CN102643699A

CN102643699A - 焦化污泥作为型煤粘结剂的应用

Info

Publication number: CN102643699A
Application number: CN2012101420398A
Authority: CN
Inventors: 战友; 吴鹏; 李立欣
Original assignee: Heilongjiang University of Science and Technology
Current assignee: Heilongjiang University of Science and Technology
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2012-08-22

Abstract

本发明采用焦化污泥作为型煤成型原料和骨架，在合理调整配比，保证型煤中具有相当量的黏结性的物质，可以保证民用型煤燃烧后具有一定的机械强度的同时利用污泥的热量。而且焦化污泥含有粒度细、粘结性能好的纤维质和泥质，可以提高型煤成型过程中的压实度，减少成型过程中的功率消耗。而且，焦化污泥是焦化厂污水处理工段产生的危险固体废弃物，是焦化厂迫切寻求解决途径的物质，选用焦化污泥作为型煤成型原料，不但解决了型煤中一部分可燃物质的来源，减少优质原煤的使用量，解决焦化厂危废处理的难题，而且降低型煤加工成型的成本。

Description

焦化污泥作为型煤粘结剂的应用

技术领域

本发明属于型煤制备技术领域，具体涉及焦化污泥作为型煤粘结剂的应用。

背景技术

中国是以煤炭为主要能源的国家，多年以来，我国一次能源消费总量中煤炭占75％以上，而且在今后相当长的一段时间内，以煤为主的能源供应与消耗格局不会改变。中国煤炭总产量的84％用于直接燃烧，仅约10％用于炼焦，6％～7％用作化工原料，利用效率比发达国家低20％以上。工业实验结果表明，燃用型煤的工业锅炉热效率可提高10％～17％，节煤率达10％～26％，燃用型煤的民用炉灶节煤率为20％。同时，燃用型煤，烟尘排放量可减少71％～89％，SO2和NO_X可减排50％～60％。发展型煤具有投资省、运行费用低，并且节能增效的经济价值。因此大力推广使用型煤具有显著的经济效益和环境效益。

在型煤生产过程中，粘结剂是粉煤冷压、中低压成型工艺中的技术关键之一，关系到型煤的加工成本和型煤质量。型煤粘结剂在广义上可分为有机类、无机类和复合类3类。有机类粘结剂主要有煤沥青、煤焦油和石油沥青及其残渣、高分子聚合物、淀粉类、植物油渣类、动物胶类、工业废弃物、腐植酸盐、木质纤维素等。具有粘结性能好，型煤机械强度高的优点，但同时也具有使型煤热态强度和热稳定性较差，原料成本高的缺点。

无机粘结剂主要有粘土、水泥、水玻璃、生(熟)石灰、电石泥、磷酸盐、硫酸盐等。具有来源广、成本低，型煤热态强度和热稳定性好的优点，但是无机粘结剂会增加型煤的灰分,降低发热量。

复合粘结剂主要是有机物和有机物、有机物与无机物、无机物与无机物的相互掺和，以求达到单一粘结剂之间的互补，扬长避短，是粘结剂的开发方向，但存在复合粘结剂应用范围窄，研发费用高的缺点。因此，获得一种具有更高性价比的型煤粘结剂具有重要的社会和经济效益。

发明内容

本发明的目的是提供一种焦化污泥的新的用途，即焦化污泥作为型煤粘结剂的应用，这样不但解决了焦化污泥的处理问题，还解决了型煤粘结剂的选择问题，并且利用了污泥的热量，达到了焦化污泥资源化利用的目的。

申请人在长期的研究中发现，利用焦化厂污水处理过程中产生的焦化污泥可以有效的替代已有的型煤粘结剂，且具有意想不到的效果。同时申请人对焦化污泥的水分、添加量、成型压力进行了长期的研究优化，从而促成了本发明。

本发明一个方面涉及焦化污泥的应用，即焦化污泥作为型煤粘结剂的应用。

一种型煤，是将焦化污泥作为粘结剂添加到粉煤中，混合后压制成型来制备的。

上述焦化污泥添加到粉煤中的质量百分比为5-35%，优选为18-25%，最优选为20%。

上述的焦化污泥的含水率为20-50%，优选为40%。

压制成型的成型压力范围为10-40MPa，优化在25～35 MPa范围内，最优为30MPa。

附图说明

图1：污泥含水率对型煤抗压强度的影响；

图2：污泥添加比例对型煤抗压强度的影响；

图3：成型压力对型煤抗压强度的影响。

具体实施方式

焦化污泥是焦化厂污水处理过程中产生的固体废弃物，每生产100万吨焦炭约产生900吨焦化污泥。以此数据计算，仅七台河市焦化污泥每年的产量就可达1.8万吨。如此数量的焦化污泥大量积累，不仅将占用污泥贮存场所，而且其中的有害成分如酚类物质、病原菌、寄生虫卵、有机污染物及臭气将成为影响焦化厂及城市的环境卫生。因此，如何妥善科学地处置焦化污泥，也是焦化厂一个亟待解决的环境问题。

