固體廢物資源回收現(xiàn)代智能分選技術

常中龍，常燕青

（1．北京起重運輸機械設計研究院，北京 100007；2．江蘇維爾利環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆K 常州 213125）

近年來，為了緩解石化能源緊張的問題，許多新的垃圾衍生燃料（RDF）生產(chǎn)技術得到開發(fā)，但是垃圾分類預處理是其有效應用的前提。而光電智能自動化分選系統(tǒng)能夠在預處理過程中分選獲得可回收物、可燃物及去除干擾物如聚氯乙烯（PVC） 等雜質(zhì)（德國RDF行業(yè)標準允許PVC含量＜1%，一般控制在0．3%～0．7%以下），提高垃圾能源化和降低對環(huán)境的污染。

1 光電智能分析系統(tǒng)

如圖1所示，光電智能自動化分選系統(tǒng)由均勻給料設備（如振動給料機）、高速輸送機、智能傳感識別控制裝置和高壓氣流物料分離收集裝置組成。

圖1 光電智能分選設備

通過近紅外線識別（NIR） 智能分選系統(tǒng)，可按照物料的材質(zhì)或顏色，或者材質(zhì)和顏色的組合分選出各種可回收物料，包括復合飲料包裝、混合塑料、紙和紙箱板PPK等，各種塑料瓶，聚酯（PET）、高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）等各種塑料物質(zhì)，從而獲得高附加值的再生原料。剩余可燃物作為衍生燃料。

北京小武基大型垃圾轉(zhuǎn)運站采用了3臺近紅外光電分選機（含手持物料識別掃描器），見圖2，分別用于各種塑料和紙類等固廢的精細分選，提高分選物質(zhì)的附加值和再利用率。該垃圾轉(zhuǎn)運站在2008年承擔了北京綠色奧運會場館的垃圾處理。

圖2 北京小武基垃圾分選設備

2 UniSort主副機技術

RTT Steinert公司的UniSort新一代主副機（Master-Slave） 智能自動化分選技術的誕生，是自動化分選領域的決定性進步，并建立了新的行業(yè)標準。與傳統(tǒng)技術相比，該技術采用先進的光學纖維光導器傳輸近紅外線檢測數(shù)據(jù)。

2.1 設備結(jié)構

在目前的UniSort標準設備中，每臺設備有1個識別傳感器系統(tǒng)，主副機通過該識別傳感器系統(tǒng)和64通道光學識別和傳輸系統(tǒng)，可實現(xiàn)識別寬度4 m、粒度為50～250 mm物料的自動化分選。如圖3所示，UniSort多通道多功能近紅外技術是通過光纖將每個通道的物料近紅外光學信號分別傳輸?shù)?個光譜識別系統(tǒng)的收發(fā)單元來轉(zhuǎn)化為物料的近紅外光譜特性數(shù)據(jù)。該標準設備設定為約1 m的光纖傳輸距離和約7 m（按需求可更長）的主副機光導傳輸距離。西班牙塞維利亞工廠使用的主副機（見圖4）采用了雙噴嘴技術，1次可分選5種物料。

圖3 UniSort標準設備

圖4 西班牙塞維利亞工廠使用的主副機

2.2 工作原理

每個副機的收發(fā)單元通過光導器將光譜數(shù)據(jù)傳輸給主機，主機根據(jù)來自副機的光譜數(shù)據(jù)做出判斷，從而發(fā)出指令將其分選出來。無論是主機或者是副機，所有設備都可以作為實現(xiàn)單噴嘴一類或雙噴嘴二類物料的分選，同樣可以設置為“分割槽道”實現(xiàn)1臺設備多種物料的同時分選，靈活性高，能滿足用戶的不同需求。

UniSort Master-Slave的1個識別傳感器具有4 m分選寬度。該UniSort主副機形式可代替4個常規(guī)1 m寬度的獨立分選機，實現(xiàn)多種物料的同時分選。此外，UniSort Master-Slave還可根據(jù)用戶需求分割分選寬度，最大可能地分別按照處理能力和工藝選擇分選設備的寬度。

