CN103436321B - 以高湿生活垃圾、城市污泥制备衍生燃料的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明专利公开一种高效的利用高湿的生活垃圾、城市污泥制备衍生燃料的工艺过程。以生活垃圾、城市污泥为主要成分，无需人工分选且生活垃圾和污泥无需预先脱水、烘干，而是采用逐级逐步将生活垃圾破碎，按顺序添加一定比例的添加剂，通过精破搅拌成型一体机将混合物进行两次破碎、搅拌、干燥，生活垃圾被充分粉碎，污泥与生活垃圾、添加剂充分混合进行改性处理。利用污泥的粘性，通过成型机将其挤压成型，最后输送至低温干燥机进行烘烤。实现了生产过程节能和零排放的目标。
Description
技术领域
本发明涉及生活垃圾和城市污泥的处理方法，具体是一种以高湿生活垃圾和城市污泥制备衍生燃料的工艺方法。
背景技术
用生活垃圾和污泥制备成衍生燃料的工艺过程，国内外已有很多的研究，但鲜见有实现工艺过程产业化者。究其原因，主要是无法逾越以下几个公认的“高能耗”难题。
1、现有的利用生活垃圾与污泥制备衍生燃料工艺，大多数都是采用“干成型”。即成型前垃圾、污泥必须经过脱水或专门的烘干工序。那么这就面临以下几个主要问题：
问题一：垃圾脱水后产生的污水量大，处理成本高。国内外许多科研院所、企业在研究利用生活垃圾制造衍生燃料工艺过程中（国外称为RDF），大多数都有脱水工序。生活垃圾的含水率一般在45%~70%左右，如果是雨水较多的季节占比会更高。按人均产生生活垃圾1.25kg/天计算，一个50万人口的城市每天产生生活垃圾量达625吨。假设脱水后垃圾含水率为20%~25%，那么仅仅是垃圾脱水，每天产生的污水量就达180~300吨，又形成另一个更可怕的污染源。这无疑加重的污水处理厂的负担，同时也大大增加了垃圾处理的成本。
问题二：对生活垃圾直接烘烤工序能耗过高，大大提高了处理过程的运营成本。很多基于生活垃圾制备衍生燃料的工艺过程涉及了生活垃圾直接烘烤工序。实际生产中，由于生活垃圾的组成非常复杂，烘烤时都面临一个尴尬的局面，易燃物已经燃烧了，但含水量大的生活垃圾水分蒸发还远远不够。将生活垃圾破碎后再烘烤会明显改变这一现象，但效果仍然有限。将1公斤水变成水蒸汽，需要耗电量是1度。生活垃圾含水量一般在45%~70%左右，假定最后的衍生燃料含水量降至15%以下才适合燃烧。按每天处理150吨的生活垃圾处理生产线计算，如果将生活垃圾含水量降至15%~20%左右，则需要耗电量将近4.5万度。使用自然风干或阳光晒干这些方式的生产周期长，要实现大批量处理生活垃圾，基本上没有可操作性。
问题三：污泥脱水难。国内外许多科研院所、企业在研究污泥处理的难题。现在一般都是采用压滤法或用叠螺机进行脱水，出厂的污泥含水率一般都在80%以上。使用机械设备降低其含水率主要有以下两种方法：一是必须加大絮凝剂投入量导致处理成本提高，二是延长生产周期导致每天的污水处理能力下降。
问题四：污泥干燥难。一个人口在30万左右的城市，每天产生的污水经处理后滤出的污泥量在20吨左右。从污水处理厂排放出来的污泥含水率按80%，现有利用城市污泥制备衍生燃料的技术要求污泥的含水量一般在50%以下。按1公斤水变成水蒸汽需要耗电1度计算，蒸发水分需要消耗电能是（80%-50%）×20吨×1000度/吨=6000度/天，直接烘烤需要的能耗看似并不高，但是直接烘烤根本不可行。这是因为城市污泥的组成复杂，是粘稠状的油泥混合物，其表面被烘干了，内部含水率基本是保持不变的。我们参加过一污泥处理厂堆放了三年污泥，只有表层风干了，内部含水率基本是保持不变的，用脚轻轻地踩在污泥上面，脚很容易陷下去。这也证明了自然风干、阳光晒干是不可行的。
2、有些发明采用了先将垃圾粘合成燃料再烘烤的工艺，但是也难以实现产业化。主要是因为：
