CN103421573A - 以猪粪为原料的固体成型燃料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以猪粪为原料的固体成型燃料的制备方法，其步骤包括：先对猪粪进行干燥，将猪粪含水率降低至10%～25%，再将猪粪粉碎，然后按猪粪干基质量的2%～5%添加脱硫除臭防霉添加剂，以形成猪粪干化原料；按干重计将20%～100%的猪粪干化原料、0%～80%的生物质以及0%～20%的煤炭搅拌均匀以得到原料混合物，再由成型机热压成型，得到固体成型燃料。本发明具有简便易行、节能环保、处理效率高、生产成本低、便于大规模工业化生产的特点，固体燃料无臭味不易霉变，方便运输储藏，燃烧效率高，二次污染物排放少。实现了猪粪的无害化处理和资源化利用，可有效解决过量猪粪的处理处置问题。

Description

以猪粪为原料的固体成型燃料的制备方法
技术领域
本发明属于固体废弃物资源化领域，具体涉及一种以猪粪为主要原料制备固体成型燃料的方法。
背景技术
2000年我国猪粪产生量为15.4亿吨，相当于同期工业固体废物产生量（9.5亿吨）的1.6倍，并且猪粪产生量每10年增加1～2倍。猪粪的巨大产生量，使猪粪数量远远超过合理使用量和周围环境的处理能力。并且传统处理猪粪的方法，如堆肥、发酵产能等难以实现猪粪无害化处理和资源化利用。
近年来，国内外文献与专利也有以猪粪为原料制备燃料技术的报道。大部分技术采用先压制后干化的方法生产固体燃料，但容易在干化过程中开裂，降低其强度，在运输过程中也易破碎。大部分技术所制燃料并没有进行脱硫除臭防霉工艺，因此燃料易产生恶臭并容易发生霉变，甚至在使用时会造成严重的二次污染，难于使用和储藏。此外还有部分研究人员在原料制备过程中添加粘结剂，增加了生产成本，不利于大规模工业化生产。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种易成型、无恶臭、不易霉变、制作成本低、产品燃烧效率高，并且二次污染排放少的以猪粪为原料的固体成型燃料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
本发明以猪粪为原料的固体成型燃料的制备方法，包括以下步骤：
a. 预处理：对猪粪进行干燥，将猪粪含水率降低至10%～25%，再将猪粪粉碎并过筛，然后按猪粪干基质量的2%～5%添加脱硫除臭防霉添加剂，并搅拌均匀，得到猪粪干化原料；
b. 按干重计将20%～100%的猪粪干化原料、0%～80%的生物质和0%～20%的煤炭搅拌均匀得到原料混合物，再由成型机热压成型，制得固体成型燃料。
作为本发明的进一步改进，
所述方法中脱硫除臭防霉添加剂是由硫酸亚铁、碳酸镁和壳聚糖纤维中的任意两种或三种与生石灰混合制成。按质量分数计，生石灰为90%～95%，硫酸亚铁为0～8%，碳酸镁为0～8%，壳聚糖纤维为0%～2%。
所述原料混合物的热压成型压强为30MPa～120MPa，成型温度为80℃～130℃。
所述猪粪是通过水冲粪法经固液分离后、干清粪法或沼气池处理方法所得的猪粪。
所述猪粪干基热值范围为2500kcal/kg～4500kcal/kg，生物质的干基热值范围为3700kcal/kg～4700kcal/kg，煤炭的干基热值范围为4000kcal/kg～7000kcal/kg。
所述生物质优选杂草、落叶、树枝、棕榈壳、棕榈须、菌渣、藨草、水葫芦、芦苇、大米草、甘蔗渣、竹子、谷壳、秸秆、林产品加工过程中产生的刨花或木屑中的一种或多种。
所述煤炭优选烟煤、无烟煤或焦炭中的一种或多种。
所述猪粪干化原料、生物质和煤炭的粒径≤5mm。
所述固体成型燃料优选为颗粒状或者棒状。
本发明制备的固体成型燃料热值为3500kcal/kg～5000kcal/kg，烟尘排放浓度＜50mg/m3，SO2排放浓度为30mg/m3～70mg/m3，NOX排放浓度为50mg/m3～180mg/m3，Meyer强度≥6，固体成型燃料密度≥1000kg/m3，成型率≥95%，破碎率≤5%。