3 手持物料識別掃描器

UniSort的另一個技術創(chuàng)新，即手持物料識別掃描器（如圖5所示） 可以與UniSort P分選機組合使用。當UniSort P分選工作的同時，手持物料識別掃描器可以單獨進行物料的識別和光譜數(shù)據(jù)的擴展輸入，不需要增加單獨的計算機和顯示器。

通過手持物料識別掃描器既可以控制分選質(zhì)量，還可以識別材料。手持物料識別掃描器預先安裝了相應的控制軟件UniSort Lab Win和數(shù)據(jù)庫，包括在UniSort P分選機上的應用程序和識別分析軟件。用戶可以通過掃描新物料擴展數(shù)據(jù)庫滿足對新物料的分選。

圖5 手持物料識別掃描器

4 光電分選設備的處理能力確定

光電分選設備是利用光電識別傳感器檢測分選物料的表面，其處理能力（D，g/h）由物料單位面積質(zhì)量（FG，g/m2）、輸送機速度（BG，m/s）、帶寬物料分布率和帶寬（SB，m） 共同決定，即D=FG×BG×3 600×帶寬物料分布率×SB。有效工作的帶寬物料分布率通常按不超過30%計算，即帶寬物料分布率≤0.3。其中，物料的單位面積質(zhì)量FG通過以下方法測定：將分選物料單層均勻擺開放置在地面指定區(qū)域（1 m2）內(nèi)，直至指定區(qū)域看不見地面為止，然后將物料稱重，得出100%的帶寬物料分布率下的單位面積質(zhì)量。部分分選處理物料的處理能力測定結(jié)果見表1。

表1 部分分選處理物料的處理能力測定結(jié)果

5 光電智能分選系統(tǒng)的應用

UniSort P4000型光電智能分選系統(tǒng)應用主副機技術，設備有效分選寬度4 000 mm，專為衍生替代輔助燃料（RDF）分選設計，同時適用于其他廢物的分選，能夠滿足目前和將來各種廢物料的分選，處理能力大，功能多，操作方便，運行可靠。設備可以很容易地進行手動或通過設備總控系統(tǒng)自動切換分選物料種類要求，同時實現(xiàn)遠程操作控制和診斷維護。能夠處理單位面積質(zhì)量小的輕物料（如紙類和薄膜的分選），性價比很高。

經(jīng)過智能分選后RDF熱值為16 000～25 000 kJ/kg，有利于提高垃圾發(fā)電的規(guī)模和效益，比用原生垃圾焚燒發(fā)電，效率提高25%～35%，使大規(guī)模的熱能循環(huán)利用成為可能；RDF經(jīng)分選、脫氯（PVC含量小于0.3%～0.7%）、脫硫處理，可大大減輕煙氣對設備的腐蝕，煙氣和灰渣比原生垃圾焚燒時減少2/3，煙氣中的重金屬、氯化合物、二惡英呋喃等含量遠低于歐盟有關標準，減少了相關處理設備的投資。生活垃圾在水泥窯、電廠、RDF焚燒廠摻燒處理拓展了垃圾處理途徑和提高了能源綜合利用率，具有良好的環(huán)境效益和社會經(jīng)濟效益。

6 結(jié)束語

在固體廢物資源化綜合利用中，近紅外線NIR智能分選系統(tǒng)技術不僅可用于生活垃圾處理分選設備中可回收物按照物料材質(zhì)、顏色的精細分選，還可用于在各種垃圾分選預處理中按照材質(zhì)、顏色分選各種塑料類、紙類、木頭類等可回收物分類分選。該系統(tǒng)能夠提高資源循環(huán)利用的附加值，特別是主副機技術的應用，提高了設備的性價比，能滿足大處理能力的需求。在垃圾轉(zhuǎn)化能源生產(chǎn)RDF過程中，應用該技術能夠去除雜質(zhì)聚氯乙烯（PVC），從源頭降低二惡英產(chǎn)生的可能性，減少鹽酸對設備的腐蝕，最大限度實現(xiàn)資源化。