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垃圾粉碎技术在船舶污染物处理中应用

发布日期:2011-05-14 来源: 中国破碎机网 查看次数: 365 

核心提示:
  1船舶固体污染物分类和处理要求1.1食品餐厨垃圾的处理要求根据MARPOL73/78国际防污染公约(以下简称公约)附则V的规定,船舶正常营运期间需要持续或定期处理的各种食品垃圾(由餐厅产生的剩菜,剩饭,食物清洗后留下的菜皮,骨头等废弃物)。中国船舶较国外船舶而言,餐厨垃圾中含水率,含油率更高。

  在非特殊海域,在远离陆地12nmile外,允许将食品餐厨垃圾及包括纸制品,碎布,玻璃,金属,瓶子,陶器等处理入海,或在远离陆地3nmile以外允许将用粉碎机粉碎后粒径应不大于25mm的上述垃圾排入海洋。

  1.2日常用品垃圾的处理要求对于船舶营运产生的日常用品垃圾(包括纸制品,包装箱,玻璃瓶,金属罐头,陶瓷器皿,塑料制品,塑料垃圾袋,合成纤维缆绳和渔网等废弃物)。

  此类垃圾中一切塑料制品包括塑料垃圾袋,合成纤维缆绳和渔网等废弃物进入海洋后,对海洋生物极为有害,因此不论何时何地绝对禁止排放。

  1.3工作垃圾的处理要求对于船舶产生的工作用品垃圾(破布,垫舱物料,浮垫和外包装箱,硬纸板,胶合板,木头等),对于此类垃圾,除1.1所述外,其他应在远离陆地25nmile外这类垃圾才允许排放。

  1.4其他垃圾处理医疗垃圾,含工业油垃圾,含有毒和重金属残余垃圾(含灰烬)等无论何种情况禁止入海。

  上述处理要求均指非特殊海域。在特殊海域,一切垃圾禁止入海。

  2船舶垃圾处理技术2.1垃圾粉碎处理技术对食品餐厨垃圾,纸制品,碎布,木板(条),玻璃制品,塑料制品等都可采用粉碎处理,但不同的垃圾粉碎的技术和设施是不同的。餐厨垃圾(主要指泔水类)主要是以高速切割,研磨物料技术,在密闭容器内经粉碎后,垃圾粒径能达到IMO允许排放的要求。塑料制品的粉碎一般是以切割分离技术实施;纸制品,木板(条)类的粉碎主要是以挤压技术为主;玻璃制品粉碎采用锤击技术。后三类物料经粉碎后,或由于不允许排放如塑料,或现有技术达不到IMO排放规定的粒径要求,一般采用粉碎技术是为压缩,打包实施预处理。

  垃圾粉碎设施。餐厨垃圾粉碎技术成熟,船上已广泛采用,其他类垃圾粉碎技术,一般船舶还未普遍采用,因有机物垃圾可采用焚烧技术处理,玻璃制品,金属等一般直接打包。

  垃圾粉碎技术,从技术难度而言相对比较简单,在垃圾量不大且不烦杂,船舶又有较大存储空间时,通常可采用此法。

  此技术方法有很多局限性,首先,因不同的物料特性不同,粉碎机原理也不同,而目前还没有可粉碎任一类垃圾的通用的粉碎机,所以船上垃圾的必须分选或分类,这是采用此技术的前提条件。

  其次,垃圾粉碎基本上达不到*终处理的结果,如餐厨垃圾无论粉碎后粒径多小,在离岸3nmile以内或在限制海域都不允许排放。其他垃圾粉碎后,现有常规技术很难达到排放允许的粒径要求,只能是作为后续处理的预处理。这样,还存在着储存,垃圾转运,交费送岸处理等后续处理工作。

  总之,垃圾粉碎技术只适用于部分物料在非特定海域,一定排放条件下使用。对这些垃圾处理若要适用于所有场合,还可采用以下一些技术。

  2.2垃圾粉碎,脱水,烘干,消毒,压缩打包技术此技术适用于上述的食品餐厨垃圾处理。垃圾粉碎后,经挤压脱水,高温蒸发烘干,紫外线消毒,由于占大量体积的水份去除,垃圾经消毒得到的是干燥,无毒,体积较小的垃圾,易于存储,转运,不会产生二次污染。适应于任何场合,任何海域。