用DWD-10型电子式万能试验机测定固体成型燃料的Meyer强度（Meyer强度的定义是作用力除以投影的压痕面积，Meyer强度的计算公式如下：Hm=F/[π(Dh-h2)]，其中，Hm为Meyer强度（N/mm2）；F为压制棒的最大压力（N）；D为压制棒的直径（mm）；h为压制棒运行的距离（mm）。本发明方法制备的混合固体成型燃料具有较高的Meyer强度，有研究表明固体成型燃料的Meyer强度在4.0以上就能保证燃料在储运过程中不会发生碎裂，且在锅炉燃烧过程中能够保持骨架结构，提高燃烧效率。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1. 本发明采用先将猪粪干燥至含水率为10%～25%，再热压成型的工艺技术。不仅可防止燃料在成型过程中开裂而降低产品质量，在运输和使用过程中也更加方便。
2. 本发明将生物质、煤炭加入猪粪中可明显提高固体成型燃料的热值，特别是采用通过沼气池处理获得的猪粪为原料制备的固体成型燃料。固体成型燃料燃烧后，猪粪中的有机质、各类病原菌、激素、抗生素得到彻底清除，猪粪中的重金属得到固定，猪粪的体积和重量大大减少。
3. 本发明采用的脱硫除臭防霉添加剂，可通过以硫酸亚铁、碳酸镁和壳聚糖纤维中的两种或三种与生石灰混合制成。按质量分数计，添加剂含有生石灰90%～95%，硫酸亚铁0～8%，碳酸镁0～8%，壳聚糖纤维0%～2%。该添加剂不仅能起到除臭防霉的作用，在燃烧过程中也会减少二次污染。
4. 本发明的猪粪中的未消化的蛋白质、淀粉在加热的情况下起到了粘结剂的作用，因此不需要额外添加粘结剂，从而降低了生产成本，易于大规模工业化生产。在燃料成型过程中也具有能耗低、效率高、产量高等特点，成型设备运行稳定，易损件寿命长。
5. 本发明具有简便易行，处理速率高，制备成本低，便于大规模工业化生产等特点。制得的固体成型燃料具有强度高、热值高、性质均一，无臭味不易霉变，方便运输储藏，燃烧效率高，二次污染物排放少等特点。实现了猪粪的无害化处理和资源化利用，可有效解决过量猪粪的处理处置问题。
具体实施方式
以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例1：
本实施例的以猪粪为原料的固体成型燃料的制备方法，包括以下步骤：
a. 预处理：对经干清粪法所得的猪粪进行干燥，使其含水率降低至15%，再将干燥后的猪粪粉碎并过筛，得猪粪原料，猪粪原料粒径≤5mm；然后按猪粪干基质量的5%添加脱硫除臭防霉添加剂，搅拌均匀后得到猪粪干化原料，猪粪干化原料干基热值为3815 kcal/kg，该添加剂按质量分数计由92%的生石灰、6%的硫酸亚铁、2%的壳聚糖纤维混合制得。
b. 混合与成型：在成型压强为90MPa，成型温度为90℃的条件下通过环模成型机将猪粪干化原料挤压成型，得固体成型燃料。
本实施例所得的固体成型燃料为颗粒状，直径为8mm，长度为10～50mm，颗粒破碎率为2%，含水率为9%，热值为3605kcal/kg，固体成型燃料密度为1100kg/m3，颗粒Meyer强度为7.3，无明显臭味。
实施例2：
本实施例的以猪粪为原料的固体成型燃料的制备方法，包括以下步骤：
a. 预处理：对经水冲粪法经固液分离处理后的猪粪进行脱水，使其含水率降低至50%，再用烘干机对猪粪进行干燥，使其含水率降低至18%，然后将干燥后的猪粪进行粉碎并过筛，得猪粪原料，猪粪原料粒径≤4mm；然后按猪粪干基质量的3%添加脱硫除臭防霉添加剂，搅拌均匀后得到猪粪干化原料，猪粪干化原料干基热值为4465 kcal/kg，该添加剂按质量分数计由90%的生石灰、5%的硫酸亚铁、5%的碳酸镁混合制得。
b. 混合与成型：按干重计将60%的猪粪干化原料和40%的秸秆混合搅拌均匀，得到原料混合物，秸秆干基热值为4030 kcal/kg，秸秆含水率为18%，粒径≤4mm。在成型压强为50MPa，成型温度为110℃的条件下通过环模成型机将原料混合物挤压成型，得固体成型燃料。
