CN102851097A - 污泥合成燃料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种污泥合成燃料及其制备方法，解决了现有技术中含水污泥制成的燃料含水率高，含水污泥的利用率低，原煤的利用率高，不利于大量消耗含水污泥和节约原煤，获得的污泥合成燃料也因原煤含量大、成本高、低碳环保性能差的技术问题。该污泥合成燃料，由含水率10～98％的污泥、助燃剂和调理剂制备而成，其中污泥的重量百分含量为10～90％，调理剂为0.1～6％，其余为助燃剂。利用农林剩余物，可有效降低污泥混合料的含水率，极大降低了污泥处理成本；使污泥燃料的干化容易实现；可以固硫，增加热值，污泥的利用率高，获得的污泥合成燃料热值高，成本低，变废为宝，燃烧工况和环保性能优良。

Description

污泥合成燃料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种污泥合成燃料领域，尤其涉及污泥合成燃料的配方配比以及将城市工业和民用生活污水处理厂产生的污泥合成为燃料的工艺。

背景技术

城市污水处理厂产生的含水污泥，可作为燃料利用，但一般认为，污泥在较低的含水率下，才能制成合成燃料，因此需要提高污泥脱水程度，其工艺复杂，成本高；另一方面，现有污泥合成燃料的配比和制备工艺中，含水污泥的利用率低，原煤的利用率高，不利于大量消耗含水污泥和节约原煤，获得的污泥合成燃料也因原煤含量大、成本高、低碳环保性能也较差。

发明内容

本发明提供了一种污泥合成燃料的配方配比及其制备方法，解决了现有技术中含水污泥制成的燃料含水率高，含水污泥的利用率低，原煤的利用率高，不利于大量消耗含水污泥和节约原煤，获得的污泥合成燃料也因原煤含量大、成本高、低碳环保性能差的技术问题。

本发明的技术解决方案是：

一种污泥合成燃料，其特殊之处在于：由含水率10～98％的污泥、调理剂和助燃剂制备而成，其重量百分含量为：污泥10～90％，调理剂0.1～6％，余量为助燃剂。

上述助燃剂是木屑或秸秆屑中的至少一种。

上述调理剂包括石灰。

优选的，污泥的重量百分含量为34～62％，调理剂的重量百分含量为1～3％，余量为助燃剂。

优选的，调理剂包括石灰以及次氯酸钠、次氯酸钙、氢氧化钠中的至少一种，所述调理剂中石灰的重量百分含量70％以上。

优选的，上述污泥的含水率为75～98％。

利用上述原料及配比制备污泥合成燃料的方法，包括以下步骤：1】将污泥、调理剂、助燃剂按权利要求1所述的比例混合均匀；

或者包括以下步骤：1】将含水率75～98％的污泥烘干或晒干至含水率75％以下，再与木屑、调理剂按照权利要求1所述的比例混合均匀；

或者包括以下步骤：1】将含水率75～98％的污泥与调理剂按权利要求1所述的比例混合均匀；2】将步骤1所得产物进行机械脱水或烘干脱水或晒干脱水，再与助燃剂混合均匀。

若上述步骤1】所得产物含水率高于10％，将所得产物烘干或晒干，使其含水率降到10％及以下，得到成品燃料；优选的，所述烘干是利用工业锅炉余热或人工热量烘干。

将步骤1】所得产物制成散状或蜂窝状后再烘干或晒干。

一种高热值的污泥合成燃料，由上述原料制成的燃料与热值提升剂制备得到，其中，热值提升剂的重量百分含量为15-85％；较优的，热值提升剂为煤粉、地沟油中的至少一种。

本发明的优点在于：

（1）合理的使用调理剂，例如石灰、次氯酸钠、次氯酸钙、氢氧化钠等，不仅具有除臭、杀菌、固硫、疏松污泥的作用，且成本低，尤其是，调理剂有利于将细胞中结合水脱离出来，有利于后续进一步脱水。

