專利名稱：污泥合成燃料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種污泥合成燃料領(lǐng)域，尤其涉及污泥合成燃料的配方配比以及將城市工業(yè)和民用生活污水處理廠產(chǎn)生的污泥合成為燃料的工藝。
背景技術(shù)：
城市污水處理廠產(chǎn)生的含水污泥，可作為燃料利用，但一般認(rèn)為，污泥在較低的含水率下，才能制成合成燃料，因此需要提高污泥脫水程度，其工藝復(fù)雜，成本高；另一方面，現(xiàn)有污泥合成燃料的配比和制備工藝中，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節(jié)約原煤，獲得的污泥合成燃料也因原煤含量大、成本高、低碳環(huán)保性能也較差
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種污泥合成燃料的配方配比及其制備方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)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節(jié)約原煤，獲得的污泥合成燃料也因原煤含量大、成本高、低碳環(huán)保性能差的技術(shù)問題。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種污泥合成燃料，其特殊之處在于由含水率10 98%的污泥、調(diào)理劑和助燃劑制備而成，其重量百分含量為污泥10 90%，調(diào)理劑O. I 6%，余量為助燃劑。上述助燃劑是木屑或秸桿屑中的至少一種。上述調(diào)理劑包括石灰。優(yōu)選的，污泥的重量百分含量為34 62%,調(diào)理劑的重量百分含量為I 3%,余量為助燃劑。優(yōu)選的，調(diào)理劑包括石灰以及次氯酸鈉、次氯酸鈣、氫氧化鈉中的至少一種，所述調(diào)理劑中石灰的重量百分含量70%以上。優(yōu)選的，上述污泥的含水率為75 98%。利用上述原料及配比制備污泥合成燃料的方法，包括以下步驟1將污泥、調(diào)理齊U、助燃劑按權(quán)利要求I所述的比例混合均勻；或者包括以下步驟I將含水率75 98%的污泥烘干或曬干至含水率75%以下，再與木屑、調(diào)理劑按照權(quán)利要求I所述的比例混合均勻；或者包括以下步驟1將含水率75 98%的污泥與調(diào)理劑按權(quán)利要求I所述的比例混合均勻；2將步驟I所得產(chǎn)物進行機械脫水或烘干脫水或曬干脫水，再與助燃劑混合均勻。若上述步驟I所得產(chǎn)物含水率高于10%，將所得產(chǎn)物烘干或曬干，使其含水率降到10%及以下，得到成品燃料；優(yōu)選的，所述烘干是利用工業(yè)鍋爐余熱或人工熱量烘干。將步驟I所得產(chǎn)物制成散狀或蜂窩狀后再烘干或曬干。
一種高熱值的污泥合成燃料，由上述原料制成的燃料與熱值提升劑制備得到，其中，熱值提升劑的重量百分含量為15-85% ;較優(yōu)的，熱值提升劑為煤粉、地溝油中的至少一種。本發(fā)明的優(yōu)點在于(I)合理的使用調(diào)理劑，例如石灰、次氯酸鈉、次氯酸鈣、氫氧化鈉等，不僅具有除臭、殺菌、固硫、疏松污泥的作用，且成本低，尤其是，調(diào)理劑有利于將細胞中結(jié)合水脫離出來，有利于后續(xù)進一步脫水。(2)有效利用農(nóng)林剩余物，例如木屑、秸桿屑等，木屑或秸桿屑具有吸濕性，可以作為脫水劑，添加一定數(shù)量的木屑或秸桿屑，可有效降低污泥混合料的含水率，使污泥不需深度脫水就可用做燃料，極大降低了污泥處理成本；同時，木屑或秸桿屑與污泥混合后，木屑或秸桿屑吸收了污泥中的游離水并形成以木屑或秸桿屑為核表面附著污泥的小顆粒，改變 了污泥凝膠結(jié)構(gòu)，使污泥膠團中被禁錮的水分釋放出來，增大了污泥與空氣的接觸面積，使污泥燃料的干化容易實現(xiàn)；木屑或秸桿屑富含鈣、鈉等金屬離子，可以固硫；木屑或秸桿屑具有可燃性，不僅可以助燃，發(fā)熱量一般在3500-4800kat/kg以上,還可以增加熱值。