一种生物质环保型低碳燃料及其制备方法 |
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| 申请号 | CN202410262635.2 | 申请日 | 2024-03-07 | 公开(公告)号 | CN118006377A | 公开(公告)日 | 2024-05-10 |
| 申请人 | 许猛; | 发明人 | 许猛; | ||||
| 摘要 | 提供一种 生物 质 环保型低 碳 污泥 燃料 及其制备方法，其中污泥燃料按重量份重量计如下：污泥20‑40份，树皮22‑38份，助燃剂30‑35份，助剂0‑5份，固硫剂1‑5份， 脱硫 剂6‑10份；制备过程中所述树皮的粒径度不大于0.5mm,所述污泥、助燃剂、助剂、固硫剂、脱硫剂的粒度均不大于1mm；本污泥燃料以市政污泥和 造纸污泥 及树皮作用为原料，具有热值高，燃点低，燃烧充分、硫含量低、成本低、燃烧过程固硫脱硫的特点。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种生物质环保型低碳污泥燃料，其特征在于：其原料按重量份重量计如下：污泥 |
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| 说明书全文 | 一种生物质环保型低碳燃料及其制备方法技术领域[0001] 本发明涉及废弃物的处理和资源利用工艺，特别涉及生物质环保型低碳燃料及其制备方法。 背景技术[0002] 造纸工业是国民经济中一个重要组成部分，同时也是一个污染严重的行业。2011年我国造纸工业年硬化污泥量就超过2000万吨。造纸污泥主要有两种：生物污泥和白泥。生物污泥是在造纸废水处理过程中产生的沉淀物质，主要是细小纤维和无机矿物类物质。白泥来源于碱回收车间白泥回收工段，是苛化反应的产物，主要成分是碳酸钙、苛化过程中加入的过量石灰、残余氢氧化钠、尘埃杂质等，其碱性较强，pH值一般在12‑13。由于造纸污泥排放量大，含水率大于70％,呈淤泥状、且白泥呈强碱性，因此未经处理的造纸污泥会对环境造成严重影响。 [0003] 市政污泥也是一种产量巨大的污染物，它是水处理过程中所产生的固态、半固态废物，主要包括污水处理厂污泥、城市排水管道污泥、自来水厂污泥。目前全国每年干污泥产生量高达800万吨，并以每年15％的速度增长占我国总固体废物的3.2％。市政污泥中有机物含量高，极易腐败并产生恶臭，尤其是初沉淀池的污泥，含有大量病菌、寄生虫卵及病毒，易造成传染病的传播，由于我国污水处理厂的建设往往只注意污水处理达到排放标准，而未对污泥进行处理和处置，这势必造成二次污染，污水处理厂建得越多，污泥导致的二次污染风险也越大。 [0004] 树皮含有大量纤维素、木质素等，质地坚硬，是造纸企业在纸浆生产过程产生的大量废弃物。由于不能用于造纸，因此长期被弃置于料场，不仅占用大量场地，而且造成了环境污染。特别是国内造纸企业普通存在此类问题。 [0005] 现有技术提供了将污泥，该污泥包括造纸污泥用于制造燃料或肥料的报道，例如将煤、污泥、沸石用于制造燃料，一些现有技术中还会添加生石灰，此类技术中，煤的用量一般超过一半，成本较高。另外，现有技术也未能提供真正有效的树皮利用途径。文献“林业剩余物制造颗粒成型燃料技术研究”中记载以木屑、树皮等林业剩余物为原料制作燃料，需要辅以高压、加热等手段，同时控制原料含水率，否则会导致燃料表面严重热分解，出现裂缝，强度降低等各种缺陷，甚至于不成型，该工艺的工艺要求苛刻，技术难度高。 [0006] 由于造纸污泥和树皮的成分复杂，物理形态差异大，就目前技术现状而言，二者的利用难度较大。 [0007] 提供一种造纸污泥与树皮综合利用新途径，能实现造纸污泥、市政污泥和树皮的无害化处理和资源化有效利用，同时本发明通过造纸污泥、市政污泥和树皮产生的污泥燃料可以作为高效燃料进行循环利用。 发明内容[0008] 本发明的目的之一在于针对上述不足，提供一种生物质环保型低碳污泥燃料：其原料按重量份重量计如下：污泥20‑40份，树皮22‑38份，助燃剂30‑35份，助剂0‑5份，固硫剂1‑5份，脱硫剂6‑10份。 [0009] 优选的所述污泥为市政污泥或造纸污泥； [0010] 优选的所述树皮为锯末、椰子树皮和椰子壳，所述锯末、椰子树皮和椰子壳体积比为1：1：1。 [0011] 优选的所述助燃剂为煤或者燃煤助燃剂。 [0012] 优选的所述脱硫剂包括玻璃纤维粉、秸秆和氧化钙。 [0013] 优选的所述树皮的粒径度不大于0.5mm,所述污泥、助燃剂、助剂、固硫剂、脱硫剂的粒度均不大于1mm。 [0014] 本发明所述的市政污泥均是指市政污水处理过程中产生的固态、半固态废弃物。 [0016] 优选的，所述助剂为固氯剂和/或固氯剂。 [0017] 优选的，所述固硫剂和固氯剂均为白泥、石灰和/或碳酸钙。 [0018] 优选的，所述助燃剂为燃料煤或者燃煤助燃剂。 [0019] 本发明的制造所述污泥燃料的方法，包括如下步骤： [0021] 步骤2、制备树皮粉末，用绞刀式破碎机破碎树皮，破碎后的树皮的粒度不大于0.5mm； [0022] 步骤3、制备原料粉末，将污泥，助燃剂，助剂，固硫剂进行混合粉碎制备成物料粉末，所述物料粉末的粒度不大于1mm； [0023] 步骤4、将步骤2制备的树皮与步骤3制备的污泥，助燃剂，助剂，固硫剂，脱硫剂相混合，然后向所得混合物中加水并搅拌均匀，得粘稠泥状物料；本步骤中所述加入的水的重量占粘稠泥状物料总重量的10％‑16％； [0024] 步骤5、将所述粘稠泥状通过挤出成型装置进行挤出成型，挤出压力为15‑20MPA,得燃料块； [0025] 步骤6、将燃料块室温下晾干或者于110‑115℃温度下烘干至燃料块中水分含量不大于4％wt％，得污泥燃料。 [0026] 本发明的有益效果： [0027] 1、以市政污泥和造纸污泥及树皮作用为原料，具有热值高，燃点低，燃烧充分、硫含量低、成本低、燃烧过程固硫的特点，能够作用为燃煤替代物用于燃煤锅炉且热利用率高、SO2排放量低，更重要的是降低造纸污泥、市正污泥、树皮等废弃物给环境保护带来的压力，同时创造了经济效益。 [0028] 2、本发明提供的污泥燃料，含有污泥、白泥、燃料煤及树皮，其中污泥及树皮中富含有机质，其热值较大，可以作为生物质粒燃块的主要热值来源，污泥同时还具有粘结作用，能够提高物料成型时的粘结效果，本发明污泥燃料具有热值高，燃点低，燃烧充分、硫含量低、成本低、燃烧过程固硫等特点，能够提高物料成型时的粘结效果， [0029] 3、本发明的污泥燃料具有热值高，燃点低，燃烧充分，硫含量低、成本低、燃烧过程固硫等特点，能够作为燃煤替代物用于燃煤锅粮，燃煤锅炉用户在使用本发明的污泥燃料替代40‑50％wt％普通燃煤后即在使用燃煤锅炉时，可以按重量百分百将40‑50％的污泥燃料与50‑60％的燃煤混合使用，燃料热利用率可以提高5‑10％，SO2排放降低30‑40％，成本节药10‑15％。 [0030] 4、本发明提供的污泥燃料的制造方法，操作简单，实施容易，无需对污泥进行干化处理，无需高压、加热等苛刻条件，产品成型效果较好，抗压强度等各项指标优异。 [0031] 5、本发明无需对污泥进行干花处理，无需高压、加热等苛刻条件的，产品成型效果较好，抗压强度等各项指标优异 [0032] 6、本发明提供的污泥燃料具有热值高，燃点低，燃烧充分、碳含量低，成本低、燃料过程固硫等特点，能够作为燃煤替代物用于燃煤锅炉且热利用率高，SO2排放量低，降低造纸污泥、市政污泥、树皮等废弃物给环境保护带来的压力，同时创造了经济效益。 [0033] 7、本发明的方案中添加有污泥。虽然污泥所含的有机质蕴含巨大能量并且在先技术已经提供了多种以污泥或污泥制作燃料的方法，但是污泥中含水量较高，现有技术认为应先将污泥干化，再与助燃剂等组份混合是最切实可行的污泥燃料制作工艺，但显然污泥干化的成本过高，给生产周期及成本带来巨大压力。本发明方案中限定了污泥的用量，产品热值高的同时，使得产品加工工艺得以简化，制造本发明所述的污泥燃料时，无需预先对污泥进行干化处理，而是可以直接将污泥与各种物料进行混合，再成型及干燥，操作简单，实施容易。相比于现有技术的污泥燃料，本发明的产品加工时更易于成型且强度较好。 具体实施方式[0034] 本发明提供一种生物质环保型低碳污泥燃料，其原料按重量份重量计如下：污泥20‑40份，树皮22‑38份，助燃剂30‑35份，助剂0‑5份，固硫剂1‑5份，脱硫剂6‑10份。 [0035] 实施例一 [0036] 本发明提供一种生物质环保型低碳污泥燃料，其原料按重量份重量计如下：污泥35份，树皮22份，助燃剂30份，助剂3份，固硫剂2份，脱硫剂8份。 [0037] 其中所述35份污泥为市政污泥，由于污泥含水量较高，因此本发明控制污泥的用量，可以使污泥燃料产生较高的热值； [0038] 其中所述树皮包括锯末、椰子树皮和椰子壳，所述锯末、椰子树皮和椰子壳体积比为1：1：1； [0039] 其中所述脱硫剂包括玻璃纤维粉、秸秆和氧化钙，其中玻璃纤维粉、秸秆、氧化钙的体积比为2：4：3，脱硫剂的制备方法为：1、将原料玻璃纤维粉、秸秆和氧化钙按体积比混合后放入搅拌装置中进行搅拌，然后将搅拌均匀的原料放置在球磨机中进行粉碎然后过筛200目形成脱硫剂。 [0040] 所述助燃剂为煤或者燃煤助燃剂。所述助燃剂还可以为现有技术中常规的允许作业燃料块助剂使用的物料，优选煤。助燃剂的工作原理为：加入助燃剂的目的是稳定热值和维持燃料时间。由于锅炉一般对燃料的热值和燃料时间要求较为严格，希望热值稳定，燃料时间不能太长或太短。对于本发明而言，添加所述用量的助燃剂后污泥燃料扫热值和燃烧时间皆可维持在较好和较稳定的状态。 [0041] 助剂可以为固氯剂、固硫剂、杀菌剂现有技术常用的且可添加于燃料块中的助剂。 [0042] 固硫剂和固氯剂均为白泥、石灰和/或碳酸钙。 [0043] 本发明的制备方法为： [0044] 1、取污泥35份，助燃剂30份，助剂3份，固硫剂2份，脱硫剂8份相混合后通过破碎机进行破碎，破碎后粒度不大于1mm，粒度为0.8mm，获得原料混合物； [0045] 2、用绞刀式破碎机破碎所述22份树皮，破碎后的树皮粒度不大于0.5mm，粒度为0.3mm，再将破碎后的树皮与步骤1的原料混合物相混合，然后向所得混合物中加水并搅拌均匀，得粘稠泥状物料；本步骤中所加入水的重量占粘稠泥状物料总重量的10％；所述粘稠泥状物料的含水量如果低于10％会导致产品难以成型。控制树皮以及其余原料的破碎粒度目的是为了使燃烧块燃烧充分，更易被点燃，以及燃烧后灰烬不易结渣。 [0046] 3、将所述粘稠泥状通过挤出成型装置进行挤出成型，挤出压力为15‑20MPA,得燃料块； [0047] 4、将燃料块室温下晾干或者于110‑115℃温度下烘干至燃料块中水分含量不大于4％wt％，室温下晾干需要1‑2天，得污泥燃料；如果烘干，则烘干温度110‑150℃，烘干时间 5‑8h，如果烘干温度低于110℃则烘干时间长、烘干效率低，如果烘干温度高于150℃，则可以发生热量积聚而导致烘燃事件的发生。 [0048] 取燃料块10g进行燃烧实验，其中燃料燃烧启动时燃料产生热量为6700J，放热时3 间为13分钟，燃烧完全产生的热量为350KJ，测试烟气中SO2排放量为20mg/m，燃烧后燃料块完全为灰烬，底灰结渣率为20％。实施例二 [0049] 本发明提供一种生物质环保型低碳污泥燃料，其原料按重量份重量计如下：污泥20份，树皮38份，助燃剂35份，助剂0份，固硫剂3份，脱硫剂7份。所述污泥为造纸污泥，所述脱硫剂成份与制备方法同实施例一。 [0050] 1、取污泥20份，助燃剂35份，助剂0份，固硫剂3份，脱硫剂7份进行破碎，获得混合物，原料中其余固体物料的粒度不大于1mm，为0.6mm； [0051] 2、用绞刀式破碎机破碎所述38份树皮，再将破碎后的树皮与步骤1的所述混合物相混合，然后向所得混合物中加水并搅拌均匀，得粘稠泥状物料；本步骤中所加入的水的重量占粘稠泥状物料总重量的16％，破碎后的树皮的粒度不大于0.5mm，为0.3mm；对于本步骤而言，粘稠泥状物料的含水量必须控制在一定水平，如果水分高于16％，会延长后续烘干时间和提高烘干成本。 [0052] 3、将所述粘稠泥状通过挤出成型装置进行挤出成型，挤出压力为15‑20MPA,得燃料块； [0053] 4、将燃料块室温下晾干或者于110‑115℃温度下烘干至燃料块中水分含量不大于4％wt％，室温下晾干需要1‑2天，烘干时间5‑8h，得污泥燃料。对于本发明的产品，如果需要升温烘干，则烘干温度110‑150℃才是适宜的，如果烘干温度低于110℃则烘干时间长、烘干效率低，如果烘干温度高于150℃，则可以发生热量积聚而导致烘燃事帮的发生。 [0054] 取燃料块10g进行燃烧实验，其中燃料燃烧启动时燃料产生热量为7200J，放热时3 间为15分钟，燃烧完全产生的热量为460KJ，测试烟气中SO2排放量为23mg/m，燃烧后燃料块完全为灰烬，底灰结渣率为18％。 [0055] 实施例三 [0056] 本发明提供一种生物质环保型低碳污泥燃料，其原料按重量份重量计如下：污泥40份，树皮22份，助燃剂31份，助剂1份，固硫剂5份，脱硫剂6份。所述污泥包括市政污泥和造纸污泥，其中市政污泥和造纸污泥的体积比为1：1，所述脱硫剂成份与制备方法同实施例一。 [0057] 1、取污泥20份，助燃剂35份，助剂0份，固硫剂3份，脱硫剂7份进行破碎，获得混合物，原料中其余固体物料的粒度不大于1mm，为0.8mm； [0058] 2、用绞刀式破碎机破碎所述22份树皮，再将破碎后的树皮与污泥40份，助燃剂31份，助剂1份，固硫剂5份，脱硫剂6份相混合，然后向所得混合物中加水并搅拌均匀，得粘稠泥状物料；本步骤中所加入的水的重量占粘稠泥状物料总重量的15％，破碎后的树皮的粒度不大于0.5mm，为0.4mm。 [0059] 3、将所述粘稠泥状通过挤出成型装置进行挤出成型，挤出压力为15‑20MPA,得燃料块； [0060] 4、将燃料块室温下晾干或者于110‑115℃温度下烘干至燃料块中水分含量不大于4％wt％，室温下晾干需要1‑2天，烘干时间5‑8h，得污泥燃料。