CN104004563A - 一种环保型污泥复合成型燃料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保型污泥复合成型燃料及其制备方法，该方法为先对污泥脱水预处理；将贝壳粉末、铝粉和生物质粉混匀得调理剂；再将脱水的污泥切碎与调理剂混合，压制为粒状成型物料，干燥后浸一层废油，晾干，即可。本发明的燃料抗压强度>95kPa，落下强度>95％，远大于型煤机械性能；固硫固氯效果佳，分别可达85.4%和87.8%；发热量可达5025大卡；浸水强度达54.6kPa，着火点降至240℃，耐潮、防水性能显著提高，易燃性增强；本发明中铝粉可与燃烧中的金属氧化物发生类“铝热反应”，促进碳粒的完全燃烧、并阻止还原性污染气体生成，燃烧活性高；且本发明操作简单、原料易得、成本低、环境污染小等优点。

Description

一种环保型污泥复合成型燃料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种环保型污泥复合成型燃料及其制备方法，属于废物燃料化再利用技术领域。

背景技术

污泥燃料化利用被认为是有望取代传统污泥处理技术最有发展前途的方法之一，据预测，在欧洲未来的 10 年里，采用燃料化的污泥量将翻一番。污泥燃料化利用技术目前主要包括两个方面，一是污泥热解制油，二是制作污泥合成燃料。其中，污泥热解制油，由于油分比较复杂，且热解过程无法精确控制，目前尚难进入工业应用领域，因此，该项技术目前主要停留在实验室研究阶段，其实用价值近期很难体现。而将污泥制作合成燃料，其技术门槛和投入成本相对较低，易于推广应用，其规模化工业利用前景被一致看好。

目前，围绕提高污泥燃料燃烧和环保性能、降低污泥燃料化成本，业内进行了大量的技术开发和完善。其制备方法如“一种污泥煤混合燃料及使用方法（CN 101191089 B）” ，用占总重量35 ～50％的煤与污泥混合制备燃料。“污泥衍生清洁燃料的制造方法（CN 101289637 A）”中，在污泥干化处理过程中增加污泥好氧发酵剂污泥调理、成品成型步骤得到污泥燃料。“环保型污泥固体燃料及其制备方法（CN 101684422 B）”则用污泥、高锰酸钾、工业盐( 主含氯化钠，有少量氯化镁和氯化钾等)、生物质吸附剂( 以木糠、竹糠、其它植物质碎屑或粉配比组合)、清灰化焦剂、潲水油等混合。“一种污泥燃料及其制备方法（CN 101597532 B）”中，用含水污泥29.5-85％，稻壳灰10-70％，脱臭杀菌剂（氧化钙、次氯酸钙、次氯酸钠、二氧化氯中的一种或一种以上的混合物）0.5-5％制备污泥燃料，其燃烧灰中富含二氧化硅。“一种污泥生物燃料及其制造方法（CN 102041126 A）”所述的污泥生物燃料，在重量比为（1 ∶ 8 ～ 8 ∶ 1）的污泥和煤炭粉混合物中，加以碱金属化合物（氢氧化锂、碳酸锂、草酸锂、氢氧化纳、碳酸纳、草酸钠、氢氧化钾、碳酸钾、草酸钾、氢氧化钙、碳酸钙及草酸钙当中的一种或几种）为特征的燃烧催化剂与以植物纤维、草炭和木炭当中的一种或几种组合的物质为特征的助燃剂，得到污泥生物燃料。“污泥合成燃料的生产工艺（CN 101717679 A）” 所述的将含水率为80%的脱水污泥用煤粉及碱组成专用添加剂处理后干化制得污泥燃料。