(1) 垃圾破碎后颗粒度不够细，成型效率不高，能耗过高。将生活垃圾粉碎至2mm以下，并添加适当的粘合剂混合，是很容易制成衍生燃料的。目前将生活垃圾粉碎至粉末状的方法有研磨、挤压、反复破碎，要达到2mm以下这个粉碎效果，所用的机器每小时耗电都在30度以上且其处理能力小于1吨/小时。仅此一项能耗就非常高，致使大批量处理生活垃圾基本上不可行。
(2) 生产流程过长，工艺复杂，无法实现当天收集的生活垃圾当天处理。
综上分析，生产过程成本高，无法达到“零排放”的环保要求，是制约其产业化的主要原因。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提出了一种以高湿生活垃圾、城市污泥为主要成分，制备衍生燃料的工艺，是一种节能高效的产业化制备工艺。
实现本发明目的的技术方案是：
一种以高湿生活垃圾、城市污泥制备衍生燃料的工艺，包括以下工序：
(1)抓破及磁选工序：用破碎机对袋装的生活垃圾进行破袋，拆分；同时对大块石头、砖块、玻璃进行挤裂、破碎；金属经磁选出后，垃圾输送至筛土工序。
(2)筛土工序：用滚筒筛将挤碎的石头、砖块、玻璃筛选出去，其余的筛上物输送至粗破及磁选工序。
(3)粗破及磁选工序：用破碎机对上工序送来的生活垃圾进行粗级破碎，磁选后输送至中破及磁选工序；经本工序破碎后，90%的生活垃圾的长和宽小于50mm×120mm。
(4)中破及磁选工序：用破碎机对上工序送来的生活垃圾进行中级破碎，磁选后输送至细破工序；经本工序破碎后，90%的生活垃圾的长和宽小于30mm×50mm。
(5)细破工序：用破碎机对上工序送来的生活垃圾进行细级破碎；经本工序破碎后，90%的生活垃圾的长和宽小于15mm×10mm。
(6)精破、搅拌、干燥工序：将细破工序输送来的生活垃圾原料，与通过定量给料机送来的污泥、添加剂1按比例送入精破搅拌干燥一体机，进行精细破碎、搅拌充分混合、干燥；
所述生活垃圾：污泥：添加剂1=1：0.6： 0.3~0.5；
所述污泥含水率在75%~80%；
所述添加剂1按重量百分比计为：5%~8%的氯化亚铁、3%~5%的氯酸钾、3%~5%的高氯酸钾、3%~5%的硝酸钾、3%~5%的碳酸钠、50%~70%的焦煤粉、5%~10%的漂白粉，总量是100%混合而成；
机器工作温度在160℃~200℃之间，进行精细破碎、搅拌改性、干燥处理。使其含水率在50%~65%；
所述添加剂氯化亚铁可固硫除臭；高氯酸钾可分解放出氧气；硝酸钾可分解放出氧气。
(7)二次精破、搅拌、干燥工序：将上工序的混合物通过20-30米的长距离输送，让更多的水份在余热的作用下自然蒸发，进行精细破碎、搅拌改性、干燥处理。启动精破搅拌干燥一体机的温度控制功能，机器工作温度在160℃~200℃之间，使其含水率在40%~55%。
(8)精破、搅拌、成型工序：将上工序的混合物通过20-30米的长距离输送，让更多的水份在余热的作用下自然蒸发。通过定量给料机按来料重量的3%~5%配送添加剂2至精破搅拌成型一体机挤出成型；
所述添加剂2按重量百分比计为， 5~10%小苏打、90~95%工业盐，总量是100%混合组成；
在成型过程中，控制成型一体机工作温度在30-50℃，以避免小苏打释放二氧化碳而影响成型。本工序所用的成型一体机功率为37-55KW，产能为6~8T/H。
(9)低温干燥工序：将上工序的成型燃料输送至温度为80-180℃的低温干燥机内干燥50-70分钟，即完成衍生燃料的制备工艺过程。本工序所用低温干燥机，功率为180-220KW，产能为6~8T/H。干燥产生的水蒸汽通过烟气净化装置进行过滤处理，达标后排放到大气中。
合成后的衍生燃料热值在3800~4500大卡。
所述添加剂2中的小苏打释放二氧化碳而在成型燃料表面、内部形成许多致密小孔，加快了水分散失且利于衍生燃料的燃烧。低温干燥后使其含水率快速降至30%以下，保证其在运输或堆放过程中不会散、碎即可。
所述工序（1）、（3）、（4）、（5）采用转速为20-35r/min的低速对滚剪切式破碎机。
本发明的显著优点在于：