  此技术的局限性在于目前只适用于食品餐厨垃圾的处理。同时,食品餐厨垃圾不得混有金属,玻璃品,陶瓷等其他垃圾,否则,极易造成设施损坏。另外,此处理系统耗能大,脱水,烘干所需大量能源使得设施的运行费用较高。*后,此技术要求设施可靠,耐用,因为其流程较多,一处有故障,食品餐厨垃圾得不到及时处理,则其易腐性会对船员造成伤害。

  2.3消毒,压缩打包上述含水率少的食品餐厨垃圾,以及经粉碎的金属,玻璃品,陶瓷,塑料,纸(板)制品等,经紫外线消毒,通过压缩打包机打包,储存,靠岸后转运,送岸处理。

  此技术简单易行,对设施要求不高,适用于几乎各类垃圾且适用于任何海域。对于短途,定点航班大多采用此技术。

  此技术局限性也很明显,不是一个*终处理技术。因为*终垃圾处理要送岸处理,在船上仅是作为储存。另外,采用此技术,要考虑到岸上是否有接受设施。如果船上人数众多,垃圾量大,如大部分采用压缩打包方式,还要考虑是否具备转运条件。*后,垃圾含水率必须较低,否则废液泄漏,溢流可能会对环境造成二次污染。

  2.4焚烧处理方式无论在陆上还是船上,焚烧处理是固体垃圾主要的处理方式,往往也是*终的处理方式。焚烧处理:处理彻底,减容量大,有机物和易燃物减容在95%以上,灰烬无毒无害,整个操作过程对环境造成二次污染的可能性很小。

  该项技术成熟,由于IMO对船用焚烧炉设计,制造有专门的规范要求,国内外有多家制造厂均能生产符合IMO规范的焚烧炉。南京绿洲从20世纪80年代开始从挪威TeamTec公司引进了先进的焚烧炉技术合作生产的各系列焚烧炉,不仅满足IMOMEPC76(40)规范,而且满足美国海岸警卫队规范要求(具有USCG型式认可证书)。适应范围及条件如下。

  1)除易燃易爆,剧腐蚀的垃圾外(这些垃圾本身就是要单独储存,不得随意处理的),其他垃圾均可进入焚烧处理。

  2)对于体积不大的垃圾,无需粉碎或粉碎要求不高。

  3)适用于任何海域,即在任何海域都不存在垃圾处理的限制。

  4)垃圾无需分类,避免了烦杂的日常管理工作。

  5)节省了粉碎,打包设施或其他设施,既节省了设施所占空间,及垃圾存储所占空间,同时避免了因设施繁杂而带来的可靠性降低。

  6)不需向岸上转运,既节省工作量,又省处理费用。如船长期不靠岸(像亚丁湾护航,长时间停在锚地等情况),此法更显优势。

  7)大型船舶的医疗垃圾,有毒有害垃圾,污水处理装置产生的浓污泥等都必须通过焚烧处理,一些机密性物料也需通过焚烧法处理。

  此技术的局限性在于,如果船舶不产生废油泥,或固体垃圾中可燃物体少或热值不高,则需耗费大量燃油。另外,若垃圾中有很多可再生资源,如果船舶航行有条件转送岸上处理,用焚烧法则可再生资源得不到利用。

  3使用现状根据IMO附则!防止船舶垃圾污染规则规定要求,载重吨在400t以上和船员在15人以上的船舶,对垃圾处理有明确要求。

  船舶污染物处理技术及发展方向探讨王建强,陈纪赛船舶固体垃圾种类繁杂,数量较大且特性不一样,理想状态是不同的物料采用不同的有针对性技术处理。但现实情况是大多数的船舶不可能提供足够的空间去装各类垃圾处理设施,毕竟不是环保处理船。所以,目前一般船舶固体垃圾处理还是以垃圾焚烧为主,压缩打包为辅。目前国内外船舶(载重吨在400t以上)固体垃圾处理实际使用状况介绍如下。

