專利名稱：一種利用污泥及秸稈制備燃料的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于固體廢棄物處理及資源化利用領(lǐng)域，涉及一種污泥制備合成燃料的工 藝方法，尤其涉及一種直接利用秸稈等生物質(zhì)與含水率80%左右的濕污泥在無攪拌條件 下，通過汽爆技術(shù)，使污泥與生物質(zhì)破碎并均勻混合，制得合成燃料的方法及裝置。
背景技術(shù)：
伴隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們對環(huán)境的日益關(guān)注，污泥產(chǎn)量迅速擴(kuò)大。尋找 一種既適合處理所有污泥，又能利用污泥中有效成分，實(shí)現(xiàn)減量化、無害化、穩(wěn)定化和資源 化的技術(shù)是當(dāng)前污泥處理技術(shù)研究開發(fā)的方向。城市污泥中含有大量的有機(jī)物，約占709Γ80% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))，低位干基熱值約14MJ/ kg，與劣質(zhì)煤接近，可以作燃料使用。將污泥按一定比例與煤粉和其他添加劑混合制成污泥 型煤，既可以作為型煤的粘結(jié)劑，又可以充分利用污泥的熱值。污泥制成合成燃料后，污泥 中有機(jī)污染物、致病菌可通過燃燒去除，部分重金屬離子沉積在灰渣中。同時(shí)污泥燃料與煤 混燒，可在一定程度上減少燃煤氮氧化物和硫氧化物的排放。污泥合成燃料揮發(fā)分含量高， 具有燃點(diǎn)低、溫度高、起火快等優(yōu)點(diǎn)。污泥燃料化技術(shù)被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的方法之一?，F(xiàn)有的污泥合成燃料技術(shù)，將煤、灣泥、沸石以質(zhì)量比65: 25: 10混合制成燃料 顆粒，也有按煤、污泥、沸石、米糠以質(zhì)量比45: 35: 10: 10或者煤、污泥、沸石、生石灰以 質(zhì)量比40: 40: 10: 10合成燃料，其中煤的比例接近甚至超過一半，混合燃料中燃燒的主 要是煤。還有些技術(shù)以污泥、助燃劑(生物質(zhì)、煤)、脫硫劑、粘結(jié)劑為原料制備污泥合成燃 料，污泥的添加比例有所提高，維持在50%左右，污泥處理率有所提高?，F(xiàn)有燃料化技術(shù)存 在以下缺點(diǎn)(1)脫水污泥須進(jìn)行預(yù)干燥，處理成本高；(2)助燃劑(煤或生物質(zhì))的添加比 例均較大(大于40%)，污泥的添加比例低；(3)以秸稈為助燃劑的污泥燃料化技術(shù)，合成燃 料前需將秸稈粉碎，然后再與污泥及其他添加劑混合制得燃料，工藝復(fù)雜；(4)合成燃料含 水率的降低和熱值的提高主要是靠大幅度地添加助燃劑，以及添加Fe3+、Ca2+或粉煤灰等添 加劑，降低合成燃料的含水率，這些化學(xué)組分的加入，在污泥燃燒時(shí)容易產(chǎn)生腐蝕及有害氣 體污染環(huán)境；(5)在穩(wěn)定化及無害化方面存在一定的安全隱患，尤其是在未燃燒之前，大量 的病菌及病毒并沒有殺死。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種通過熱調(diào)質(zhì)和汽爆技術(shù)使生物質(zhì)破碎并與污泥混合均勻制備污 泥合成燃料的方法及裝置。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明所述的一種利用污泥及秸稈制備燃料的方法，步驟如下 步驟1 將含水率小于85%的脫水濕污泥直接與秸稈按質(zhì)量比20:廣20 5送入汽爆反 應(yīng)釜中；