因此，木屑或秸桿屑與調(diào)理劑可以協(xié)同作用，同時也能大量利用污泥，獲得的污泥合成燃料熱值高，成本低，變廢為寶，燃燒工況和環(huán)保性能優(yōu)良，且燃燒后的灰渣可做水泥、建筑材料等。(3)該污泥合成燃料的制備方法簡單，生產(chǎn)周期短，占地面積小，投資小，生產(chǎn)效率高，燃料產(chǎn)量高，經(jīng)濟效益高，社會效益高，利于規(guī)模化生產(chǎn)。(4)該燃料可用于工業(yè)鍋爐和民用灶爐，熱值在2700-4600kal/kg，可替代原煤，減少對原煤的使用，環(huán)保性能優(yōu)于原煤。(5)加入煤粉或地溝油等熱值提升合，可以進一步提高污泥燃料的熱值，熱值達到4600kal/Kg 以上，甚至 5900kal/Kg 以上。
具體實施例方式本發(fā)明的機理如下污泥合成燃料中，污泥含有大量的有機物，干基揮發(fā)份高達60 70%，可做燃料；但污泥包含大量的水分，污水處理廠未經(jīng)處理的污泥含水率一般都在80 98%，污泥作為燃料利用，需降低水份。脫水的方式有多種，包括烘干、曬干、機械脫水、加入脫水劑脫水。烘干成本高，曬干的方法效率低、占用較大的空間，機械脫水的方法雖然效率高，但也有一定局限性，即含水污泥中存在大量結(jié)合水，單靠機械力脫水很難將水脫出來，因此需要加調(diào)理劑，使細胞中結(jié)合水容易脫離出來，變成游離水，有利于后續(xù)進一步脫水。石灰作為調(diào)理劑主要成分，具有除臭、滅菌、固硫作用，且成本低，但作為無機物，降低了燃料熱值，增加了燃燒后的灰渣量，不宜大量添加，因此調(diào)理劑使用量應(yīng)適度。木屑或秸桿屑具有吸濕性，可以作為脫水劑；木屑或秸桿屑富含鈣、鈉等金屬離子，可以固硫；木屑或秸桿屑與污泥混合后，木屑吸收了污泥中的游離水并形成以木屑為核表面附著污泥的小顆粒，改變了污泥凝膠結(jié)構(gòu)，使污泥膠團中被禁錮的水分釋放出來，增大了污泥與空氣的接觸面積，使污泥燃料的干化容易實現(xiàn)，增加木屑或秸桿屑的混合量，可有效降低污泥混合料的含水率，使污泥不需深度脫水就可用做燃料，極大降低了污泥處理成本；因此，木屑或秸桿屑與調(diào)理劑可以產(chǎn)生協(xié)同作用。木屑或秸桿屑具有可燃性，不僅可以助燃，發(fā)熱量一般在3500-4800kat/kg，還可以增加熱值；同時也能大量利用污泥，獲得的污泥合成燃料熱值高，成本低，變廢為寶，燃燒工況和環(huán)保性能優(yōu)良，且燃燒后的灰渣可做水泥、建筑材料等。木屑是林業(yè)剩余物，包括木材加工剩余物、各種林區(qū)如防護林、灌木林、果樹及村旁、田旁、路旁、河旁樹林護樹剪枝的剩余枝條，經(jīng)粉碎后的屑沫料；灌木林是檸條、沙柳、杜鵑、山杏、沙棘、黑荊樹林；果林是蘋果、梨、桃、杏樹林。秸桿屑是玉米桿、油菜桿、棉花桿、黃豆桿、高粱桿、小麥桿經(jīng)粉碎后的屑沫料。以下實驗中，污泥合成燃料的原料選取污泥來自西安市第三水廠民用生活污水污泥，含水率為10 98%，未經(jīng)處理的污泥含水率較高，一般為80-98%，經(jīng)過污水處理廠處理后污泥含水率在80%以下，其干基熱值3500kal/kg;助燃劑選擇木屑，尤其是灌木沙棘粉碎屑料，熱值為4700kal/kg,也可以選擇稻桿屑，熱值為3656kal/kg ;調(diào)理劑選擇石灰。該污泥合成燃料的制備方法一 I取重量百分含量為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. I 6%的石灰、其余為灌木沙棘粉碎屑料，混合均勻，或者按任意先后順序混合，所制備的污泥合成燃料的性能指標(biāo)見表I。當(dāng)污泥原料的含水率較高時，混合后的污泥合成燃料的含水率仍較高，此時，還需將I所得產(chǎn)物制成散狀或做成蜂窩狀烘干或曬干，使其含水率降到10%及以下，符合國家燃料標(biāo)準(zhǔn)要求，得到成品燃料。