对于本发明的产品，如果需要升温烘干，则烘干温度110‑150℃才是适宜的，如果烘干温度低于110℃则烘干时间长、烘干效率低，如果烘干温度高于150℃，则可以发生热量积聚而导致烘燃事帮的发生。 [0061] 取燃料块10g进行燃烧实验，其中燃料燃烧启动时燃料产生热量为5900J，放热时3 间为12分钟，燃烧完全产生的热量为310KJ，测试烟气中SO2排放量为19mg/m，燃烧后燃料块完全为灰烬，底灰结渣率为24％。 [0062] 实施例四 [0063] 本发明提供一种生物质环保型低碳污泥燃料，其原料按重量份重量计如下：污泥28份，树皮25份，助燃剂32份，助剂5份，固硫剂1份，脱硫剂10份。所述污泥包括市政污泥和造纸污泥，其中市政污泥和造纸污泥的体积比为1：1，所述脱硫剂成份与制备方法同实施例一。 [0064] 1、取污泥20份，助燃剂35份，助剂0份，固硫剂3份，脱硫剂7份进行破碎，获得混合物，原料中其余固体物料的粒度不大于1mm，为0.4mm； [0065] 2、用绞刀式破碎机破碎所述25份树皮，再将破碎后的树皮与污泥28份，助燃剂32份，助剂5份，固硫剂1份，脱硫剂10份相混合，然后向所得混合物中加水并搅拌均匀，得粘稠泥状物料；本步骤中所加入的水的重量占粘稠泥状物料总重量的13％，破碎后的树皮的粒度不大于0.5mm，为0.3mm；对于本步骤而言，粘稠泥状物料的含水量必须控制在一定水平，含水量低于10％或高于16％，均会导致产品难以成型，同时如果水分高于16％，会延长后续烘干时间和提高烘干成本。 [0066] 3、将所述粘稠泥状通过挤出成型装置进行挤出成型，挤出压力为15‑20MPA,得燃料块； [0067] 4、将燃料块室温下晾干或者于110‑115℃温度下烘干至燃料块中水分含量不大于4％wt％，得污泥燃料，自然晾干时间为1‑2天，烘干时间5‑8h。对于本发明的产品，如果需要升温烘干，则烘干温度110‑150℃才是适宜的，如果烘干温度低于110℃则烘干时间长、烘干效率低，如果烘干温度高于150℃，则可以发生热量积聚而导致烘燃事件的发生。 [0068] 取燃料块10g进行燃烧实验，其中燃料燃烧启动时燃料产生热量为6200J，放热时3 间为13分钟，燃烧完全产生的热量为330KJ，测试烟气中SO2排放量为21mg/m，燃烧后燃料块完全为灰烬，底灰结渣率为19％。 [0069] 因为树皮由于质地坚硬、密度小且内部结构较为蓬松，可利用空间极小，一般都是长期弃置于废料场。从燃料角度考虑，原料中添加树皮会导致燃料块成型及强度差，但树皮本身却又具有燃点低信燃尽性能好的优点。 [0070] 本发明将树皮用于制作燃料块并且克服固树皮特性导致燃料块成型效果及强度不佳的缺陷，通过控制树皮粒度能够消除树皮因为结构蓬松、密度小导致燃料成型时和形成产品的最终强度差的问题，同时将树皮燃点低，燃尽性能好的特点充分发挥出来。当树皮破碎粒度小于0.5mm时，将适量的树皮与适量的污泥等物料混合，能够制得强度较好的燃料块，所述强度包括成型强度及干燥后的强度，且燃料块的燃点及结渣性能也能够保持较好水平。 [0071] 对比例1 [0072] 取污泥35份，树皮22份，助燃剂30份，助剂3份，固硫剂2份，脱硫剂8份，其中所述35份污泥为市政污泥； [0073] 其中所述树皮包括锯末、椰子树皮和椰子壳，所述锯末、椰子树皮和椰子壳体积比为1：1：1； [0074] 其中所述脱硫剂包括玻璃纤维粉、秸秆和氧化钙，其中玻璃纤维粉、秸秆、氧化钙的体积比为2：4：3，脱硫剂的制备方法同实施例1。所述助燃剂为煤。 [0075] 制备方法为：取污泥35份，助燃剂30份，助剂3份，固硫剂2份，脱硫剂8份相混合后通过破碎机进行破碎，破碎后粒度大于1mm为2mm，获得原料混合物；用绞刀式破碎机破碎所述22份树皮，破碎粒度大于0.5mm，为1mm，向所得混合物中加水并搅拌均匀，得粘稠泥状物料；本步骤中所加入的水的重量占粘稠泥状物料总重量的10％，将所述粘稠泥状通过挤出成型装置进行成型时，不易挤压成形，挤出压力为15‑20MPA,得燃料块； [0076] 4、将燃料块烘干，温度110‑150℃，至燃料块中水分含量不大于4％wt％。 [0077] 取燃料块10g进行燃烧实验，其中燃料燃烧启动时燃料产生热量为4300J，放热时3 间为5分钟，燃烧完全产生的热量为150KJ，测试烟气中SO2排放量为60mg/m ，底灰结渣率为 57％。 [0078] 对比例2 [0079] 取污泥35份，树皮22份，助燃剂30份，助剂3份，固硫剂2份，脱硫剂8份，其中所述35份污泥为市政污泥； [0080] 其中所述树皮包括锯末、椰子树皮和椰子壳，所述锯末、椰子树皮和椰子壳体积比为1：1：1； [0081] 其中所述脱硫剂包括玻璃纤维粉、秸秆和氧化钙，其中玻璃纤维粉、秸秆、氧化钙的体积比为2：4：3，脱硫剂的制备方法同实施例1。所述助燃剂为煤。 [0082] 制备方法为：取污泥35份，助燃剂30份，助剂3份，固硫剂2份，脱硫剂8份相混合后通过破碎机进行破碎，粒度为0.8mm，破碎树皮粒度为0.3mm,制备方法为将上述原料进行混合得粘稠泥状物料；本步骤中所加入的水的重量占粘稠泥状物料总重量的20％，此时由于水分太多不能挤压成形，混合物呈不规则泥状物，将所述不规则泥状物自然晾干或者干燥温度控制在110‑150℃进行烘干，其中所述自然晾干时间为4‑5天，所述烘干时间为15‑24小时，至燃料块中水分含量不大于4％wt％。 [0083] 取不规则燃料块10g，在取不规则燃料块过程中燃料块很容易散开，然后进行燃烧实验，其中燃料燃烧启动时燃料产生热量为2500J，放热时间为6分钟，燃烧完全产生的热量3 为80KJ，测试烟气中SO2排放量为65mg/m，底灰结渣率为62％，结渣物燃烧不充分。 [0084] 对比例3 [0085] 取污泥35份，树皮22份，助燃剂30份，助剂3份，固硫剂2份，脱硫剂8份，其中所述35份污泥为市政污泥； [0086] 其中所述树皮包括锯末、椰子树皮和椰子壳，所述锯末、椰子树皮和椰子壳体积比为1：1：1； [0087] 其中所述脱硫剂包括玻璃纤维粉、秸秆和氧化钙，其中玻璃纤维粉、秸秆、氧化钙的体积比为2：4：3，脱硫剂的制备方法同实施例1。所述助燃剂为煤。 [0088] 制备方法为：取污泥35份，助燃剂30份，助剂3份，固硫剂2份，脱硫剂8份相混合后通过破碎机进行破碎，粒度为0.8mm，破碎树皮粒度为0.3mm,制备方法为将上述原料进行混合得，本步骤中所加入的水的重量占粘稠泥状物料总重量为5％，此时获得混合物不能挤压成型，呈粉状混合物，将所述粉状混合物自然晾干或者干燥温度控制在110‑150℃进行烘干，其中所述自然晾干时间为1天左右，所述烘干时间为3‑4h，至燃料块中水分含量不大于4％wt％。 [0089] 取粉状燃烧物10g，进行燃烧实验，其中燃料燃烧启动时燃料产生热量为2000J，放3 热时间为6分钟，燃烧完全产生的热量为90KJ，测试烟气中SO2排放量为58mg/m ，底灰结渣率为68％，结渣物燃烧不充分。 |
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