  3.1绝大多数远洋运输船舶,工程船,部分海上平台的设施配置此类船舶一般只配备焚烧炉,小型食品粉碎机作为垃圾处理设施。

  1)上述船舶由于按无人机舱要求预设,一般船员*多在40人左右,海上平台一般约100~ 200余人。根据挪威TeamTec公司30余年的经验,每人每天约产生1.5kg的固体垃圾。则每天要处理各类固体垃圾一般在60kg左右,*多约300kg.目前面积在1800#1500mm2左右的焚烧炉就可将此数量各类垃圾处理完(少量含水率高的餐厨垃圾经粉碎机粉碎排放)。

  2)焚烧处理不受海域限制,也可免去严格的垃圾分类,不需转运。

  3)近海岸时,餐厨垃圾即使粉碎也不允许排放。此时经简单脱水后,可送入焚烧炉焚烧处理。

  4)上述船舶会产生大量的污油(泥),包括从分油机分出油渣,油水分离器分离出的废油等一般均通过焚烧炉焚烧,这样既节省了废油舱空间,污油又作为燃料提供替代焚烧炉所需的油料,即使固体垃圾热值不高,也不需耗费太多燃油。既节约费用,又处理了垃圾。

  5)由于船员人数少,则可再生利用的垃圾少,通过焚烧处理既经济,又彻底。

  6)对船舶固体垃圾设施,IMO有预设规范要求,只要拥有证书,其处理方式就会被各国所共同认可,而其他设施还没有各国共同认可的标准。

  3.2少数定点短途运输船舶,部分海上平台的设备配置此类船一般只配备压缩打包机和小型食品粉碎机作为垃圾处理设施。

  如此配置的原因。

  1)少数定点短途运输船舶由于产生垃圾量不大,短期内能靠岸,所以有的采用压缩打包技术处理除含水率高的餐厨垃圾外的其他所有垃圾。

  2)定点航线的港口具备接受条件和设施。

  3)压缩打包机操作较焚烧炉简单,无需较高的技术培训。

  4)海上平台有定期服务船可转运垃圾。

  3.3豪华邮轮,国外大型军船配置此类船舶较为特殊,一般配置设施齐全,配备不同类型的粉碎机,脱水机,压缩打包机,食品粉碎机,焚烧炉,等。作为垃圾处理设施,焚烧炉仍是主要关键设施。

  1)此类船舶人数众多,一般在3000~6000余人,每天产生的各类固体垃圾在6~9t左右,若仅配置焚烧炉去焚烧处理,由于目前IMO规范只针对热容量小于1500kW的焚烧炉而定的,则按符合规范的*大处理量的焚烧炉,也需10余台之多,既不现实也不合理。

  2)不同的垃圾采用有针对性的处理技术,既经济又环保,该回收利用的垃圾也能充分利用。

  3)此类船有相对充足的空间安置各类设施。

  4)焚烧炉仍是主要关键设施,原因是此类船舶可能在长期在海上而不靠岸,舱储空间毕竟有限,所以可燃物尽量用焚烧法处理。

  具体不同垃圾处理的方式如下。

  1)塑料。用塑料粉碎机粉碎后,压缩打包或压熔后打包。

  2)罐头盒用压缩打包方式。

  3)金属,玻璃品等无机坚硬物打包。

  4)含水率很高的餐厨垃圾粉碎或在允许海域排放,或挤压脱水,烘干,消毒打包。

  5)有机物,可燃物如纸(板),木制品,面纱(布)制品,医疗垃圾,有毒有害垃圾,即其他设施不能处理的垃圾均进入焚烧炉进行焚烧处理。

  上述垃圾处理技术实施的条件:由于是针对不同垃圾采取不同的技术方法,而目前可能在相当长的时间内也不会有一种综合处理设施,能处理任何垃圾,所以垃圾必须严格分类,否则,设施易损。