以上技术方法，按成型前污泥含水率的高低大致可以分为三类：一是将污泥与辅助燃料先干化在压制成型（干化污泥成型）；二是将污泥半干化后与辅助燃料混合压制成型（半干化污泥成型）；三是将湿污泥直接与辅助燃料混合压制后将产品干化（湿污泥直接成型）。这三种方法中，普遍采用的外源调理剂如煤、次氯酸钙、次氯酸钠等对污泥进行调质，这不仅引入外源氯、硫，使燃料中氯、硫元素总量提高，还使外源的粘结剂、固硫剂、固氯剂等药剂添加量和种类增多，提高处理成本，进而影响了燃料的品质和环保性能。干化污泥后成型工艺制备的成型燃料燃烧性能较好，但污泥深度脱水成本较高，在经济上不可行，并且仍存在成品易吸水、燃烧不完全，易产生还原性气体，造成化学热损大等问题。湿污泥直接成型技术可直接绕开最困难的污泥干化过程，但实际操作起来仍存在污泥与调理剂难以混合均匀、干化、易开裂、品质低等诸多困难。污泥半干化成型技术能发挥污泥最强的粘结作用，但其工艺大多复杂，预处理和后期干化处理量较大，需占用较大的工艺面积，同时，成型燃料的品质和燃烧特性也难以在后期干化中保持，造成产品性能不稳定，制约了其进一步产业化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环保型污泥复合成型燃料。

本发明的另一目的在于提供一种环保型污泥复合成型燃料的制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种环保型污泥复合成型燃料，其制备方法包括以下步骤：

1）对污泥脱水预处理，使其含水率为50～65%；

2）调理剂的制备：将贝壳粉末、铝粉按质量比10 ：（1~3 ）混合均匀后，再按其重量的1～2%加入生物质粉，混合均匀，得调理剂；

3）物料混合、压缩成型：将步骤1）中的污泥切碎后，按污泥与调理剂重量比为1：（2.5～4.5 ）加入调理剂，充分混合后，压制为粒状成型物料；

4）成型物料浸油干燥：将步骤3）中的成型物料干燥至整个物料含水率为15%以下后，浸一层废油，晾干，即得环保型污泥复合成型燃料。

进一步的，上述生物质粉选自粒径为0.05mm以下的木屑粉、秸秆粉中的至少一种。

进一步的，上述贝壳粉末为35目以上的废弃贝壳碎粉。

进一步的，上述铝粉为400目以上的铝粉。

进一步的，上述废油为重油。

进一步的，上述步骤4）所述的干燥在80℃以下干燥。

本发明的有益效果是：

1）本发明从降低制备成本、提高燃料性能出发，充分利用原料属性及其复合效应，合理配比物料，制备出环保型污泥成型燃料，具有操作简单、原料易得、成本低、燃烧活性高、环境污染小的优点，可同时彻底实现污泥、有机废物木屑和秸秆、废弃贝壳的环保资源化处理。

2）本发明利用含水率为50～65%的高粘结性污泥代替粘合剂，所制备的环保型污泥复合成型燃料机械性能好，远大于型煤的机械性能要求(抗压强度 > 55 kPa，落下强度>75％)，利用贝壳粉末含有大量钙基的特性，取代外加固硫剂和固氯剂，显著降低气态硫化物、氯化物的生成量，固硫固氯效果明显，未添加外源调理剂（粘合剂、固硫剂和固氯剂），降低药剂成本和简化操作过程。

3）木屑、秸秆、废油可大幅提高成型燃料的热值，达到5000大卡以上；木屑、秸秆可提高孔隙率，创造燃烧点，易着火；废油还可在成型燃料表面塑造防水层，防水防腐性能增强，弥补常规污泥燃料不防水的不足；铝粉可与燃料燃烧中的金属氧化物发生类“铝热反应”，促进碳粒的完全燃烧、并阻止还原性污染气体生成，造成化学热损，提升燃料的整体燃烧反应活性，发热量高。

