CN102690698A - 污泥燃料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种污泥燃料，含有污泥、固硫剂、助燃剂及树皮，具有热值高，燃点低，燃烧充分、硫含量低、成本低、燃烧过程固硫等特点，能够作为燃煤替代物用于燃煤锅炉；本发明还提供了所述污泥燃料的制造方法，是将所述污泥、固硫剂等物料与水混合后，挤压成型并干燥，即得，该方法操作简单，实施容易，无需对污泥进行干化处理，无需高压、加热等苛刻条件，产品成型效果较好，抗压强度等各项指标优异。

Description

污泥燃料及其制造方法

技术领域

本发明涉及废弃物的处理和资源化利用工艺，特别涉及一种污泥燃料及其制造方法。

背景技术

造纸工业是国民经济中一个重要的组成部份，同时也是一个污染严重的行业。2011年我国造纸工业年产硬化污泥量就超过2000万吨。造纸污泥主要有两种：生物污泥和白泥。生物污泥是在造纸废水处理过程中产生的沉淀物质，主要是细小纤维和无机矿物类物质。白泥来源于碱回收车间白泥回收工段，是苛化反应的产物，主要成分是碳酸钙、苛化过程中加入的过量石灰、残余氢氧化钠、尘埃杂质等，其碱性较强，pH值一般在12～13。由于造纸污泥排放量大，含水率高(>70％)，呈淤泥状，且白泥呈强碱性，因此未经处理的造纸污泥会对环境造成严重影响。

市政污泥也是一种产量巨大的污染物，它是水处理过程中所产生的固态、半固态废物，主要包括污水处理厂污泥、城市排水管道污泥、自来水厂污泥。目前全国每年干污泥产生量高达800万吨，并以每年l5％的速度增长占我国总固体废物的3.2％。市政污泥中有机物含量高，极易腐败并产生恶臭，尤其是初沉淀池的污泥，含有大量病菌、寄生虫卵及病毒，易造成传染病的传播，由于我国污水处理厂的建设往往只注意污水处理达到排放标准，而未对污泥进行处理和处置，这势必造成二次污染，污水处理厂建得越多，污泥导致的二次污染风险也越大。

树皮含有大量纤维素、木质素等，质地坚硬，是造纸企业在纸浆生产过程产生的大量废弃物。由于不能用于造纸，因此长期被弃置于料场，不仅占用的大量场地，而且造成了环境污染。特别是国内造纸企业普遍存在此类问题。

现有技术提供了将污泥（包括造纸污泥）用于制造燃料或肥料的报道，例如将煤、污泥、沸石用于制造燃料块，一些现有技术中还会添加生石灰，此类技术中，煤的用量一般超过一半，成本较高。另外，现有技术也未能提供真正有效的树皮利用途径。文献“林业剩余物制造颗粒成型燃料技术研究”中记载以木屑、树皮等林业剩余物为原料制作燃料，需要辅以高压、加热等手段，同时控制原料含水率，否则会导致燃料表面严重热分解, 出现裂缝, 强度降低等各种缺陷，甚至于不成型，该工艺的工艺要求苛刻，技术难度较高。

由于造纸污泥和树皮的成分复杂，物理形态差异大，就目前的技术现状而言，二者的利用难度较大。

提供一种造纸污泥与树皮综合利用的新途径，是实现造纸污泥、市政污泥和树皮的无害化处理和资源化利用过程中，亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的之一在于针对上述不足，提供一种污泥燃料，以市政污泥（和/或造纸污泥）及树皮等作为原料，具有热值高，燃点低，燃烧充分、硫含量低、成本低、燃烧过程固硫等特点，能够作为燃煤替代物用于燃煤锅炉且热利用率高、SO₂排放量低，更重要的是降低造纸污泥、市政污泥、树皮等废弃物给环境保护带来的压力，同时创造了经济效益。

本发明所述的污泥燃料，其原料按重量份包括：20-40份污泥、2-5份固硫剂、22-38份树皮、33-35份助燃剂和0-5份的助剂；所述污泥为市政污泥和/或造纸污泥；所述树皮的粒度不大于0.5mm，原料中其余固体物料的粒度不大于1mm。

本发明所述的市政污泥均是指市政污水处理过程中产生的固态、半固态废弃物。

相比于现有技术的污泥燃料而言，本发明提供的污泥燃料具有热值高，燃点低，燃烧充分、硫含量低、成本低、燃烧过程固硫等特点，能够作为燃煤替代物用于燃煤锅炉且热利用率高、SO₂排放量低，降低造纸污泥、市政污泥、树皮等废弃物给环境保护带来的压力，同时创造了经济效益。