步驟2 關(guān)閉進(jìn)料口后通入汽爆氣體，待物料被加熱到汽爆溫度、反應(yīng)釜壓力升至汽爆壓力時(shí)，1(Γ300秒后快速打開汽爆反應(yīng)釜出料口處的快開閥，使污泥與生物質(zhì)膨脹、爆碎并 混合均勻；
步驟3 將汽爆后的混合物送入脫水機(jī)脫水；
步驟4 將脫水后的混合物造粒成型，制得污泥合成燃料。本發(fā)明所述的一種實(shí)施上述方法的裝置，包括進(jìn)料器、汽爆反應(yīng)釜、緩沖釜、脫水 機(jī)、成型機(jī)，其連接方式為進(jìn)料器出口與汽爆反應(yīng)釜進(jìn)口連接，汽爆反應(yīng)釜出口與緩沖釜進(jìn) 口連接，緩沖釜出口與脫水機(jī)進(jìn)口連接，脫水機(jī)出口與成型機(jī)進(jìn)口相連。本發(fā)明工作過程如下
將含水約小于85%的脫水污泥與秸稈等生物質(zhì)按上述比例送入汽爆反應(yīng)釜，并在封閉 反應(yīng)釜進(jìn)料口后向反應(yīng)釜中通入少量蒸汽，待反應(yīng)釜中的污泥和生物質(zhì)被加熱到汽爆溫度 后，壓力達(dá)1. 2-5. OMPa，維溫維壓1(Γ300秒后迅速打開設(shè)在反應(yīng)釜出口處的快開閥，原料 孔隙中的汽相介質(zhì)噴出，高壓液態(tài)水迅速爆沸形成閃蒸，反應(yīng)釜內(nèi)污泥和生物質(zhì)急劇膨脹， 對外做功，產(chǎn)生“爆破”效果，在機(jī)械力的作用下，生物質(zhì)和污泥細(xì)胞被爆碎并混合均勻，污 泥脫水性能顯著提升，通過脫水機(jī)除去混合物中部分水分，再將脫水后的混合物送入成型 機(jī)中制得污泥合成燃料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、本發(fā)明直接采用小于85%的脫水污泥制備燃料，充分利用熱調(diào)質(zhì)技術(shù)同步實(shí)現(xiàn)生物 質(zhì)破碎和改善污泥脫水性能，制備過程中無需任何化學(xué)添加劑，燃燒產(chǎn)物無額外污染；
2、本發(fā)明充分利用汽爆技術(shù)，生物質(zhì)無需預(yù)粉碎，無需額外攪拌設(shè)備即可與污泥混合 均勻；
3、本發(fā)明利用熱調(diào)質(zhì)技術(shù)同步實(shí)現(xiàn)污泥脫水和資源化利用，燃料中污泥的添加比例大 于80%，可作為資源化處理污泥的新技術(shù)；
4、本發(fā)明主要通過汽爆降低污泥含水率來提高合成燃料的熱值，充分利用污泥的熱 值，合成燃料熱值高，即使在生物質(zhì)的添加比例只有4%的情況下，合成燃料的熱值也能達(dá) 到 8500kJ/kg ；
5、本發(fā)明采用熱調(diào)質(zhì)技術(shù)，污泥經(jīng)高溫處理后，各種致病菌被殺死，真正實(shí)現(xiàn)了污泥處 理的穩(wěn)定化、無害化、減量化；
6、本發(fā)明裝置利用增壓活塞提升汽爆壓力，物料溫度、汽爆壓力不再受蒸汽限制，解決 了傳統(tǒng)汽爆過程中物料溫度會隨壓力的增高而升高的問題，可實(shí)現(xiàn)物料的高溫低壓或低溫 高壓的汽爆，應(yīng)用范圍更廣。7、本發(fā)明裝置通過增壓活塞提升汽爆壓力，而不采用現(xiàn)有的利用氣體來增壓，增 壓能耗低，且汽爆壓力可大大提高，提高了生產(chǎn)效率。8、本發(fā)明裝置不以高壓蒸汽作為壓力源，啟動(dòng)速度快，物料可間接加熱，能源利用 率高，能耗低，可有效降低下游產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。9、本發(fā)明工藝路線簡單易行，汽爆溫度、壓力和物料停留時(shí)間可實(shí)時(shí)有效控制，能 根據(jù)生物質(zhì)種類實(shí)時(shí)調(diào)整汽爆工藝參數(shù)，工藝的自適應(yīng)強(qiáng)，因而，燃料產(chǎn)量的穩(wěn)定性不會受 到生物質(zhì)季節(jié)性的影響。