具体实施方式

一种环保型污泥复合成型燃料的制备方法

1）污泥脱水预处理：按专利“一种污泥高干度调理脱水的方法”中所述方法对污泥进行预处理，使其含水率在为50-65%；

2）调理剂原料预处理：

原料（1）：生物质粉：木屑、秸秆粉中的至少一种，将枝条、秸秆经粉碎至0.05mm粒径以下而成；

原料（2）：贝壳粉末：将牡蛎壳、扇贝、蛤蚌等废弃贝壳进行粉碎细度至35目以上制得；

原料（3）：铝粉：市购，400目以上；

3）调理剂的制备：

将步骤2）中贝壳粉末、铝粉按质量比10 ：（1~3 ）混合均匀后，再按其重量的1%~2%加入生物质粉，混合均匀，得调理剂待用；

4. 物料混合、压缩成型：将步骤1）中的污泥置于切碎设备中切碎后，按污泥与调理剂重量比为1：（2.5～4.5 ）加入调理剂，在混合设备中充分混合后，导入成型设备中压制为粒状成型物料；

5. 成型物料浸油干燥：将步骤4）中的成型物料在80℃以下干燥至整个物料含水率为15%以下，再将物料浸一层废油（重油），晾干，即得环保型污泥复合成型燃料。

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。

实施例1：

1）将污泥进行脱水：选择污水厂污泥作为原料，按专利“一种污泥高干度调理脱水的方法”中所述方法对污泥进行预处理，使其含水率为57.2%；

2）调理剂原料预处理：

生物质粉选自木屑、秸秆粉中的至少一种，将枝条、秸秆经粉碎至0.05mm粒径以下而成；

贝壳粉末为将牡蛎壳、扇贝、蛤蚌等废弃贝壳进行粉碎细度至35目以上制得；

铝粉为市购的400目以上的铝粉。

3）调理剂的制备：

调理剂A：生物质粉；

调理剂B：生物质粉和贝壳粉末的混合物，其中生物质粉为贝壳粉末重量的1.5%；

调理剂C：生物质粉、贝壳粉末和铝粉的混合物，贝壳粉末、铝粉按质量比10 ：2混合均匀后，再加入其重量的1.5%加入生物质粉，混合均匀；

调理剂C1：制备方法与调理剂C一致，为区别记为C1；

4）物料混合、压缩成型：将步骤1）中的污泥置于切碎设备中切碎后，按污泥与调理剂重量比为1：3.5，分别将 污泥与调理剂A、B、C、C1在混合设备中充分混合后，导入成型设备中进行压制，分别获得为粒状成型物料A、B、C、C1；

5）成型物料浸油干燥：将步骤4）中的粒状成型物料A、B、C在80℃以下干燥至整个物料含水率为15%以下，即得复合成型燃料A、B、C，成型物料C1在80℃以下干燥至整个物料含水率为15%以下，再浸一层废油（重油），晾干后，即得环保型污泥复合成型燃料C1。

下面对上述获得的成型燃料A、B、C、C1的性能，如抗压强度、跌落强度、浸水强度、着火点、发热量和成型前后的固硫固氯率进行测定。各性能参数的测定方法如下：

抗压强度的测定：抗压强度反映了成型燃料在承受外力的作用下抗破裂的能力，决定成型燃料的堆放要求，一般采用强度实验测量其抗压强度，用失效载荷值来表示成型块的抗压强度。用此指标可以区别污泥成型燃料内部原料颗粒互相结合的相对强度。

选取无裂纹、基本完整、并达到空气干燥状态的燃料产品，逐个置于试验机的施力面中心位置上，以均匀位移速度单向施力，记录样品开裂时试验机显示的数值，并将该数据代人以下公式中：

，计算出抗压强度。

浸水强度：是指固体燃料在室温下于水中浸泡一定时间后所能承受的最大压力。以此指标区别固体燃料受水侵蚀的程度。用于评价固体燃料的耐潮、防水性能。

将成型燃料样品在水中（室温状态下）浸泡 24h 后，取出，逐个置于规定的试验机的施力面中心位置，以规定的均匀位移速度单向施力，记录新型燃料开裂时试验机显示的数值，根据按抗压强度公式 计算浸水强度。