該污泥合成燃料的制備方法二 當(dāng)污泥原料含水率較高時，混合后的污泥合成燃料的含水率仍較高，此時，還可以先將污泥原料的含水率采用烘干或曬干的方法，使污泥原料的含水率先降下來，降至含水率為多少可以根據(jù)實際情況確定，再按表I中的混合比與灌木沙棘粉碎屑料混合均勻。若所得產(chǎn)物含水率仍高于10%，將其制成散狀烘干或做成蜂窩狀曬干，使其含水率降到10%及以下，符合國家燃料標(biāo)準(zhǔn)要求，得到成品燃料。例如，將含水率75 98 %的污泥烘干或曬干至含水率10%左右，再與木屑、調(diào)理劑按照權(quán)利要求I所述的比例混合均勻，混合后含水率肯定在10%及以下；或者將含水率75 98%的污泥烘干或曬干至含水率40%左右，再與木屑、調(diào)理劑按照權(quán)利要求I所述的比例混合均勻，混合后含水率可能仍在10%以上，繼續(xù)采用烘干或曬干的方法降低其含水率。烘干是利用工業(yè)鍋爐余熱或人工熱量烘干。該方法所得燃料的性能指標(biāo)與表I相同，其成本相對與制備方法一較高。由表I可見對于含水率98 %的污泥燃料I :將其與木屑按照編號1-9的比例混合后，所得產(chǎn)物含水率為45%以上，其熱值為4598kal/kg以下，根據(jù)經(jīng)驗，污泥合成燃料含水率在40%左右，就可以自持燃燒，該原料混合比例下，所得污泥合成燃料含水率在40%以上，仍不能自持燃燒，所以需要將其含水率進一步降低，即將所得產(chǎn)物制成散狀或做成蜂窩狀烘干或曬干，使其含水率降到10%及以下，符合國家燃料標(biāo)準(zhǔn)要求，得到成品燃料。燃料2 :將其與木屑按照編號10-15的比例混合后，所得產(chǎn)物含水率為41%以下，其熱值為4608kal/kg以上，基本可以自持燃燒，但為使污泥合成燃料符合國家燃料標(biāo)準(zhǔn)要求，仍需將其烘干或曬干至含水率10%及以下。若期望通過繼續(xù)增加木屑的使用量來使其含水率在10%及以下，雖然也能制成燃料，但污泥的利用率也隨之降低。對于含水率85 %的污泥燃料3 :將其與木屑按照編號1-9的比例混合后，所得產(chǎn)物含水率為42%以上，其熱值為4498kal/kg以下，根據(jù)經(jīng)驗，污泥合成燃料含水率在40%左右，就可以自持燃燒，該原料混合比例下，所得污泥合成燃料含水率在40%以上，仍不能自持燃燒，所以需要將其含水率進一步降低，即將所得產(chǎn)物制成散狀或做成蜂窩狀烘干或曬干，使其含水率降到10%及以下，符合國家燃料標(biāo)準(zhǔn)要求，得到成品燃料。燃料4 :將其與木屑按照編號10-15的比例混合后，所得產(chǎn)物含水率為33%以下，其熱值為4522kal/kg以上，基本可以自持燃燒，但為使污泥合成燃料符合國家燃料標(biāo)準(zhǔn)要求，仍需將其烘干或曬干至含水率10%及以下。若期望通過繼續(xù)增加木屑的使用量來使其含水率在10%及以下，雖然也能制成燃料，但污泥的利用率也隨之降低。
對于含水率50 %的污泥燃料5 :將其與木屑按照編號1-3的比例混合后，所得產(chǎn)物含水率為41%以上，其熱值為3712kal/kg以下，根據(jù)經(jīng)驗，污泥合成燃料含水率在40%左右，就可以自持燃燒，該原料混合比例下，所得污泥合成燃料含水率在40%以上，仍不能自持燃燒，所以需要將其含水率進一步降低，即將所得產(chǎn)物制成散狀或做成蜂窩狀烘干或曬干，使其含水率降到10%及以下，符合國家燃料標(biāo)準(zhǔn)要求，得到成品燃料。燃料6 :將其與木屑按照編號4-15的比例混合后，所得產(chǎn)物含水率為39%以下，其熱值為3774kal/kg以上，基本可以自持燃燒，但為使污泥合成燃料符合國家燃料標(biāo)準(zhǔn)要求，仍需將其烘干或曬干至含水率10%及以下。若期望通過繼續(xù)增加木屑的使用量來使其含水率在10%及以下，雖然也能制成燃料，但污泥的利用率也隨之降低。對于含水率40 %以下的污泥本身就可以自持燃燒。綜上可見由于調(diào)理劑的量少，對所得產(chǎn)物含水率的影響不明顯，可以忽略，但對熱值的影響較大。