10冷凝水进口相连；换热器10冷凝水出口通过管道与污水处理器12的进水管相连，换热器10新鲜水进口与自来水管网相连，新鲜水出口通过管道与蒸汽发生器9的进水口相连，蒸汽发生器9的蒸汽出口通过管道与蒸汽压缩机8的进气口相连，造粒机14产品出口与料斗15相连；换热器10不凝气出口与不凝气净化塔11相连；所述不凝气净化塔11不凝气出口与排气风机13相连，不凝气净化塔11污水排出口与污水处理器12相连。

产品在料斗15中临时存放，定期外运。

所述烘干机为夹套式滚筒干燥机或夹套式螺旋干燥机，干燥介质不与被烘干物料直接接触。

本发明设备利用机械蒸汽再压缩（Mechanical Vapor Recompression,简称MVR）热泵技术，采用机械式蒸汽压缩机将烘干机产生的二次新蒸汽压缩，提高其压力、温度后返回烘干机内，利用二次新蒸汽冷凝释放的潜热作为干燥热源，节能效果显著。

上述利用湿垃圾制备RDF的设备由湿垃圾称重除铁破碎脱水、烘干造粒、污水废气处理三大系统组成，整个工艺设备具体启动顺序是这样的：

第一步：启动蒸汽发生器9、蒸汽压缩机8、烘干机7，蒸汽发生器9运行制取合格的蒸汽，将蒸汽送入蒸汽压缩机8，启动蒸汽压缩机8，压缩比控制在1.4∽1.8,将压缩蒸汽送入烘干机7暖机，提升烘干机7的内部温度到设定值。

第二步：当烘干机7的内部温度达到设定值后，顺序启动给料机1以及设置在给料机1上的电磁除铁器2和称重机3、撕碎机4、粉碎机5、螺旋压榨机6。电磁除铁器用于在给料过程中除去湿垃圾中可能存在的大块铁质物体，保护撕碎机2的刀具，称重机3则对湿垃圾进行计量，作为湿垃圾处置费用结算的依据。

第三步：当破碎系统和干化系统启动运转后，启动污水处理器12、排气风机13对产生的废水、废气进行处理，环保达标后排放。

利用湿垃圾制备RDF的设备顺序启动后，其工艺实施过程是这样的：

收集待处理的湿垃圾添加到给料机1，给料机1可以是带式给料机，连续给入撕碎机4，也可以是提升机，湿垃圾采用桶装，间断给入撕碎机4。撕碎机4将大尺寸的湿垃圾、塑料袋等撕成小尺寸的碎片或长条，经过初级破碎的湿垃圾送入粉碎机5中被粉碎成0∽10mm湿垃圾粉料，湿垃圾粉料直接排入螺旋压榨机6进行压榨脱水。螺旋压榨机6将湿垃圾粉料进行机械挤压后，含水率55%∽65%湿垃圾直接进入MVR热泵干化系统的烘干机7，压榨水排入污水处理器12，压榨水在污水处理器12中经过沉淀、除BOD、COD后，达标排入城市污水管网。

烘干机7在物料进口处设置有打散装置，打散装置连续运转将螺旋压榨机6排入的湿垃圾打散后均匀落到旋转的烘干机7内壁上，烘干机内处于负压状态，脱水后的湿垃圾在烘干机7内由进口端向出料端缓慢移动过程中，湿垃圾吸收烘干机7内壁传导的热量和筒体内热蒸汽的传热，温度升高，当达到水的汽化温度时，湿垃圾内的水分便不断蒸发出水蒸气和微量的不凝气体，水蒸气和不凝气体从烘干机7尾部设置上部出口排出进入蒸汽压缩机8的进气端，烘干机7排气出口处设置有过滤器和除雾器，除去水蒸气携带的粉尘和水雾。湿垃圾烘干到含水率20%∽25%，从出料端进入造粒机14，由于湿垃圾中含有很多灰分、油脂，这些物质具有很好的黏结性，有利于挤压成型，在挤压成型过程中，水分进一步降低，成品RDF的含水率约18wt%∽22wt%，送入料斗15中存储外运。

换热器10不凝气出口与不凝气净化塔11相连；通过喷淋溶液进一步吸收不凝气。所述不凝气净化塔11不凝气出口与排气风机13相连，不凝气净化塔11污水排出口与污水处理器12相连，吸收气体的喷淋液送入污水处理器12进行处理达标后排放。

为了使本系统设备满足工艺整体性能的要求，并达到最佳的工艺效果，生产过程中根据来料状况实时调整撕碎机4和粉碎机5的转速，控制好粉碎后湿垃圾粉料的粒径在0∽10mm左右；调整螺旋压榨机功率、转速确保湿垃圾粉料进行机械挤压后，含水率55%∽65%；控制烘干机7的转速调整物料在烘干机7内的停留时间，烘干机7的内部压力在85KPa∽101.3KPa、蒸汽压缩机8压缩比1.4∽1.8、蒸汽压缩机8进口补充新蒸汽量，稳定烘干机7出口物料的含水率在20%∽25%左右。具体操作时，可通过烘干机7、蒸汽压缩机8进出口管路上设置的温度和压力测点，及机械设备的电流、转速在PLC上进行调整，以满足对上述关键参数的控制。