  3.4渔船,内河船舶的配置对于固体垃圾一般不配垃圾处理设施,或打包如内河船,或排放入海如渔船。

  4焚烧技术,设施,规范及运用范围焚烧炉是目前船舶垃圾处理的主要设施,也是垃圾处理设施(不含水处理设施)惟一有IMO明确规范要求的设施。IMO规范中对焚烧炉的预设制造,试验,排放指标及证书格式都有明确的要求,是各国装船设施共同应遵守的标准。

  IMO针对焚烧炉具体规范是MEPC76(40)

  船用焚烧炉技术标准和ANNEXVI防止船舶大气污染规则。

  从规范要求看出,焚烧炉规范要求做的试验中,食品垃圾(指蔬菜和易腐类)占了重量一半,IMO组织认为船上食品垃圾是固体垃圾的焚烧重点。10%的塑料表明,塑料是允许焚烧的,而且是较大量,因为塑料密度小,所以,10%的重量实际上体积较大。

  ANNEXVI禁止燃烧多氯联苯材料,此材料也是目前禁止使用材料。

  以下是南京中船绿洲机器有限公司OG400C做IMO型式试验时一些参数。

  4.1试验废弃物配比试验废弃物总重31.5kg,添加了玻璃瓶,金属块约1.5kg. 4.2试验结果1)上述型号焚烧炉是废油和固体垃圾可同时焚烧。

  2)烟气检测达标。

  3)灰烬2.5kg,占垃圾量8%. 4)耗柴油量:2.85kg/h,这主要是有废油作为柴油替代。

  4.3试验结论1)几乎所有垃圾可在焚烧炉中焚烧处理,并达到IMO排放要求。这也说明了焚烧炉是船舶垃圾处理的关键设施,即使某类垃圾采用其他技术处理,一旦其设施有故障或遇到其他不能处理的情况时,都可转入焚烧炉处理。包括含水率极高的餐厨垃圾,也可经简单挤压脱水后进入焚烧炉处理。或在离岸3nmile之内及限制海域,经粉碎含水率极高的餐厨垃圾作为废液直接喷入炉内焚烧。从某种意义上说,焚烧法就是一万能%处理机,也是*终处理机,焚烧后灰烬无毒无害,简单打包即可,即使转送上岸也不存在危害和处理费用。

  2)在可能的情况下,焚烧炉应配置废液和固体垃圾同时焚烧功能。如果船上有大量污油,则污油焚烧,既节省了污油储存舱体积,又能部分替代焚烧所需的燃料,既经济又环保。另外,船舶上必然有油水分离器分出的污油,污水处理装置排出的污泥(液状),这些用焚烧处理是*合理的技术方法。

  5TeamTec焚烧炉在国外大型军船的使用介绍挪威Teamtec公司在大型军船上配置的焚烧炉功能齐全,具有代表性。

  其系统主要配置及外形。

  船舶污染物处理技术及发展方向探讨王建强,陈纪赛5.1GS500CAUTO焚烧炉性能包含燃烧器,PLC扼制的电控箱,炉内垃圾搅拌,推进装置,废液燃烧系统。

  1)燃烧器主要起助燃作用,因IMO规范对炉膛工作温度有要求,在炉膛温度达不到设定要求时,燃烧器自动启燃喷油燃烧助燃。

  2)PLC电器扼制系统,根据垃圾类型,特性,设定不同的燃烧模式,根据燃烧状况,设定不同的扼制参数,确保整个焚烧过程自动扼制,监测。

  3)炉内垃圾搅拌,推进装置是TeamTec公司独特的摇摆,搅拌推进装置。

  圾焚烧技术主要有三大类:层状燃烧技术,流化床燃烧技术,旋转燃烧技术。船舶由于条件限制,目前只能采用层状燃烧技术。垃圾处理量小则使用固定床,但对于人数众多的大型船舶就得考虑炉内的炉排%技术,通过炉排,垃圾在炉排上通过三个区:预热干燥区,主燃区和燃烬区。垃圾在炉排上着火,热量不仅来自上方的辐射和烟气对流,还来自垃圾层内部。在炉排%上垃圾已着火的垃圾在炉排的特殊作用下使垃圾层强烈地翻动和搅动,引起垃圾底部开始着火,连续的翻转和搅动,使垃圾层松动,透气型加强,有助于垃圾的着火和燃烧。