1. 经实践证明，高速破碎机对刀具材料的要求高，且刀具容易损坏。本发明的抓破及粗、中、细破工序都是选用转速为20-35r/min的低速对滚剪切式破碎机破碎，有效地保护破碎刀具，使其使用寿命大大地延长，降低了生产成本。
2.采用多级破碎、多次磁选，既提高了生产率又极大地保护了机器，保证生产连续、正常地进行。
3.整个生产工艺过程无需预先对垃圾原料、污泥进行脱水处理或烘烤处理，彻底解决衍生燃料制备过程中能耗过高、对环境污染大或产生二次污染的问题，真正实现了生产过程零排放的目标。
4.无需改变污水处理厂的污水处理工艺或增加污水处理厂的处理成本，无需使用粘合剂。污泥的含水率在75%~80%，低位热值在1800~2200大卡即可，利用污泥的粘结性实现生活垃圾的粘结。
5.利用污泥的粘性实现了湿成型。只要混合物的含水率在40%~60%，都能成型，极大地降低了生产工艺难度，实现了节能。
6.烘烤费用低廉。使用低温干燥机进行成品连续干燥，每小时干燥量达6~8吨，每小时耗电180KW，成品干燥费用小于35元/吨。干燥过程中因小苏打分解释放二氧化碳，加快了水分散失且利于衍生燃料的燃烧。
7.整个生产工艺过程非常简单、高效。从原料进入生产线到生产出产品，整个过程不到2个小时，实现污泥当天收集即可完成当天处理的目标。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
一种基于生活垃圾和城市污泥制备衍生燃料的湿成型工艺，包括以下工序：
(1)抓破及磁选工序：用破碎机将袋装的生活垃圾进行破袋，拆分；同时将大块石头、砖块、玻璃进行挤裂、破碎；金属经磁选出后，垃圾输送至筛土工序。
抓破机选用美国SSI公司的SSI-M100E型破碎机。其转速为26r/min；破碎刀具厚度是50mm。破碎能力是25T/H。磁选机选用山东潍坊恒基磁电机械有限公司的RCYD-8特强T3型，其磁场强度≥1500高斯。由皮带输送至下一工序。
(2)筛土工序：用滚筒筛将挤碎的石头、砖块、玻璃筛选出去，其余的筛上物输送至粗破及磁选工序。
滚筒筛选用河南巩义市华盛铭重工机械厂生产的GTS1550型，电机功率是11KW，筒体转速是17r/min，筛网的孔径是60mm。
(3)粗破及磁选工序：用破碎机将上工序送来的生活垃圾进行粗级破碎，磁选后输送至中破及磁选工序；经本工序破碎后，90%的生活垃圾的长和宽小于50mm×120mm。
粗破机选用美国SSI公司的SSI-M85E型破碎机。其转速为26r/min；破碎刀具厚度是50mm。破碎能力是25T/H。磁选机选用山东潍坊恒基磁电机械有限公司的RCYD-8特强T2型，其磁场强度≥1200高斯。
(4)中破及磁选工序：用破碎机将上工序送来的生活垃圾进行中级破碎，磁选后输送至细破工序；经本工序破碎后，90%的生活垃圾的长和宽小于30mm×50mm。
中破机选用美国SSI公司的SSI-M85E型破碎机。其转速为26r/min；破碎刀具厚度是30mm。破碎能力是25T/H。磁选机选用山东潍坊恒基磁电机械有限公司的RCYD-8特强T1型，其磁场强度≥900高斯。
(5)细破工序：用破碎机将上工序送来的生活垃圾进行细级破碎；经本工序破碎后，90%的生活垃圾的长和宽小于15mm×10mm。
细破机选用美国SSI公司的SSI-M70E型破碎机。其转速为26r/min；破碎刀具厚度是15mm。破碎能力是20T/H。
(6)精破、搅拌、干燥工序：将细破工序输送来的生活垃圾原料，与通过定量给料机送来的污泥、添加剂1按比例送入精破搅拌干燥一体机，进行精细破碎、搅拌充分混合、干燥。
所述生活垃圾：污泥：添加剂1=1：0.6： 0.3~0.5。
所述污泥含水率在75%~80%。
所述添加剂1按重量百分比计为：5%~8%的氯化亚铁、3%~5%的氯酸钾、3%~5%的高氯酸钾、3%~5%的硝酸钾、3%~5%的碳酸钠、50%~70%的焦煤粉、5%~10%的漂白粉，总量是100%混合而成。