（2）有效利用农林剩余物，例如木屑、秸秆屑等，木屑或秸秆屑具有吸湿性，可以作为脱水剂，添加一定数量的木屑或秸秆屑，可有效降低污泥混合料的含水率，使污泥不需深度脱水就可用做燃料，极大降低了污泥处理成本；同时，木屑或秸秆屑与污泥混合后，木屑或秸秆屑吸收了污泥中的游离水并形成以木屑或秸秆屑为核表面附着污泥的小颗粒，改变了污泥凝胶结构，使污泥胶团中被禁锢的水分释放出来，增大了污泥与空气的接触面积，使污泥燃料的干化容易实现；木屑或秸秆屑富含钙、钠等金属离子，可以固硫；木屑或秸秆屑具有可燃性，不仅可以助燃，发热量一般在3500-4800kat/kg以上，还可以增加热值。因此，木屑或秸秆屑与调理剂可以协同作用，同时也能大量利用污泥，获得的污泥合成燃料热值高，成本低，变废为宝，燃烧工况和环保性能优良，且燃烧后的灰渣可做水泥、建筑材料等。

（3）该污泥合成燃料的制备方法简单，生产周期短，占地面积小，投资小，生产效率高，燃料产量高，经济效益高，社会效益高，利于规模化生产。

（4）该燃料可用于工业锅炉和民用灶炉，热值在2700-4600kal/kg，可替代原煤，减少对原煤的使用，环保性能优于原煤。

（5）加入煤粉或地沟油等热值提升合，可以进一步提高污泥燃料的热值，热值达到4600kal/Kg以上，甚至5900kal/Kg以上。

具体实施方式

本发明的机理如下：污泥合成燃料中，污泥含有大量的有机物，干基挥发份高达60～70％，可做燃料；但污泥包含大量的水分，污水处理厂未经处理的污泥含水率一般都在80～98％，污泥作为燃料利用，需降低水份。脱水的方式有多种，包括烘干、晒干、机械脱水、加入脱水剂脱水。烘干成本高，晒干的方法效率低、占用较大的空间，机械脱水的方法虽然效率高，但也有一定局限性，即含水污泥中存在大量结合水，单靠机械力脱水很难将水脱出来，因此需要加调理剂，使细胞中结合水容易脱离出来，变成游离水，有利于后续进一步脱水。

石灰作为调理剂主要成分，具有除臭、灭菌、固硫作用，且成本低，但作为无机物，降低了燃料热值，增加了燃烧后的灰渣量，不宜大量添加，因此调理剂使用量应适度。

木屑或秸秆屑具有吸湿性，可以作为脱水剂；木屑或秸秆屑富含钙、钠等金属离子，可以固硫；木屑或秸秆屑与污泥混合后，木屑吸收了污泥中的游离水并形成以木屑为核表面附着污泥的小颗粒，改变了污泥凝胶结构，使污泥胶团中被禁锢的水分释放出来，增大了污泥与空气的接触面积，使污泥燃料的干化容易实现，增加木屑或秸秆屑的混合量，可有效降低污泥混合料的含水率，使污泥不需深度脱水就可用做燃料，极大降低了污泥处理成本；因此，木屑或秸秆屑与调理剂可以产生协同作用。木屑或秸秆屑具有可燃性，不仅可以助燃，发热量一般在3500-4800kat/kg，还可以增加热值；同时也能大量利用污泥，获得的污泥合成燃料热值高，成本低，变废为宝，燃烧工况和环保性能优良，且燃烧后的灰渣可做水泥、建筑材料等。木屑是林业剩余物，包括木材加工剩余物、各种林区如防护林、灌木林、果树及村旁、田旁、路旁、河旁树林护树剪枝的剩余枝条，经粉碎后的屑沫料；灌木林是柠条、沙柳、杜鹃、山杏、沙棘、黑荆树林；果林是苹果、梨、桃、杏树林。秸秆屑是玉米杆、油菜杆、棉花杆、黄豆杆、高粱杆、小麦杆经粉碎后的屑沫料。