众所周知树皮由于质地坚硬、密度小且内部结构较为蓬松，可利用的空间极小，一般都是长期弃置于废料场。从燃料原料角度考虑，原料中添加树皮会导致燃料块成型及强度差，但树皮本身却又具有燃点低及燃尽性能好的优点，现有技术一直未能提供解决这种矛盾的技术手段。

而本发明技术方案之所以能够将树皮用于制作燃料块并且克服因树皮特性导致燃料块成型效果及强度不佳的缺陷，是由于本发明研究发现，通过控制树皮粒度能够消除树皮因为结构蓬松、密度小导致燃料成型时和形成产品的最终强度差的问题，同时将树皮燃点低，燃尽性能好的特点充分发挥出来。当树皮破碎粒度小于0.5mm时，将适量的树皮与适量的污泥等物料混合，能够制得强度（包括成型强度及干燥后的强度）较好的燃料块，且燃料块的燃点及燃尽性能也能够保持较好水平。本发明中树皮的添加量是较为合适的，添加过多则产品强度降低，如果添加过少，则会造成树皮热值的浪费。

本发明的方案中添加有污泥。虽然污泥所含的有机质蕴含巨大能量并且在先技术已经提供了多种以污泥或污泥制作燃料的方法，但污泥中含水量较高，现有技术普遍认为应先将污泥干化，再与助燃剂等组分混合是最切实可行的污泥燃料制作工艺，但显然污泥干化的成本过高，给生产周期及成本带来巨大压力。

本发明方案中限定了污泥的用量，产品热值高的同时，使得产品加工工艺得以简化，制造本发明所述的污泥燃料时，无需预先对污泥进行干化处理，而是可以直接将污泥与各种物料进行混合，再成型及干燥，操作简单，实施容易；相比于现有技术的污泥燃料，本发明的产品加工时更易于成型且强度较好。

在本发明的方案中添加有33-35份的助燃剂，所述助燃剂可以为现有技术中常规的允许作为燃料块助剂使用的物料，但最好是煤。因为加入助燃剂的目的是稳定热值和维持燃烧时间。由于锅炉一般对燃料的热值和燃烧时间要求较为严格，希望热值稳定，燃烧时间不能太长或太短。对于本发明而言，添加所述用量的助燃剂后污泥燃料的热值和燃烧时间皆可维持在较好和较稳定的状态。

本发明中，所述助剂可以为固氯剂、固硫剂、杀菌剂等现有技术常用的且可添加于燃料块中的助剂。

优选的，所述助剂为固氯剂和/或固氯剂。

优选的，所述固硫剂和固氯剂均为白泥、石灰和/或碳酸钙。

优选的，所述助燃剂为燃料煤。

本发明的目的之二在于提供一种制造所述污泥燃料的方法，无需对污泥进行干化处理，无需高压、加热等苛刻条件，产品成型效果较好，抗压强度等各项指标优异。

本发明的制造所述污泥燃料的方法，包括如下步骤：

（1）    用绞刀式破碎机破碎所述树皮，再将破碎后的树皮与其余原料混合，然后向所得混合物中加水并搅拌均匀，得粘稠泥状物料；本步骤中所加入的水的重量占粘稠泥状物料总重量的10-16%，破碎后的树皮的粒度不大于0.5mm，原料中其余固体物料的粒度不大于1mm；对于本步骤而言，粘稠泥状物料的含水量必须控制在一定水平，含水量低于10%或高于16%，均会导致产品难以成型，同时如果水分高于16%，会延长后续烘干时间和提高烘干成本。

（2）    将所述粘稠泥状通过挤出成型装置进行挤出成型，挤出压力为15-20 MPa，得燃料块；

（3）    将燃料块室温下晾干或者于110-150℃温度下烘干至燃料块中水分含量不大于4%(wt%)，得污泥燃料。对于本发明的产品，如果需要升温烘干，则烘干温度110-150℃才是适宜的，如果烘干温度低于110℃则烘干时间长、烘干效率低，如果烘干温度高于150℃，则可能发生热量积聚而导致烘燃事故的发生。

本发明的有益效果：

综上所述，相比于现有技术，本发明提供的污泥燃料，含有污泥、白泥、燃料煤及树皮，其中，污泥及树皮中富含有机质，其热值较大，可以作为生物质粒燃块的主要热值来源，污泥同时还具有粘结作用，能够提高物料成型时的粘结效果，本发明的污泥燃料具有热值高，燃点低，燃烧充分、硫含量低、成本低、燃烧过程固硫等特点，能够作为燃煤替代物用于燃煤锅炉，燃煤锅炉用户在使用本发明的污泥燃料替代40-50%（wt%）普通燃煤后(即在使用燃煤锅炉时，可以按重量百分百将40-50%的污泥燃料与50-60%的燃煤混合使用)，燃料热利用率可以提高5-10%，SO₂排放降低30-40%，成本节约10-15%。