落下强度（SS）：由于在使用燃料过程的中，燃料要经受多次跌落，所以要求燃料必须具有一定的抗跌碎能力。落下强度主要反映了成型燃料块在承受跌落情况下的抗破碎抗冲击能力，用失重率的大小来衡量落下强度高低，它跟实际情况下的燃料运输关系密切。

将选取的样品，从 2m 高处自由落下到水泥地板上而不是标准中所说的钢板上（规定厚度的钢板上），然后将落下的样品中大于 13mm 的样品再次落下，共落下 3次，以破碎后大于 13mm 的样品（m1）占原样品（m2）的质量百分数，表示样品的落下强度指标（SS），其计算公式如下：

。

发热量：煤的发热量的测定方法详见GB/T 213-1996。

着火特性：着火点的确定：将热天平置于一封闭炉中，加热炉缓慢升温，记录炉内分别为空气及氮气情况下燃料的失重曲线。将这两条曲线画在一个图中，则当曲线出现分离点时就表明颗粒着火了，所对应的温度即为着火温度。

固硫、固氯率：称取一定量燃料样品，置于坩埚中，在800℃通风良好的马弗炉中加热2h后，分析焚烧前及焚烧后坩埚中剩余样品的质量和氯、硫元素含量。氯、硫元素含量采用元素分析仪进行分析。固硫、固氯率按下式进行计算：

固硫、固氯率=焚烧前坩埚中样品的质量*（硫、氯含量）/ 焚烧后坩埚中剩余样品的质量*（硫、氯含量）*100%

上述各性能参数的测定结果如表1所示：

表1 复合成型燃料的性能参数

由表1可知：

1）以污泥代替粘合剂（所有复合成型燃料），成型燃料的抗压强度 > 95 kPa，落下强度>95％，远大于型煤的机械性能要求(抗压强度 > 55 kPa，落下强度>75％)。

2）添加贝壳粉（复合成型燃料B、C、C1），成型燃料的固硫率和固氯率分别提高为145.4%~191.5%和127.9%~171.8%，并以复合成型燃料C1的固硫固氯效果最佳，固硫率和固氯率为85.4%和87.8%。

3）添加铝粉（复合成型燃料C、C1）后，成型燃料的发热量达到4700大卡以上，发热量提高22.2%~31.3%，并以复合成型燃料C1的发热量最高，为5025大卡。

4）用废油处理（复合成型燃料C1）后，成型燃料的浸水强度达到54.6 kPa，着火点降至240℃，与其他处理相比，本专利方案的浸水强度提高41.5%~120.2%，着火点降低14.3%~18.6%，耐潮、防水性能得到显著提高，易燃性增强。

综上，本发明技术方案所制备的污泥成型燃料，机械强度高，固氯固硫效果、燃烧、耐潮、防水性能均最优，是一种环保型的高品质成型燃料，可同时彻底实现污泥、有机废物木屑和秸秆、废弃贝壳的环保资源化处理。

实施例2：

1）将污泥进行脱水：选择污水厂污泥作为原料，按专利“一种污泥高干度调理脱水的方法”中所述方法对污泥进行预处理，使其含水率为50%；

2）调理剂原料预处理：

生物质粉选自木屑、秸秆粉中的至少一种，将枝条、秸秆经粉碎至0.05mm粒径以下而成；

贝壳粉末为将牡蛎壳、扇贝、蛤蚌等废弃贝壳进行粉碎细度至35目以上制得；

铝粉为市购的400目以上的铝粉。

3）调理剂的制备：调理剂为生物质粉、贝壳粉末和铝粉的混合物，贝壳粉末、铝粉按质量比10 ：1混合均匀后，再加入其重量的1%加入生物质粉，混合均匀；

4）物料混合、压缩成型：将步骤1）中的污泥置于切碎设备中切碎后，按污泥与调理剂重量比为1：2.5加入调理剂，在混合设备中充分混合后，导入成型设备中压制为粒状成型物料；