焦化污泥的成分中存在有机类和无机类物质。它的来源相对充足、质量较稳定，还具有一定的发热量，有许多与粘结剂性质相似的地方，而且从现在的污泥资源化利用的发展状况可知，目前还没有将焦化污泥作为型煤粘结剂制造生物质型煤的研究和生产工艺。如果以这种活性污泥作为粘结剂制得的型煤产品，则具有在生产过程中消耗能量少，处理污泥量大，对环境没有污染等特点。这样不但解决了焦化污泥的处理问题，还解决了型煤粘结剂的选择问题，并且利用了污泥的热量，达到了焦化污泥资源化利用的目的。

采集的新鲜焦化污泥测定其主要理化性质。焦化污泥基本成分见表1：

表1焦化污泥的基本成分分析

分析结果表明：

1）污泥的含水率是70.50%。从这个数值可以看出污泥的水分含量较高。在作为粘结剂过程中需要进一步的去除水分。

2）污泥的PH值为7.2。近似于中性。说明污泥中的酸性物质或碱性物质基本中和了。将污泥用作型煤的粘结剂，不会改变产品型煤的酸碱性，不存在腐蚀加工设备和燃烧设备的可能。

3）灰分的含量是25.75%。灰分较低，因为焦化污泥处理过程中采用的是A2/O或A/O工艺，其产生的污泥主要成分是死亡的菌体，菌体的主要成分是含碳的蛋白等，这是可燃物质，而且污泥中还存在着腐殖质易于燃烧，因此污泥的灰分较少。

4）氨氮的含量是8.39mg/g。污泥中的氨氮主要是以游离的氨和离子氨形式存在的氮。这主要来源于污水中含氮的有机物受到微生物作用的分解。在作为型煤粘结剂应用后，这部分物质可能转化成NO_X排放。

5）总氮含量为28.4 mg/g，磷含量为9.1mg/L。污泥中的氮、磷含量较低。

6）污泥发热量是14.69kJ/g。发热量较高，这是因为污泥中的有机物（主要是菌体，含碳的蛋白等）是易燃物质，而且污泥中的氨、氮物质都是可以燃烧的物质。如果将污泥作为型煤的粘结剂，则可以利用污泥的热量。

粉煤可以是将原煤用粉碎机破碎，过20目筛子，取筛下物制备的。也可以按型煤制备领域的现有技术来制备粉煤。

制备型煤的时候，将烘干或晒干的，含水量为20-50%的焦化污泥作为粘结剂添加到粉煤中，焦化污泥添加到粉煤的质量百分比为5-35%，混合后在成型压力范围为10-40MPa下压制成型来制备的。具体的制备方法可以参照目前型煤的常规制备工艺来进行。其中一种方法如下：

将粉煤和焦化污泥经过分别计量，定量给入。按比例给入的原料进入捏混成型工段，利用卧式搅拌机进行预先捏混，预先捏混的原料给入立式搅拌机进行捏混搅拌，捏混好的原料给入两台高压预压对辊成型机成型。成型产品经过固定筛筛分，未成型的原料返回捏混机重新捏混。

成型后的成品经过运输皮带、链板式输送机进入翻板式干燥机

为了使制备的型煤具有更好的抗压强度，本发明还对焦化污泥的水分、添加量、成型压力进行了长期研究优化，具体如下：

实施例1：焦化污泥的水分的优化

焦化污泥含水率对型煤抗压强度的影响实验结果见图1。随着焦化污泥含水率的增加，成型压力在20、30和40 MPa时，各种添加比例下型煤的抗压强度发生先上升后下降的变化，而且曲线变化显著；研究结果表明，焦化污泥含水率为40%时出现最大的抗压强度。