本实施例所得的固体成型燃料为棒状，直径为30mm，长度为90～120mm，破碎率为3%，含水率为12%，热值为4180 kcal/kg，Meyer强度为6.5，固体成型燃料密度为1000kg/m3，无明显臭味。
实施例3：
本实施例的以猪粪为原料的固体成型燃料的制备方法，包括以下步骤：
a. 预处理：对经沼气池处理得到的猪粪进行干燥，使其含水率降低至20%，再将干燥后的猪粪粉碎并过筛，得猪粪原料，猪粪原料粒径≤3mm；然后按猪粪干基质量的2%添加脱硫除臭防霉添加剂，搅拌均匀后得到猪粪干化原料，猪粪干化原料干基热值为2575 kcal/kg，该添加剂按质量分数计由90%的生石灰、4%的硫酸亚铁、4%的碳酸镁、2%的壳聚糖纤维混合制得。
b. 混合与成型：按干重计将50%的猪粪干化原料、30%的菌渣以及20%的无烟煤混合搅拌均匀，得到原料混合物，菌渣干基热值为3705 kcal/kg，菌渣含水率为18%，菌渣粒径≤3mm，无烟煤干基热值为5560 kcal/kg，无烟煤含水率为15%，无烟煤粒径≤3mm。在成型压强为100MPa，成型温度为100℃的条件下通过环模成型机将原料混合物挤压成型，得固体成型燃料。
本实施例所得的固体成型燃料为颗粒状，直径为10mm，长度为15～60mm，颗粒破碎率为1%，含水率为11%，热值为3515kcal/kg，固体成型燃料密度为1200kg/m3，颗粒Meyer强度为6.8，无明显臭味。
实施例4：
本实施例的以猪粪为原料的固体成型燃料的制备，包括以下步骤：
a. 预处理：对经水冲粪法经固液分离处理后的猪粪进行脱水，使其含水率降低至48%，再用烘干机对猪粪进行干燥，使其含水率降低至10%，然后将干燥后的猪粪进行粉碎并过筛，得猪粪原料，猪粪原料粒径≤5mm；然后按猪粪干基质量的4%添加脱硫除臭防霉添加剂，搅拌均匀后得到猪粪干化原料，猪粪干化原料干基热值为4085 kcal/kg，该添加剂由95%的生石灰、3%的碳酸镁、2%的壳聚糖纤维组成。
b. 混合与成型：按干重计将20%的猪粪干化原料、60%的木屑以及20%的焦炭混合搅拌均匀，得到原料混合物，木屑干基热值为4690 kcal/kg，木屑含水率为18%，木屑粒径≤3mm，焦炭干基热值为7000 kcal/kg，焦炭含水率为15%，焦炭粒径≤3mm。在成型压强为120MPa，成型温度为130℃的条件下通过环模成型机将原料混合物挤压成型，得固体成型燃料。
本实施例所得的固体成型燃料为棒状，直径为20mm、长度为50～100mm、破碎率为2%，含水率为10%，热值为4990kcal/kg，固体成型燃料密度为1050kg/m3，Meyer强度为6.3，无明显臭味。
实施例5：
本实施例的以猪粪为原料的固体成型燃料的制备方法，包括以下步骤：
a. 预处理：对经干清粪法所得的猪粪进行干燥，使其含水率降低至20%，再将干燥后的猪粪粉碎并过筛，得猪粪原料，猪粪原料粒径≤3mm；然后按猪粪干基质量的5%添加脱硫除臭防霉添加剂，搅拌均匀后得到猪粪干化原料，猪粪干化原料干基热值为3350 kcal/kg，该添加剂按质量分数计由95%的生石灰、3%的碳酸镁、2%的壳聚糖纤维混合制得。
b. 混合与成型：按干重计将80%的猪粪干化原料和20%的无烟煤混合搅拌均匀，得到原料混合物，无烟煤干基热值为5540 kcal/kg，无烟煤含水率为18%，粒径≤3mm。在成型压强为75MPa，成型温度为120℃的条件下通过环模成型机将原料混合物挤压成型，得固体成型燃料。
本实施例所得的固体成型燃料为颗粒状，直径为8mm，长度为20～40mm，含水率为12%，破碎率为1%，热值为3595 kcal/kg，颗粒Meyer强度为9.2，固体成型燃料密度为1253kg/m3，无明显臭味。
实施例6：
本实施例的以猪粪为原料的固体成型燃料的制备方法，包括以下步骤：
