垃圾衍生燃料（RDF）焚烧污染物排放研究

摘要：在介绍国内外垃圾衍生燃料(RDF)技术的基础上，全面综述了RDF焚烧和垃圾直接焚烧烟气中的污染物CO、NOx、SOx、HCl、二恶英和重金属的排放特性，结论：RDF焚烧烟气中污染物排放浓度均低于垃圾直接燃烧，但该技术的发展尚处于起步阶段，对RDF的制造工艺、焚烧方式、污染物排放，特别是有机污染物等方面尚需进一步研究。
关键词：垃圾衍生燃料(RDF)；焚烧；烟气污染物；排放
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。处理城市生活垃圾，实现无害化、资源化和减量化，己成为我国必须解决的重大问题。目前国外兴起的垃圾衍生燃料RDF(RefuseDerivedFuel)可作为供热锅炉、发电锅炉、水泥窑炉的燃料。燃烧后的灰渣可作为制造水泥的有效成分，为垃圾的资源化拓宽了道路。
1RDF技术
所谓垃圾衍生燃料，是指将垃圾中的可燃物(如塑料、纤维、橡胶、木头、食物废料等)破碎、干燥后，加入添加剂，压缩成所需形状的固体燃料。
RDF技术可以追溯到1973年。经过30a的发展，技术日趋成熟，已在美国、日本、英国和瑞典等国家大量运用，见表1。美国是世界上利用RDF发电最早的国家，已有RDF发电站3处，占垃圾发电站的21.6％。近年来日本也兴起了建设RDF发电站的热潮，日本NKK、川崎重工、神户制钢等公司展开了RDF资源化利用的相关研究。欧美及日本等国家，迄今已将城市生活垃圾(MSW)中间处理技术推向以RDF为主的处理方式。意大利预计在2003年，将垃圾填埋的处理量从原先的80％降至35％，将其以RDF和其它的处理技术进行处理。可见，RDF技术极具发展潜力。
我国对RDF技术的研究起步较晚，仅有中科院广州能源所、同济大学和清华大学等少数几家单位在从事这方面的研究。最近，由中国科学院广州能源研究所与日本名古屋大学、丰田汽车公司共同研制的垃圾衍生燃料中试热态试验装置，在广州能源所五山园区建成，为我国推广RDF技术成功地迈出了第一步。
RDF技术之所以对广大学者和用户产生如此大的吸引力，其原因在于：(1)RDF具有较高的发热量，可以在低于其它燃料单位费用情况下提供热能，将燃烧效率提高8％～12％；(2)MSW经过破碎、磁选、风选及筛选等，制成RDF后体积减小，有利于运输；又因RDF水分减少且在生产过程中加入添加剂如Ca(OH)2、CaO等可防止恶臭产生便于贮存；(3)RDF可在现有燃料处理系统内制做，仅对设备和操作程序作较小改动即可；(4)RDF焚烧产生污染物浓度低，无需增设气体净化设备。
表1国外RDF应用实例

2RDF焚烧污染物排放特性
1987年美国的垃圾焚烧已有23％使用垃圾衍生燃料。RDF主要用在移动床和流化床焚烧炉中，上述两种焚烧炉可以使RDF混合均匀并完全燃烧，从而达到最佳的焚烧效果。由于RDF与一般固体废弃物相比具有较高的发热量，因此垃圾衍生燃料焚烧系统的规模通常小于混烧式焚烧系统，且因RDF有较均匀的物化组成，使得大气污染物排放浓度较低，且大气污染物控制和净化设备的投资成本较低。表2对MSW与RDF焚烧污染物的排放进行了比较。可以看出，RDF焚烧排放出来的NOx、SOx、CO和粉尘等污染物的浓度基本上都小于MSW，其中HCl浓度更低于0.0005％
表2RDF与MSW污染物排放浓度的比较

2.1NOx及SOx排放特性
Norton等人(1989年)对美国多处RDF与煤混烧垃圾焚烧厂排放的NOx进行了测试，结果表明NO排放浓度随RDF混烧比例的增加而减少，其原因是RDF的氮含量只有0.5％，低于一般煤的氮含量1.5％，因此，RDF混烧比例增加可降低NOx的排放量。同时，他们收集了煤和RDF混烧时的烟气污染物排放资料，发现混烧时硫化物的排放浓度较单独燃煤时低，这是由于RDF的硫含量较少，而且混烧时，降低了SOx的排放浓度。Raili等人(1996年)讨论了不同比例的RDF、木屑和泥煤混烧后，烟气中污染物的排放特性，结果发现NOx的排放浓度会随RDF混合木屑量的增加而增高。同时，他们对RDF和木屑在流化床中混烧排放SOx进行了研究，结果显示SOx的排放浓度随RDF混烧比例增加而增加。Chang等人(1998年)研究指出RDF焚烧排放的NOx约为一般垃圾焚烧排放的一半，其原因为一般垃圾中氮主要来源于生活厨余，经预处理分离后，使得RDF中含氮量较一般垃圾低；另一方面焚烧一般垃圾时，由于其发热量较低，在焚烧时需要加入辅助燃油，从而增加了垃圾焚烧时烟气中NOx的浓度。
朴桂林等人(1998年)模拟RDF在流化床中焚烧时污染物的排放行为，研究结果指出当空气比为1时，NOx的排放浓度为0.01％，但空气比若增为2时，NOx的排放浓度增为0.02％。即NO的排放浓度随空气比的增加而增加。他们(2000年)在同样的操作条件下，讨论了NOx排放浓度与燃烧空气比之间的关系，结果指出，当提供二次风时，NOx会随空气比的增加而提高，但排放浓度比没有提供二次风时要低。