而本发明提供的污泥燃料的制造方法，操作简单，实施容易，无需对污泥进行干化处理，无需高压、加热等苛刻条件，产品成型效果较好，抗压强度等各项指标优异。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

各实施例均按如下步骤操作：

1、              将树皮送至绞刀式破碎机中破碎至粒度不大于0.5mm；

2、              将破碎后的树皮、污泥、粒度均不大于1mm的固硫剂、助燃剂及固氯剂与水混合，得粘稠泥状物料；

3、              将所述粘稠泥状物料并通过双螺旋搅拌装置搅拌2-4分钟，然后用挤出式成型机挤出成型，得燃料块，成型机挤出头的直径为0.8-2cm；

4、              通过旋转式切割刀片将燃料块切割为长2-4cm、直径为0.8-2cm的圆柱体，再将圆柱体放入立式烘干窑进行烘干或置于场地晾干至水分不大于4%（wt%），即得所需污泥燃料。

   实施例1

本实施例的原料按重量份包括污泥20份、固硫剂(即白泥)2份、固氯剂0份、树皮38份和助燃剂（即燃料煤）36份，所述污泥按自身重量百分比包括40%的市政污泥和60%的造纸污泥。

本实施例步骤2中，水的重量为泥状物料总重量的10%，步骤3的挤出压力为15 Mpa，步骤4中圆柱体放入立式烘干窑进行烘干至产品含水量为4%（wt%），烘干温度为120℃。

实施例2

本实施例的原料按重量份包括污泥25份、固硫剂(即白泥)3份、固氯剂0份、树皮32份和燃料煤36份，所述污泥按自身重量百分比包括50%的市政污泥和50%的造纸污泥。

本实施例步骤2中，水的重量为泥状物料总重量的16%，步骤3的挤出压力为20 Mpa，步骤4中圆柱体放入立式烘干窑进行烘干至产品含水量为4%（wt%），烘干温度为130℃。

实施例3

本实施例的原料按重量份包括污泥30份、固硫剂白泥4份、固氯剂0份、树皮25份和燃料煤38份，所述污泥按自身重量百分比包括80%的市政污泥和20%的造纸污泥。

本实施例步骤2中，水的重量为泥状物料总重量的13%，步骤3的挤出压力为20 Mpa，步骤4中圆柱体放入立式烘干窑进行烘干至产品含水量为1%（wt%），烘干温度为140℃。

实施例4

产品按重量份包括污泥40份、固硫剂白泥5份、固氯剂0份、树皮22份和燃料煤33份，所述污泥按自身重量百分比包括100%的市政污泥和0%的造纸污泥。

本实施例步骤2中，水的重量为泥状物料总重量的15%，步骤3的挤出压力为15 Mpa，步骤4中圆柱体放入立式烘干窑进行烘干至产品含水量为0.1%（wt%），烘干温度为150℃。

测得各实施例产品的性质如下表：

结论：

本发明的方法通过将树皮破碎并混合造纸污泥、燃料煤进行成型、造粒生产生物质粒燃块，并用于燃煤锅炉替代现有普通燃煤，不仅实现了造纸污泥、树皮的无害化处置，更实现了其资源化利用，降低了使用厂家的生产成本和SO₂排放量，具有较好的推广价值。

最后需要说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，本领域技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的保护范围当中。 

Claims (5)

1.一种污泥燃料，其特征在于原料按重量份包括：20-40份污泥、2-5份固硫剂、22-38份树皮、33-35份助燃剂和0-5份的助剂；所述污泥为市政污泥和/或造纸污泥；所述树皮的粒度不大于0.5mm，原料中其余固体物料的粒度不大于1mm。

2.根据权利要求1所述的污泥燃料，其特征在于：所述助剂包括固氯剂和/或固硫剂。

3.根据权利要求2所述的污泥燃料，其特征在于：所述固硫剂和固氯剂均为白泥、石灰和/或碳酸钙。

4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的污泥燃料，其特征在于：所述助燃剂为燃料煤。

5.制造所述污泥燃料的方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）用绞刀式破碎机破碎所述树皮，再将破碎后的树皮与其余原料混合，然后向所得混合物中加水并搅拌均匀，得粘稠泥状物料；本步骤中所加入的水的重量占粘稠泥状物料总重量的10-16%，破碎后的树皮的粒度不大于0.5mm，原料中其余固体物料的粒度不大于1mm；

（2）将所述粘稠泥状物料通过挤出成型装置进行挤出成型，挤出压力为15-20 MPa，得燃料块；

（3）将燃料块室温下晾干或者于110-150℃温度下烘干至燃料块中水分含量不大于4%(wt%)，得污泥燃料。