  由此可知,大型船用焚烧炉焚烧技术关键是在有限的空间内提高燃烧效率。因而,炉内垃圾的搅拌,松动,空气与垃圾的充分接触,不同燃烧区域合理提供不同空气量都是关键因素。

  TeamTec公司采取的炉膛内摇摆搅拌推进器作为炉排%,此推进器是耐热钢制作,采用空心夹层的,空气通过内空心层鼓入炉内。冷却了推进器,这样既可确保在炉内高温下推进器仍可有较长的使用寿命,空气通过底部推进器鼓入,又解决了通常垃圾底层空气缺乏的状态。

  此方式较链条往复炉排更经济,效率更高,使用寿命更长。

  5.2连续自动进料螺旋装置TeamTec公司采取的是螺旋进料方式。&进料相对均匀,保证燃烧稳定,充分。在螺旋内始终可有垃圾,一则保证炉膛装置的密封(IMO规范要求,炉膛须在负压下焚烧);二则,靠近炉膛处垃圾受炉内高温辐射(螺旋外壳也有较高温度)起到了一定的预热干燥作用,提高了燃烧效率。

  5.3AZ型粉碎机因采用螺旋进料,故在前端设置了粉碎机,AZ型粉碎机原理是一对相对的带有多个刀盘的轴相反旋转,垃圾在两轴的刀盘间被挤压(切)粉碎,此类型粉碎机能适应多种垃圾,但经粉碎后垃圾粒径较大,属粗粉碎技术,适应于螺旋输送,垃圾焚烧。

  5.4进料斗进料斗预设时主要考虑自动启闭,确保密闭性。由于进料口在上部,则一般考虑垃圾的堆放,进料安排在上一层甲板,这样可直接倒入进料斗,可简化加料设施及过程,利于船员操作。

  类似的焚烧炉炉型,技术和系统配置,南京中船绿洲机器有限公司也为宁波,厦门两港口提供过,用于港口接受外轮转送到岸的船舶垃圾,处理量300kg/h,系统配置同上述类似,只是在烟气管路上增加了废热回收利用变成热水的装置。使用10余年运行状况良好。目前存在的问题,在于垃圾送到垃圾处理场时混装,没有分类,造成粉碎机经常出故障。当初,担心垃圾达不到分类要求,在焚烧炉上增加了直接投放口,以临时解决粉碎机故障时垃圾焚烧的问题。从这个事例也反映出垃圾若单纯采用粉碎技术,必须严格分类。

  6船舶污染物处理技术的发展方向探讨6.1垃圾处理技术选择的原则垃圾处理技术没有*好,只有是不是*适合。船舶垃圾处理技术的选定,不仅取决于船舶人员数,垃圾种类,还取决于该船所跑的航线,担负的主要的任务。应根据规范的要求采取相对应的*合适的技术,设施。远洋船一般采用焚烧技术,而国内近海航线的船舶垃圾储存,送岸处理为主。

  对于人数众多的大型特殊船舶,将来垃圾处理的方向,不仅要着眼于技术选择,更要从管理和技术相结合的物流管理的角度去系统考虑。垃圾处理技术只是系统的一个具体举措和环节,而不是全部,有时候甚至不是核心环节。技术,管理,经济,收集,转运,处置等多种因素的协同水平往往决定着整个垃圾处理系统的成败。6.2焚烧炉的热能回收利用由于实际使用的焚烧炉处理量不大,而且船上配置能源较多,所以,焚烧炉产生的高温烟气均未加以利用,从未来环保和经济的角度考虑应采取举措加以回用。