以下实验中，污泥合成燃料的原料选取：污泥来自西安市第三水厂民用生活污水污泥，含水率为10～98％，未经处理的污泥含水率较高，一般为80-98％，经过污水处理厂处理后污泥含水率在80％以下，其干基热值3500kal/kg；助燃剂选择木屑，尤其是灌木沙棘粉碎屑料，热值为4700kal/kg，也可以选择秸秆屑，热值为3656kal/kg；调理剂选择石灰。

该污泥合成燃料的制备方法一：

1】取重量百分含量为10～90％的污泥（含水率10～98％，含水率10～98％是指水的重量百分含量）、0.1～6％的石灰、其余为灌木沙棘粉碎屑料，混合均匀，或者按任意先后顺序混合，所制备的污泥合成燃料的性能指标见表1。

当污泥原料的含水率较高时，混合后的污泥合成燃料的含水率仍较高，此时，还需将1】所得产物制成散状或做成蜂窝状烘干或晒干，使其含水率降到10％及以下，符合国家燃料标准要求，得到成品燃料。

该污泥合成燃料的制备方法二：

当污泥原料含水率较高时，混合后的污泥合成燃料的含水率仍较高，此时，还可以先将污泥原料的含水率采用烘干或晒干的方法，使污泥原料的含水率先降下来，降至含水率为多少可以根据实际情况确定，再按表1中的混合比与灌木沙棘粉碎屑料混合均匀。若所得产物含水率仍高于10％，将其制成散状烘干或做成蜂窝状晒干，使其含水率降到10％及以下，符合国家燃料标准要求，得到成品燃料。例如，将含水率75～98％的污泥烘干或晒干至含水率10％左右，再与木屑、调理剂按照权利要求1所述的比例混合均匀，混合后含水率肯定在10％及以下；或者将含水率75～98％的污泥烘干或晒干至含水率40％左右，再与木屑、调理剂按照权利要求1所述的比例混合均匀，混合后含水率可能仍在10％以上，继续采用烘干或晒干的方法降低其含水率。烘干是利用工业锅炉余热或人工热量烘干。

该方法所得燃料的性能指标与表1相同，其成本相对与制备方法一较高。

由表1可见：

对于含水率98％的污泥：

燃料1：将其与木屑按照编号1-9的比例混合后，所得产物含水率为45％以上，其热值为4598kal/kg以下，根据经验，污泥合成燃料含水率在40％左右，就可以自持燃烧，该原料混合比例下，所得污泥合成燃料含水率在40％以上，仍不能自持燃烧，所以需要将其含水率进一步降低，即将所得产物制成散状或做成蜂窝状烘干或晒干，使其含水率降到10％及以下，符合国家燃料标准要求，得到成品燃料。

燃料2：将其与木屑按照编号10-15的比例混合后，所得产物含水率为41％以下，其热值为4608kal/kg以上，基本可以自持燃烧，但为使污泥合成燃料符合国家燃料标准要求，仍需将其烘干或晒干至含水率10％及以下。若期望通过继续增加木屑的使用量来使其含水率在10％及以下，虽然也能制成燃料，但污泥的利用率也随之降低。

对于含水率85％的污泥：

燃料3：将其与木屑按照编号1-9的比例混合后，所得产物含水率为42％以上，其热值为4498kal/kg以下，根据经验，污泥合成燃料含水率在40％左右，就可以自持燃烧，该原料混合比例下，所得污泥合成燃料含水率在40％以上，仍不能自持燃烧，所以需要将其含水率进一步降低，即将所得产物制成散状或做成蜂窝状烘干或晒干，使其含水率降到10％及以下，符合国家燃料标准要求，得到成品燃料。