5）成型物料浸油干燥：将步骤4）中的成型物料在80℃以下干燥至整个物料含水率为15%以下，再浸一层废油（重油），晾干后，即得环保型污泥复合成型燃料。

实施例3：

1）将污泥进行脱水：选择污水厂污泥作为原料，按专利“一种污泥高干度调理脱水的方法”中所述方法对污泥进行预处理，使其含水率为55%；

2）调理剂原料预处理：

生物质粉为0.05mm粒径以下的秸秆粉；

贝壳粉末为35目以上的废弃贝壳粉末；

铝粉为市购的400目以上的铝粉。

3）调理剂的制备：调理剂为生物质粉、贝壳粉末和铝粉的混合物，贝壳粉末、铝粉按质量比10 ：3混合均匀后，再加入其重量的2%加入生物质粉，混合均匀；

4）物料混合、压缩成型：将步骤1）中的污泥置于切碎设备中切碎后，按污泥与调理剂重量比为1：4.5加入调理剂，在混合设备中充分混合后，导入成型设备中压制为粒状成型物料；

5）成型物料浸油干燥：将步骤4）中的成型物料在80℃干燥至整个物料含水率为15%，再浸一层废油（重油），晾干后，即得环保型污泥复合成型燃料。

实施例4：

1）将污泥进行脱水：选择污水厂污泥作为原料，按专利“一种污泥高干度调理脱水的方法”中所述方法对污泥进行预处理，使其含水率为65%；

2）调理剂原料预处理：

生物质粉选自木屑、秸秆粉中的至少一种，将枝条、秸秆经粉碎至0.05mm粒径以下而成；

贝壳粉末为将牡蛎壳、扇贝、蛤蚌等废弃贝壳进行粉碎细度至35目以上制得；

铝粉为市购的400目以上的铝粉。

3）调理剂的制备：为生物质粉、贝壳粉末和铝粉的混合物，贝壳粉末、铝粉按质量比10 ：2混合均匀后，再加入其重量的1.5%加入生物质粉，混合均匀；

4）物料混合、压缩成型：将步骤1）中的污泥置于切碎设备中切碎后，按污泥与调理剂重量比为1：4.5加入调理剂，在混合设备中充分混合后，导入成型设备中压制为粒状成型物料；

5）成型物料浸油干燥：将步骤4）中的成型物料在60℃干燥至整个物料含水率为8%，再浸一层重油，晾干后，即得环保型污泥复合成型燃料。

Claims (6)

1.一种环保型污泥复合成型燃料，其特征在于：其制备方法包括以下步骤：

1）对污泥脱水预处理，使其含水率为50～65%；

2）调理剂的制备：将贝壳粉末、铝粉按质量比10 ：（1~3 ）混合均匀后，再按其重量的1～2%加入生物质粉，混合均匀，得调理剂；

3）物料混合、压缩成型：将步骤1）中的污泥切碎后，按污泥与调理剂重量比为1：（2.5～4.5 ）加入调理剂，充分混合后，压制为粒状成型物料；

4）成型物料浸油干燥：将步骤3）中的成型物料干燥至整个物料含水率为15%以下后，浸一层废油，晾干，即得环保型污泥复合成型燃料。

2.根据权利要求1所述的一种环保型污泥复合成型燃料，其特征在于：所述的生物质粉选自粒径为0.05mm以下的木屑粉、秸秆粉中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种环保型污泥复合成型燃料，其特征在于：所述的贝壳粉末为35目以上的废弃贝壳碎粉。

4.根据权利要求1所述的一种环保型污泥复合成型燃料，其特征在于：所述的铝粉为400目以上的铝粉。

5.根据权利要求1所述的一种环保型污泥复合成型燃料，其特征在于：步骤4）所述的废油为重油。

6.根据权利要求1所述的一种环保型污泥复合成型燃料，其特征在于：步骤4）所述的干燥在80℃以下干燥。