  目前,南京中船绿洲机器有限公司在陆上垃圾焚烧系统中,对于焚烧炉排放出来的1000(的高温烟气一般采用在烟气管路上增加余热锅炉,即利用高温烟气产生蒸汽,这是一项非常成熟的技术,典型系统见图3.在炉膛出口初配置一预热锅炉,既利用了废热,由迅速将烟气由1100(降至300(,避免二恶英产生的可能性。

  以Teamtec的GS500C焚烧炉为例,热容量为335万kJ/h,炉膛工作温度在850~1100(,根据陆上垃圾焚烧实际经验和结果,能产生约1t的蒸汽(1MPa)。此蒸汽有两个现实用途。

  6.2.1热源用于其他垃圾处理设施目前中国船舶上部分餐厨垃圾含水率极高,处理过程中关键的烘干技术需要大量的热源,而焚烧炉利用废烟气产生的热能就能恰好得到利用,即可燃有机物采用焚烧技术,产生的废气回收热源用于含水率高的餐厨垃圾的处理所需耗费能源,整个垃圾处理系统就可实施到综合循环利用,既环保又经济。

  6.2.2热源用于海水淡化人数众多的远洋船舶,淡水是必需和紧缺的。

  目前海水淡化有两种方式:反渗透式和真空蒸馏式(有壳管和板式两种)。前者采用的是纳滤膜,运行成本贵且造水量也受限制;后者造水原理是采用真空状态下海水低温蒸发产生淡水,主要费用是需要热源加热海水。此技术已运用几十年,非常成熟。有关型号造水机参数。

  可见,一台GS500C焚烧炉高温烟气若通过余热锅炉回收利用,用于蒸馏式海水制淡,则通过造水机每天可产生25t淡水。造水机占地只需1500 mm#1200mm面积。运行费用远低于反渗透式,而且运行非常可靠,从南京中船绿洲机器有限公司近30年生产船用蒸馏式造水机经验来看,造水机装船后使用20余年而不需大的更换,仍在正常使用。这样,用焚烧技术处理垃圾的同时,又能综合利用产生所需的淡水。

  6.3焚烧炉发展要求趋势剖析目前,IMO规范对排放指标。

  船舶污染物处理技术及发展方向探讨王建强,陈纪赛表4IMO规范要求的焚烧炉排放指标检测内容指标要求炉膛含氧量/%6~12烟气CO平均*小值/(mg)MJ-1)200烟气黑度(*小平均值)

  BACHARCH3或RINGELMAN1灰烬*大不超过总重的10%炉膛温度/(850~1200从现有规范排放要求来看,没有涉及硫氧化物和氮氧化物等指标。硫,氯氧化物由于船舶垃圾中含硫,氯极少,一般不会产生硫,氯氧化物,所以不在考核范围。氮氧化物目前规范中只针对柴油机有考核要求。对焚烧炉而言,氮氧化物只是在燃烧过程中,空气中的氮在高温下与氧产生氧化反应的产生物。故焚烧炉考核指标中有炉膛含氧量的要求,通过对含氧量的扼制,来达到对氮氧化物的扼制。

  目前绿洲焚烧炉的供空气主要是通过烟气抽风机使炉膛成为负压状态,外部空气被吸入,吸入多少取决于炉膛负压的多少,依据不同垃圾焚烧的情况,烟管上有一自动调节的风门自动调节炉膛负压。确保炉膛进风量在合理范围,从而确保氮氧化物在合理的范围。

  对于处理大量垃圾的大型焚烧炉,进料的合理配置应是采用螺旋进料方式。这样,进料平稳,使得燃烧较为平稳,使得调节进风有充裕的时间。

  而间断投料就可能产生较大波动性,造成短时或缺氧或过多氧气。

  因此,为应对氮氧化物可能越来越严的扼制要求,如何平稳燃烧及供气,是焚烧炉系统配置所应重点考虑的。

  7结束语垃圾处理是个系统工程,牵涉到技术,管理,在船舶预设选用时,要根据实际船舶状况,要求有针对性的实施合适的处理技术,要综合考虑处理过程中各项因素,系统综合利用各类技术。环保,经济,便于实施,符合规范是今后垃圾处理的方向。

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