上述操作大都可通过现有技术手段实现自动控制，于此不多赘述。

本发明特别适合于在社区、街道、垃圾转运站等湿垃圾产生场所，对湿垃圾进行源头处理，快速减量，1小时内快速减容减量90%；减少运输途中的二次污染和垃圾清运费；湿垃圾制备成RDF后，方便储存、运输，RDF送入火电厂、生物质电厂、垃圾焚烧发电厂、水泥窑厂等实现能源化利用，从根本上解决了长期困扰湿垃圾及餐厨垃圾处理行业的难题。

以上所述为本发明的较佳实例，并非对本发明任何形式上的限制，凡是未脱离本发明的技术内容，依据本发明的技术实质对以上实例进行的修改、等同变化与修饰，均属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种利用湿垃圾制备RDF的方法，其特征在于：将收集到的湿垃圾经过除铁、撕碎、粉碎后，湿垃圾变成0∽10mm的小颗粒，粉碎好的湿垃圾送入螺旋压榨机进行机械脱水，压榨后湿垃圾的含水率50∽70wt%，压榨脱水后的湿垃圾进入MVR热泵干化系统干燥到含水率20∽25wt%，干燥后的垃圾粉末在造粒机中挤压成RDF，RDF成品储存在料斗中，干燥过程中产生的微量不凝气体、压榨和冷凝污水经过净化后达标排放。

2.根据权利要求1所述的利用湿垃圾制备RDF的方法，其特征在于：除铁后的湿垃圾在撕碎机中初级破碎，撕碎机出口物料粒径100~300mm。

3.根据权利要求1所述的利用湿垃圾制备RDF的方法，其特征在于：在螺旋压榨机内将含水率75~90wt%的湿垃圾压榨至含水率55~65wt%。

4.根据权利要求1所述的利用湿垃圾制备RDF的方法，其特征在于：所述MVR热泵干化系统的烘干机产生的二次新蒸汽出口与蒸汽压缩机进口端相连，蒸汽发生器出口端与蒸汽压缩机蒸汽进口端相连，蒸汽压缩机出口端与烘干机热介质进口端相连。

5.根据权利要求4所述的利用湿垃圾制备RDF的方法，其特征在于：维持烘干机设备内压力85KPa∽101.3KPa。

6.根据权利要求4所述的利用湿垃圾制备RDF的方法，其特征在于：蒸汽压缩机的压缩比控制在1.4∽1.8。

7.一种利用湿垃圾制备RDF的设备，其特征在于：由给料机（1）、电磁除铁器（2）、称重机（3）、撕碎机（4）、粉碎机（5）、螺旋压榨机（6）、烘干机（7）、蒸汽压缩机（8）、蒸汽发生器（9）、换热器（10）、不凝气净化塔（11）、污水处理器（12）、排气风机（13）、造粒机（14）、料斗（15）组成，在给料机（1）上设置有电磁除铁器（2）和称重机（3）；给料机（1）出料口与撕碎机（4）进料口相连，撕碎机（4）出料口与粉碎机（5）的进料口相连，粉碎机（5）出料口与螺旋压榨机（6）进料口相连，螺旋压榨机（6）出料口与烘干机（7）进料入口相连，螺旋压榨机（6）脱水排出口与污水处理器（12）相连，污水处理器（12）排水口将处理达标后污水排入城市污水管网；烘干机（7）设置排气口通过管道与蒸汽压缩机（8）进气口相连，蒸汽压缩机（8）排气口通过管道与烘干机（7）的蒸汽进口相连，烘干机（7）出料口与造粒机（14）相连，烘干机（7）的冷凝水出口通过管道与换热器（10）冷凝水进口相连；换热器（10）冷凝水出口通过管道与污水处理器（12）的进水管相连，换热器(10)新鲜水进口与自来水管网相连，新鲜水出口通过管道与蒸汽发生器（9）的进水口相连，蒸汽发生器（9）的蒸汽出口通过管道与蒸汽压缩机（8）的进气口相连，造粒机（14）产品出口与料斗（15）相连；换热器（10）不凝气出口与不凝气净化塔（11）相连；所述不凝气净化塔（11）不凝气出口与排气风机（13）相连，不凝气净化塔（11）污水排出口与污水处理器（12）相连。

8.根据权利要求7所述的利用湿垃圾制备RDF的设备，其特征在于：所述螺旋压榨机物料出口与MVR热泵干化系统的烘干机进口端相连，且两设备连接处可靠密封。

9.根据权利要求7所述的利用湿垃圾制备RDF的设备，其特征在于：所述烘干机的物料出口端与造粒机进口相连，且两设备连接处可靠密封。

10.根据权利要求7所述的利用湿垃圾制备RDF的设备，其特征在于：所述烘干机为夹套式滚筒干燥机或夹套式螺旋干燥机，干燥介质不与被烘干物料直接接触。

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