a. 预处理：对经水冲粪法经固液分离处理后的猪粪进行脱水，使其含水率降低至55%，再用烘干机对猪粪进行干燥，使其含水率降低至16%，然后将干燥后的猪粪进行粉碎并过筛，得猪粪原料，猪粪原料粒径≤3mm；然后按猪粪干基质量的2%添加脱硫除臭防霉添加剂，搅拌均匀后得到猪粪干化原料，猪粪干化原料干基热值为4480 kcal/kg，该添加剂按质量分数计由92%的生石灰、6%的硫酸亚铁、2%的壳聚糖纤维混合制得。
b. 混合与成型：按干重计将20%猪粪干化原料和80%木屑混合搅拌均匀，得到原料混合物，木屑干基热值为4328 kcal/kg，木屑含水率为15%，粒径≤3mm。在成型压强为100MPa，成型温度为90℃的条件下通过环模成型机将原料混合物挤压成型，得固体成型燃料。
本实施例所得的固体成型燃料为颗粒状，直径为7.5mm，长度为30～50mm，破碎率为2%，含水率为10%，热值为4328 kcal/kg，Meyer强度为8.5，固体成型燃料密度为1076kg/m3，无明显臭味。
除以上实施例中所给出的煤炭原料外，煤炭原料还可为烟煤，也可为烟煤、无烟煤或焦炭中的多种作为煤炭原料。
除以上实施例中所给出的生物质原料外，还可由杂草、落叶、树枝、棕榈壳、棕榈须、藨草、水葫芦、芦苇、大米草、甘蔗渣、竹子、谷壳、林产品加工过程中产生的刨花中的一种或多种作为生物质原料。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。 

Claims (9)

1.一种以猪粪为原料的固体成型燃料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
a. 预处理：对猪粪进行干燥，将猪粪含水率降低至10%～25%，再将猪粪粉碎并过筛，然后按猪粪干基质量的2%～5%添加脱硫除臭防霉添加剂，并搅拌均匀，得到猪粪干化原料；
b. 按干重计将20%～100%的猪粪干化原料、0%～80%的生物质和0%～20%的煤炭搅拌均匀以得到原料混合物，再由成型机热压成型，制得固体成型燃料。
2.根据权利要求1所述的以猪粪为原料的固体成型燃料的制备方法，其特征在于，所述脱硫除臭防霉添加剂是由硫酸亚铁、碳酸镁和壳聚糖纤维中的任意两种或三种与生石灰混合制成，按质量分数计，该添加剂含有生石灰90%～95%，硫酸亚铁0～8%，碳酸镁0～8%，壳聚糖纤维0%～2%。
3.根据权利要求1所述的以猪粪为原料的固体成型燃料的制备方法，其特征在于，所述原料混合物的热压成型压强为30MPa～120MPa，成型温度为80℃～130℃。
4.根据权利要求1所述的以猪粪为原料的固体成型燃料的制备方法，其特征在于，所述猪粪是通过水冲粪法经固液分离后、干清粪法或沼气池处理所得的猪粪。
5.根据权利要求1所述的以猪粪为原料的固体成型燃料的制备方法，其特征在于，所述猪粪干基热值范围为2500kcal/kg～4500kcal/kg，生物质干基热值范围为3700kcal/kg～4700kcal/kg，煤炭干基热值范围为4000kcal/kg～7000kcal/kg。
6.根据权利要求5所述的以猪粪为原料的固体成型燃料的制备方法，其特征在于，所述生物质为杂草、落叶、树枝、棕榈壳、棕榈须、菌渣、藨草、水葫芦、芦苇、大米草、甘蔗渣、竹子、谷壳、秸秆、林产品加工过程中产生的刨花或木屑中的一种或多种。
7.根据权利要求5所述的以猪粪为原料的固体成型燃料的制备方法，其特征在于，所述煤炭为烟煤、无烟煤或焦炭中的一种或多种。
8.根据权利要求5所述的以猪粪为原料的固体成型燃料的制备方法，其特征在于，所述猪粪干化原料、生物质和煤炭的粒径≤5mm。
9.根据权利要求1～8任一项所述的以猪粪为原料的固体成型燃料的制备方法，其特征在于，所述固体成型燃料为颗粒状或者棒状。
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