城市生活垃圾环保再生煤的研发与应用

玉 涵

（中堪冶金勘察设计研究院有限责任公司，保定 071000）

新时期，我国城市化步伐不断加快，城市污染却依然十分严重，大量城市生活垃圾的堆积对人们的生活环境造成较大影响。据统计，我国城市生活垃圾每年的增长量保持在1.6 亿t，而垃圾处理规模相对有限，这就使得“垃圾围城”现象尤为严峻。现阶段，卫生填埋是城市生活垃圾的主要处理方式，其不仅占用大量土地资源，而且会对于填埋区的土壤环境、水文环境和大气环境造成一定污染。基于此，生活垃圾环保再生煤得以研发和应用，这种新型再生燃料可以实现对城市垃圾的减量化、无害化和资源化处理。本文就生活垃圾环保再生煤的研发、应用展开分析。

1 环保再生煤研发的关键技术

分类管理缺失是我国城市生活垃圾处理的主要问题。一般情况下，城市生活垃圾的成分较为复杂，其具有较高的水分含量，可燃性组分较少，这就使得其循环再用的限制较多。

作为当前垃圾处理最有效的途径，垃圾焚烧工艺的应用不断成熟。从应用角度来看，环保再生煤基于节能环保理念而产生，它是一种现代化的垃圾处理手段。环保再生煤在脱水、磁选、破碎、烘干、除臭杀菌和添加剂加入等技术应用的基础上，实现了城市生活垃圾的减量化、无害化和资源化处理[1]。相比传统垃圾处理方式，环保再生煤在处理垃圾的同时，实现了高热值、环保可再生燃料的有效生产，具有较高的效率性、经济性和生态性。

现阶段，环保再生煤研发应用已成为城市生活垃圾环保处理的重要趋势。垃圾处理期间，为确保环保再生煤研发应用的规范化、质量化，人们应注重以下关键技术的系统把控。其一，垃圾环保再生煤是一个循环化的生态处理过程，为确保减量化、资源化目标的达成，整个处理环节不需进行人工分拣，所有垃圾都是焚烧应用的原料。其二，无害化原则要求垃圾必须进行充分燃烧，即燃烧再生煤应用应注重垃圾热值的有效提升。其三，成分复杂性是城市生活垃圾的主要特征，尤其是有机塑料、铁铜金属等物质会产生较多的二噁英等有毒气体，污染空气环境，危害人体健康，故需从燃烧源头上进行有毒气体的有效控制。其四，实现生活垃圾含水量的控制，尽可能减少恶臭气体的产生量。

2 环保再生煤的研发应用

焚烧热值低、设备不稳定、二次污染严重是传统垃圾焚烧的主要问题，使得垃圾低成本、高效化应用存在较多阻碍[2]。环保再生煤是基于传统垃圾焚烧而产生的新技术，要确保其应用规范化，就必须在把控城市生活垃圾和环保再生煤成分的基础上，进行焚烧工艺的技术创新，然后规范地按流程进行生产。

2.1 分析城市垃圾及环保再生煤的成分

城市垃圾和环保再生煤的成分分析能够为生活垃圾的高效处理提供参数依据，确保垃圾处理和环保再生煤生产的规范化进行。

厨余垃圾、塑料、废纸、织物、树叶、蜂窝煤灰、建筑垃圾等是城市生活垃圾的主要组分，如表1所示。这些污染物成分不同，彼此的含水量和综合热值也存在较大差异，就整体而言，城市生活垃圾的含水量保持在55%～60%，其综合热值为3.344 ～6.688 MJ/kg。 另外，其他城市生活垃圾有电线、皮革、橡胶和玻璃等。

表1 城市生活垃圾主要成分

高位发热是环保再生煤的主要应用特征。当环保再生煤干燥基高位热发值为16.37 MJ/kg 时，其收到基的低位热发值为15.68 MJ/kg。燃烧期间，环保再生煤不仅具有较低的硫、磷、氯、铅排量，而且固定碳含量低，灰分、挥发酚适中，是一种低碳、无硫、无结焦气化的清洁燃料，具有良好的生态效益。

2.2 环保再生煤研制工艺创新

生产工艺创新是环保再生煤高效应用的关键，就生产过程而言，其包含热值提升和二噁英污染控制两个层面。目前，为实现环保再生煤的高效化、生态化应用，人们积极开展助燃剂的高效研制与应用。在静态气相法的支撑下，人们研发了一种含纳米化工材料的高分子强氧化亚裂变催化材料。该材料能够在引燃生物垃圾的同时，提升燃烧热值，并确保硫化物、二噁英等物质的脱离。具体而言，在其作用下，氧、氢、烷等可燃气体得以有效诱导，这些气体对垃圾具有较强的催化助燃效果，在带动其他物质燃烧放热的同时，确保整体燃烧温度处于1 000℃以上，避免低温环境下有毒有害气体的产生，提升污染物热值和生态效益。