燃料4：将其与木屑按照编号10-15的比例混合后，所得产物含水率为33％以下，其热值为4522kal/kg以上，基本可以自持燃烧，但为使污泥合成燃料符合国家燃料标准要求，仍需将其烘干或晒干至含水率10％及以下。若期望通过继续增加木屑的使用量来使其含水率在10％及以下，虽然也能制成燃料，但污泥的利用率也随之降低。

对于含水率50％的污泥：

燃料5：将其与木屑按照编号1-3的比例混合后，所得产物含水率为41％以上，其热值为3712kal/kg以下，根据经验，污泥合成燃料含水率在40％左右，就可以自持燃烧，该原料混合比例下，所得污泥合成燃料含水率在40％以上，仍不能自持燃烧，所以需要将其含水率进一步降低，即将所得产物制成散状或做成蜂窝状烘干或晒干，使其含水率降到10％及以下，符合国家燃料标准要求，得到成品燃料。

燃料6：将其与木屑按照编号4-15的比例混合后，所得产物含水率为39％以下，其热值为3774kal/kg以上，基本可以自持燃烧，但为使污泥合成燃料符合国家燃料标准要求，仍需将其烘干或晒干至含水率10％及以下。若期望通过继续增加木屑的使用量来使其含水率在10％及以下，虽然也能制成燃料，但污泥的利用率也随之降低。

对于含水率40％以下的污泥：

本身就可以自持燃烧。

综上可见：由于调理剂的量少，对所得产物含水率的影响不明显，可以忽略，但对热值的影响较大。当污泥的含水率一定时，木屑使用的量越多，所得污泥合成燃料的含水率越低，燃料热值越高，同时污泥的利用率越低；当配比一定时，污泥的含水率越低，所得污泥合成燃料的含水率越低，一般情况下，热值也会越低，成本也会相应降低，特殊情况下，即污泥原料的重量百分含量高，调理剂的使用量高时，热值会升高，见表1中燃料编号为1-2的例子。当污泥的重量百分含量为34～62％，调理剂1％-3％时，污泥的利用率较高，燃料热值较高，燃料的含水率较低，同时成本较低，是优选的实施例。

当助燃剂选择秸秆时，秸秆热值3656kal/kg，所得污泥合成燃料的性能指标见表4，表4中热值为燃料的干基热值，从表中看出，当污泥的重量百分含量为34～62％时，污泥的利用率较高，燃料热值较高，污泥合成燃料的含水率较低，同时成本较低，是优选的实施例。由于秸秆屑的热值相对于木屑较低，在其他条件均相同的情况下，所得燃料的热值也相对于木屑较低。

表1仅为实施例，并未涵盖污泥含水率全系列、配合比全系列以及合成燃料产品全系列。

该污泥合成燃料的制备方法三：

烘干脱水的成本高，晒干脱水的效率较低，且需要占用较大的场地，不如采用机械脱水的方法效率高。含水污泥中存在大量结合水，因此需要加调理剂，使污泥中的结合水脱离出来，有利于后续的机械脱水。

具体为：

1】将含水率75-90％的污泥与调理剂按表2的比例混合均匀，使污泥中的细胞水脱离出来，所加调理剂的比例与所得产物含水率、热值的关系见表2。

2】步骤1所得产物经强力带式脱水机进行机械脱水，可以脱水至含水率50～75％。

3】将步骤2所得产物与助燃剂木屑按照表3的比例混合均匀。

4】若步骤3所得产物含水率高于10％，将所得产物制成散状或蜂窝状烘干、晒干，使其含水率降到10％及以下，得到成品燃料。

对于含水率90～98％的污泥，可以先用离心脱水法将游离水脱去，使其含水率降低至90％以下，再采上述制备方法三。

由表2可知，对于含水率相同的污泥，所加石灰量越多时，脱水效果越好，但同时降低了热值；当污泥和石灰混合比相同时，当污泥含水率越低，所得产物含水率越低，热值越高。

以表2中含水率85％的污泥为例，将重量百分含量95.3％的污泥和4.7％的石灰混合后，其干基热值为2625kal/kg，可机械脱水至含水率60-75％；当机械脱水至75％时，与沙棘灌木屑料按照表3中序号1的比例混合，所得产物含水率68％，热值3263kal/kg，随着沙棘灌木屑料的增加，所得产物的含水率越来越低，热值越来越高；在同样的配合比的情况下，当机械脱水的程度越大，所得产物的含水率越低，热值也越低。详见表3。