當(dāng)污泥的含水率一定時，木屑使用的量越多，所得污泥合成燃料的含水率越低，燃料熱值越高，同時污泥的利用率越低；當(dāng)配比一定時，污泥的含水率越低，所得污泥合成燃料的含水率越低，一般情況下，熱值也會越低，成本也會相應(yīng)降低，特殊情況下，即污泥原料的重量百分含量高，調(diào)理劑的使用量高時，熱值會升高，見表I中燃料編號為1-2的例子。當(dāng)污泥的重量百分含量為34 62%，調(diào)理劑1% -3%時，污泥的利用率較高，燃料熱值較高，燃料的含水率較低，同時成本較低，是優(yōu)選的實施例。當(dāng)助燃劑選擇秸桿時，秸桿熱值3656kal/kg，所得污泥合成燃料的性能指標(biāo)見表4，表4中熱值為燃料的干基熱值，從表中看出，當(dāng)污泥的重量百分含量為34 62%時，污泥的利用率較高，燃料熱值較高，污泥合成燃料的含水率較低，同時成本較低，是優(yōu)選的實施例。由于秸桿屑的熱值相對于木屑較低，在其他條件均相同的情況下，所得燃料的熱值也相對于木屑較低。表I僅為實施例，并未涵蓋污泥含水率全系列、配合比全系列以及合成燃料產(chǎn)品全系列。該污泥合成燃料的制備方法三烘干脫水的成本高，曬干脫水的效率較低，且需要占用較大的場地，不如采用機械脫水的方法效率高。含水污泥中存在大量結(jié)合水，因此需要加調(diào)理劑，使污泥中的結(jié)合水脫離出來，有利于后續(xù)的機械脫水。具體為 I將含水率75-90%的污泥與調(diào)理劑按表2的比例混合均勻，使污泥中的細胞水脫離出來，所加調(diào)理劑的比例與所得產(chǎn)物含水率、熱值的關(guān)系見表2。2步驟I所得產(chǎn)物經(jīng)強力帶式脫水機進行機械脫水，可以脫水至含水率50 75%。3將步驟2所得產(chǎn)物與助燃劑木屑按 照表3的比例混合均勻。4若步驟3所得產(chǎn)物含水率高于10%，將所得產(chǎn)物制成散狀或蜂窩狀烘干、曬干，使其含水率降到10%及以下，得到成品燃料。對于含水率90 98%的污泥，可以先用離心脫水法將游離水脫去，使其含水率降低至90%以下，再采上述制備方法三。由表2可知，對于含水率相同的污泥，所加石灰量越多時，脫水效果越好，但同時降低了熱值；當(dāng)污泥和石灰混合比相同時，當(dāng)污泥含水率越低，所得產(chǎn)物含水率越低，熱值越聞。以表2中含水率85%的污泥為例,將重量百分含量95. 3%的污泥和4. 7%的石灰混合后，其干基熱值為2625kal/kg，可機械脫水至含水率60-75% ;當(dāng)機械脫水至75 %時，與沙棘灌木屑料按照表3中序號I的比例混合，所得產(chǎn)物含水率68%，熱值3263kal/kg，隨著沙棘灌木屑料的增加，所得產(chǎn)物的含水率越來越低，熱值越來越高；在同樣的配合比的情況下，當(dāng)機械脫水的程度越大，所得產(chǎn)物的含水率越低，熱值也越低。詳見表3。仍以表2中含水率85%的污泥為例，將重量百分含量92. 6%的污泥和7. 4%的石灰混合后，其干基熱值為2283kal/kg，可機械脫水至含水率50-75 %，當(dāng)脫水至55%時，與沙棘灌木屑料按照表3中序號I的比例混合，所得產(chǎn)物含水率50%，熱值2761kal/kg，隨著沙棘灌木屑料的增加，所得產(chǎn)物的含水率越來越低，熱值越來越高；在同樣的配合比的情況下，當(dāng)機械脫水的程度越大，所得產(chǎn)物的含水率越低，熱值也越低。詳見表3。上述制備方法一、二、三所得到的產(chǎn)品熱值在2700_4600kal/kg左右，在獲得以上燃料后，再加入熱值提升劑，熱值提升劑為煤粉或地溝油中的至少一種，可得到一種高熱值的污泥合成燃料。其配合比及所得最終高熱值的污泥合成燃料的性能指標(biāo)見表5。表5中列出兩種熱值的煤粉，一種是5500kal/kg另一種是6056kal/kg。地溝油是城市餐飲業(yè)、機關(guān)單位食堂、居民生活廢棄的動植物油脂，地溝油的熱值一般為8000kal/kg。
權(quán)利要求