2.3 环保再生煤的生产流程

作为环保再生煤研发生产的核心环节，生产流程控制对于再生煤的高效应用极为关键。具体而言，破袋分散、磁选和筛选、脱水、剪切破碎、烘干、配料搅拌和成型是环保再生煤生产的主要工艺，其流程控制如图1所示。

图1 垃圾环保再生煤生产工艺流程

破袋是垃圾环保再生煤生产的前端环节。其以塑料袋包装的生活垃圾和挤压脱水的紧密垃圾集合体为对象，进行了抓破和分散处理，然后在磁分、筛分工法的应用下，实现了垃圾混合物中金属、玻璃和砖块等物质的剔除。垃圾挤压、脱水环节，液压挤压机是其设备应用的主要形态，通过挤压脱水工艺的应用，垃圾中的含水量由60%下降到35%左右。就垃圾剪切破碎而言，在多功能剪切破碎机的支撑下，生活垃圾被充分地扯、抓、撕、剪，实现了破碎层级的不断深入。目前，经过初步破碎、中破碎、细破碎和精破碎，原始生活垃圾被剪切为不同粗细、形状的混合物，此时，通过高效节能热风式烘干机的应用，垃圾物料可被有效烘干。最后，加入助燃添加剂，进行充分的搅拌、混合和挤压，实现垃圾环保再生煤的有效生产和应用。需要注意的是，高分子强氧化亚裂变催化材料的添加是垃圾环保再生煤生产的核心所在。该助燃材料添加期间，必须进行充分的搅拌混合，确保垃圾与添加剂物化反应的充分，并在螺杆挤压成型机的支撑下，确保再生煤的耐燃性和稳定性。

3 环保再生煤的应用效果

环保再生煤应用是城市生活垃圾处理工艺的一大变革。目前，作为可再生能源燃料，环保再生煤在锅炉、砖厂和火力发电厂得到广泛应用，其表现出无害化、资源化和效益化的应用特征。

3.1 环保再生煤与原煤应用

原煤的热值为17 984 kJ/kg。含碳量较高是燃煤主要的化学特征，当煤炭不完全燃烧时，极易产生CO、CO2等气体，造成一定的环境污染。而生活垃圾是环保再生煤的主要成分，因此其含碳量较低，环境污染小。当环保再生煤燃烧时，其弹筒发热量可达到20 016 kJ/kg，炉膛火焰的最高温度可达1 150℃，燃烧效果较为充分。此外，在助燃剂的应用下，再生煤起火升温较快，燃烧迅速。由此可见，环保再生煤具有易燃烧、升温快、热值大、排污少的特征，其可充分满足当前节能环保的应用需求，实现城市生活垃圾处理的减量化、资源化、生态化。

3.2 环保再生煤的工业应用

要实现环保再生煤在工业生产中的大范围应用，必须就其燃烧过程中排放的废水、废弃和废渣进行检测，确保其检测指标满足或优于国家应用标准。基于此，有环境工作者曾对啤酒厂、食品厂和洗涤公司环保再生煤燃烧的产物进行检测，结果显示，环保再生煤燃烧后，其排放的废气、废水和废渣普遍满足国家环境控制指标。

3.3 环保再生煤的煤电试用

现阶段，基于环保再生煤的高热值特征，其在发电工程中的应用不断深入。具体而言，垃圾环保再生煤的弹筒发热量较大，此时炉膛火焰温度较高，这为电力生产提供了较为理想的能源基础。据分析，每吨生活垃圾的环保再生煤产量为0.56 t，若以膛内温度1 000℃计算，每小时的发电量为900 ～1 100 kW，此单位发电量为国家标准发电指标的3 ～4 倍。由此可见，环保再生煤具有良好的工程应用效益，有助于实现环境污染的高效治理，有效缓解资源短缺，创造良好的经济效益和生态效益。

4 结论

环保再生煤是当前城市生活垃圾处理的重要途径，也是其未来发展的必然趋势。从应用过程来看，环保再生煤的热值指数为15.42 ～16.29 MJ/kg，当其充分燃烧后，燃烧温度可达到1 000℃，烟气中有毒有害物质较少，故而具有较好的工程效益和生态效益。人们要充分认识到环保再生煤的应用优势，在积极探索其研发工艺的同时，进行规范的生产和应用，实现环保再生煤应用效果的有效提升，确保城市生活垃圾的减量化、无害化和资源化。