机器工作温度在160℃~200℃之间，进行精细破碎、搅拌改性、干燥处理。使其含水率在50%~65%。
(7)二次精破、搅拌、干燥工序：将上工序的混合物通过20-30米的长距离输送，让更多的水份在余热的作用下自然蒸发，进行精细破碎、搅拌改性、干燥处理。启动精破、搅拌、干燥一体机的温度控制功能，机器工作温度在160℃~200℃之间，使其含水率在40%~55%。
二次精破、搅拌、干燥工序：采用自主研发的JJC250型精破、搅拌、干燥一体机，转速为27r/min，破碎能力是10T/H。采用两台并行工作。
(8)精破、搅拌、成型工序：将上工序的混合物通过20-30米的长距离输送，让更多的水份在余热的作用下自然蒸发。通过定量给料机按来料重量的3%~5%配送添加剂2至精破搅拌成型一体机挤出成型。
所述添加剂2按重量百分比计为， 5~10%小苏打、90~95%工业盐，总量是100%混合组成。
在成型过程中，控制成型一体机工作温度在30-50℃，以避免小苏打释放二氧化碳而影响成型。
精破、搅拌、成型工序采用自主研发的精破搅拌成型一体机JJC200型机器，转速为32r/min，成型能力是6~8T/H。
(9)低温干燥工序：将上工序的成型燃料输送至温度为80-180℃的低温干燥机内干燥50-70分钟，即完成衍生燃料的制备工艺过程。干燥产生的水蒸汽通过烟气净化装置进行过滤处理，达标后排放到大气中。
低温干燥工序采用自主研发的DWHK200型（专利号为ZL2013 2 0077142.9）机器，功率为180-220KW，产能为6~8T/H。烟气净化装置采用JFE公司的小型烟气净化装置（该产品排放标准达到欧洲标准）。
Claims (2)
1.一种以高湿生活垃圾、城市污泥制备衍生燃料的工艺，包括以下工序：
(1)抓破及磁选工序：用破碎机将袋装的生活垃圾进行破袋，拆分；同时将大块石头、砖块、玻璃进行挤裂、破碎；金属经磁选出后，垃圾输送至筛土工序；
(2)筛土工序：用滚筒筛将挤碎的石头、砖块、玻璃筛选出去，其余的筛上物输送至粗破及磁选工序；
(3)粗破及磁选工序：用破碎机将上工序送来的生活垃圾进行粗级破碎，磁选后输送至中破及磁选工序；
(4)中破及磁选工序：用破碎机将上工序送来的生活垃圾进行中级破碎，磁选后输送至细破工序；
(5)细破工序：用破碎机将上工序送来的生活垃圾进行细级破碎；
(6)精破、搅拌、干燥工序：将细破工序输送来的生活垃圾，与通过定量给料机送来的城市污泥、添加剂1按比例送入精破搅拌干燥一体机，进行精细破碎、搅拌充分混合、干燥；干燥温度为160-200℃；
所述生活垃圾：城市污泥：添加剂1=1：0.6：0.3~0.5；
所述添加剂1按重量百分比计为：5%~8%的氯化亚铁、3%~5%的氯酸钾、3%~5%的高氯酸钾、3%~5%的硝酸钾、3%~5%的碳酸钠、50%~70%的焦煤粉、5%~10%的漂白粉，总量是100%混合而成；
(7)二次精破、搅拌、干燥工序：将上工序的混合物通过20-30米的长距离输送至精破搅拌干燥一体机，进行二次精细破碎、搅拌、干燥处理；干燥温度为160-200℃；
(8) 精破、搅拌、成型工序：将上工序的混合物通过20-30米的长距离输送，通过定量给料机按来料重量的3%~5%配送添加剂2至精破搅拌成型一体机挤出成型；成型温度为30-50℃；
所述添加剂2按重量百分比计为， 5~10%小苏打、90~95%工业盐，总量是100%混合组成；
(9)低温干燥工序：将上工序的成型燃料输送至温度为80-180℃的低温干燥机内干燥50-70分钟，即完成衍生燃料的制备工艺过程。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：工序（1）、（3）、（4）、（5）采用转速为20-35r/min的低速对滚剪切式破碎机。
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