仍以表2中含水率85％的污泥为例，将重量百分含量92.6％的污泥和7.4％的石灰混合后，其干基热值为2283kal/kg，可机械脱水至含水率50-75％，当脱水至55％时，与沙棘灌木屑料按照表3中序号1的比例混合，所得产物含水率50％，热值2761kal/kg，随着沙棘灌木屑料的增加，所得产物的含水率越来越低，热值越来越高；在同样的配合比的情况下，当机械脱水的程度越大，所得产物的含水率越低，热值也越低。详见表3。

上述制备方法一、二、三所得到的产品热值在2700-4600kal/kg左右，在获得以上燃料后，再加入热值提升剂，热值提升剂为煤粉或地沟油中的至少一种，可得到一种高热值的污泥合成燃料。其配合比及所得最终高热值的污泥合成燃料的性能指标见表5。表5中列出两种热值的煤粉，一种是5500kal/kg另一种是6056kal/kg。地沟油是城市餐饮业、机关单位食堂、居民生活废弃的动植物油脂，地沟油的热值一般为8000kal/kg。

Claims (10)

1.一种污泥合成燃料，其特征在于：由含水率10～98％的污泥、调理剂和助燃剂制备而成，其重量百分含量为：污泥10～90％，调理剂0.1～6％，余量为助燃剂。

2.根据权利要求1所述污泥合成燃料，其特征在于：所述助燃剂是木屑、秸秆屑中的至少一种。

3.根据权利要求1所述污泥合成燃料，其特征在于：所述调理剂包括石灰。

4.根据权利要求1所述污泥合成燃料，其特征在于：污泥的重量百分含量为34～62％，调理剂的重量百分含量为1～3％，余量为助燃剂。

5.根据权利要求1所述污泥合成燃料，其特征在于：所述调理剂包括石灰以及次氯酸钠、次氯酸钙、氢氧化钠中的至少一种，所述调理剂中石灰的重量百分含量70％以上。

6.根据权利要求1所述污泥合成燃料，其特征在于：所述污泥的含水率为75～98％。

7.根据权利要求1所述原料及配比制备污泥合成燃料的方法，其特征在于：包括以下步骤：1】将污泥、调理剂、助燃剂按权利要求1所述的比例混合均匀；

或者包括以下步骤：1】将含水率75～98％的污泥烘干或晒干至含水率75％以下，再与木屑、调理剂按照权利要求1所述的比例混合均匀；

或者包括以下步骤：1】将含水率75～98％的污泥与调理剂按权利要求1所述的比例混合均匀；2】将步骤1所得产物进行机械脱水或烘干脱水或晒干脱水，再与助燃剂混合均匀。

8.根据权利要求7所述制备污泥合成燃料的方法，其特征在于：若步骤1】所得产物含水率高于10％，将所得产物烘干或晒干，使其含水率降到10％及以下，得到成品燃料；优选的，所述烘干是利用工业锅炉余热或人工热量烘干。

9.根据权利要求8所述制备污泥合成燃料的方法，其特征在于：将步骤1】所得产物制成散状或蜂窝状后再烘干或晒干。

10.一种高热值的污泥合成燃料，其特征在于：由权利要求1所述原料制成的燃料与热值提升剂制备得到，其中，热值提升剂的重量百分含量为15-85％；较优的，热值提升剂为煤粉、地沟油中的至少一种。