1.一種污泥合成燃料，其特征在于由含水率10 98%的污泥、調(diào)理劑和助燃劑制備而成，其重量百分含量為污泥10 90%，調(diào)理劑O. I 6%，余量為助燃劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述污泥合成燃料，其特征在于所述助燃劑是木屑、秸桿屑中的至少ー種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述污泥合成燃料，其特征在于所述調(diào)理劑包括石灰。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述污泥合成燃料，其特征在于污泥的重量百分含量為34 62%，調(diào)理劑的重量百分含量為I 3%，余量為助燃劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述污泥合成燃料，其特征在于所述調(diào)理劑包括石灰以及次氯酸鈉、次氯酸鈣、氫氧化鈉中的至少ー種，所述調(diào)理劑中石灰的重量百分含量70%以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述污泥合成燃料，其特征在于所述污泥的含水率為75 98%。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述原料及配比制備污泥合成燃料的方法，其特征在于包括以下步驟1將污泥、調(diào)理劑、助燃劑按權(quán)利要求I所述的比例混合均勻； 或者包括以下步驟1將含水率75 98%的污泥烘干或曬干至含水率75%以下，再與木屑、調(diào)理劑按照權(quán)利要求I所述的比例混合均勻； 或者包括以下步驟1將含水率75 98%的污泥與調(diào)理劑按權(quán)利要求I所述的比例混合均勻；2將步驟I所得產(chǎn)物進行機械脫水或烘干脫水或曬干脫水，再與助燃劑混合均勻。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述制備污泥合成燃料的方法，其特征在于若步驟I所得產(chǎn)物含水率高于10%，將所得產(chǎn)物烘干或曬干，使其含水率降到10%及以下，得到成品燃料；優(yōu)選的，所述烘干是利用エ業(yè)鍋爐余熱或人工熱量烘干。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述制備污泥合成燃料的方法，其特征在于將步驟I所得產(chǎn)物制成散狀或蜂窩狀后再烘干或曬干。
10.一種高熱值的污泥合成燃料，其特征在于由權(quán)利要求I所述原料制成的燃料與熱值提升劑制備得到，其中，熱值提升劑的重量百分含量為15-85% ;較優(yōu)的，熱值提升劑為煤粉、地溝油中的至少ー種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種污泥合成燃料及其制備方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)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節(jié)約原煤，獲得的污泥合成燃料也因原煤含量大、成本高、低碳環(huán)保性能差的技術(shù)問題。該污泥合成燃料，由含水率10～98％的污泥、助燃劑和調(diào)理劑制備而成，其中污泥的重量百分含量為10～90％，調(diào)理劑為0.1～6％，其余為助燃劑。利用農(nóng)林剩余物，可有效降低污泥混合料的含水率，極大降低了污泥處理成本；使污泥燃料的干化容易實現(xiàn)；可以固硫，增加熱值，污泥的利用率高，獲得的污泥合成燃料熱值高，成本低，變廢為寶，燃燒工況和環(huán)保性能優(yōu)良。
文檔編號C10L9/10GK102851097SQ20121035607
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者蘇韶華, 蘇武民 申請人:蘇韶華