实施例2：焦化污泥添加比例对型煤抗压强度的影响

污泥添加比例对型煤的抗压强度实验结果见图2。随着污泥添加比例的增加，成型压力为10、20、30和40MPa时，各含水率下型煤的抗压强度发生先上升后下降的变化，而且变化显著。各污泥含水率下的污泥型煤在添加比例20%时抗压强度达到最大值。成型压力为30 MPa、污泥含水率为40%，添加比例为20%时污泥型煤的抗压强度达到最大值1067N/个。污泥添加比例在一定范围内，能对粉煤进行很好的润湿和粘结性，达到粘质分子和煤的真正接触，并为污泥和粉煤之间产生机械结合和物理化学结合创造了条件。污泥的表面张力小，煤的表面张力大，当它们均匀混合时，能够产生很好的机械结合和物理化学结合。当污泥添加比例过大时，混合物料中粘结剂含量过高，超过了对粉煤粘合饱和度，过多的粘结剂停留在粉煤表面，型煤压制过程中，使得成型的网状骨架的性质也发生了改变，出现断裂现象，导致型煤的抗压强度也随之降低。污泥的添加比例应该优化在18%～25%范围内，最优选为20%。

实施例3：成型压力对型煤抗压强度的影响

成型压力对型煤抗压强度的影响实验结果见图3。在污泥特定的含水率下，随着型煤成型压力的增加，各种添加比例的型煤抗压强度发生先上升后下降的变化，而且变化显著。成型压力为30 MPa时，型煤抗压强度达到最大值。含水率为40%的污泥添加比例为20%时，30 MPa的成型压力下抗压强度达到1067 N/个。污泥型煤压缩制备过程中，混合物料在一定成型压力下，粒子相互压缩，达到最大限度的密集，粒子不发生变形，物料能够形成具有一定强度的型块；随着成型压力增大，粒子相互之间进一步密集，它们之间的接触面大大增加，粒子间作用力和氢键作用增强，形成一个网状支撑骨架，促使型煤的抗压强度也随之提高，形成稳定性较好的型块；过大的成型压力，粒承受不了巨大的压力，被压碎成粉状，部分较长的纤维素被压断，网状支撑骨架结构破坏，生物质之间的交联作用减弱，使型煤的抗压强度降低。因此，在实际工业生产中，污泥型煤的成型压力应该优化在25～30MPa范围内。

综上所述，污泥含水率、添加比例和成型压力对污泥型煤抗压强度影响显著，污泥型煤最佳制备条件为污泥含水率优化在40%左右，添加比例优化在20%左右，成型压力优化在25～30 MPa范围内。

焦化污泥型煤性能指标测定

按照优化后的焦化污泥型成型工艺参数制备型煤，对焦化污泥型煤进行工业分析，测定其灰熔点，并分别测定焦化污泥型煤的抗压强度、落下强度、水浸强度、复干强度。分析结果见表2。

表2 型煤性能指标分析结果

对比黑龙江省地方标准《锅炉用蜂窝型煤》（DB23/T1300-2008），焦化污泥型煤的各项性能指标均能满足该标准中的型煤指标要求。

将制备的焦化污泥型煤用于锅炉燃烧，并监测锅炉燃烧不同燃料后污染物排浓度，监测结果见表3。

表3 焦化型煤燃烧污染物排放浓度单位：mg/m³

注：酚类和苯并芘在烟气排放口下风向30m采样。

由表3中数据可以看出，燃烧型煤污染物排放浓度明显低于原煤散烧。而污泥型煤和粘土型煤相比，其固硫和固氮效果略好。

Claims

1.一种焦化污泥的用途，其特征在于，是在型煤制备过程中作为粘结剂。

2.一种型煤，是将焦化污泥作为粘结剂添加到粉煤中，混合后压制成型制备的。

3.如权利要求2所述的型煤，其特征在于所述的焦化污泥添加到粉煤中的质量百分比为5-35%。

4.如权利要求3所述的型煤，其特征在于所述的质量百分比为18-25%。

5.如权利要求4所述的型煤，其特征在于所述的质量百分比为20%。

6.如权利要求2所述的型煤，其特征在于所述的焦化污泥的含水率为20-50%。

7.如权利要求6所述的型煤，其特征在于所述的焦化污泥的含水率为40%。

8.如权利要求2所述的型煤，其特征在于所述的压制成型的成型压力为10-40MPa。

9.如权利要求8所述的型煤，其特征在于所述的压制成型的成型压力范围为25～35MPa。

10.如权利要求9所述的型煤，其特征在于所述的压制成型的成型压力为30MPa。