圖1是本發(fā)明的利用污泥及秸稈制備燃料方法的工藝流程圖。
圖2是本發(fā)明方法所用的活塞增壓式汽爆反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1、進(jìn)料器2、汽爆反應(yīng)釜3、緩沖釜4、脫水機(jī)5、成型機(jī)6、增壓活塞7、 罐體8、出料口 9、快開閥10、蒸汽進(jìn)口 11、進(jìn)料口。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
一種制備污泥合成燃料的方法，步驟如下
步驟1 將含水率小于85%的脫水濕污泥直接與秸稈按質(zhì)量比20:廣20:5送入汽爆反 應(yīng)釜中；
步驟2 關(guān)閉進(jìn)料口后通入汽爆氣體，待物料被加熱到汽爆溫度、反應(yīng)釜壓力升至汽爆 壓力時(shí)，1(Γ300秒后快速打開汽爆反應(yīng)釜出料口處的快開閥，使污泥與生物質(zhì)膨脹、爆碎并 混合均勻；
步驟3 將汽爆后的混合物送入脫水機(jī)脫水；
步驟4 將脫水后的混合物造粒成型，制得污泥合成燃料。實(shí)施例2
一種實(shí)施上述制備污泥合成燃料方法的裝置，包括進(jìn)料器1、汽爆反應(yīng)釜2、緩沖釜3、 脫水機(jī)4、成型機(jī)5，進(jìn)料器1出口與汽爆反應(yīng)釜2進(jìn)口、汽爆反應(yīng)釜2出口與緩沖釜3進(jìn)口、 緩沖釜3出口與脫水機(jī)4進(jìn)口、脫水機(jī)4出口與成型機(jī)5進(jìn)口分別相連，在本實(shí)施例中，所 述的活塞增壓式汽爆反應(yīng)釜2包括罐體7，在罐體7上設(shè)有出料口 8、蒸汽進(jìn)口 10和進(jìn)料口 11，在蒸汽進(jìn)口 10及出料口 8上分別設(shè)有閥門9，在罐體7內(nèi)設(shè)有增壓活塞6，所述進(jìn)料口 11與處于起始位置的增壓活塞6相鄰。下面參照附圖，對本發(fā)明做出更為詳細(xì)的說明
參照圖1，一種制備污泥合成燃料方法的裝置，包括進(jìn)料器1、汽爆反應(yīng)釜2、緩沖釜3、 脫水機(jī)4、成型機(jī)5。將含水率80%的濕污泥與樹葉(平均直徑大于70mm)按質(zhì)量比24:1通 過進(jìn)料器1經(jīng)汽爆反應(yīng)釜2的進(jìn)料口送入到反應(yīng)釜中，關(guān)閉進(jìn)料口后通入汽爆氣體，待物料 被加熱到汽爆溫度150°C、反應(yīng)釜壓力至1. SMPa時(shí)，100秒后快速打開汽爆反應(yīng)釜2出料口 處的快開閥，使污泥與生物質(zhì)膨脹、爆碎、混合均勻并收集于緩沖釜3。隨后送入脫水機(jī)4在 壓力為0. 7MPa的條件下脫水1小時(shí)，經(jīng)成型機(jī)5壓制得污泥合成燃料，合成燃料的含水率 小于65%，抗壓強(qiáng)度為3. 08kg/cm2，熱值為8500kJ/kg。熱解時(shí)水分析出溫度約20-150°C， 揮發(fā)分析出溫度280-350°C，著火溫度280°C，燃燒時(shí)最終失重率達(dá)90%。本實(shí)施例直接以含水率為80%的脫水濕污泥和未經(jīng)粉碎的樹葉為原料，通過蒸汽 爆破技術(shù)提高污泥的脫水性能，并將生物質(zhì)與污泥細(xì)胞粉碎并混合均勻，將調(diào)質(zhì)后的混合 物脫水，再成型制得污泥合成燃料，有效實(shí)現(xiàn)了污泥深度脫水與資源化利用一體化。本實(shí)施 利中，污泥的添加比例為96%，樹葉的添加比例為4%，而合成燃料的熱值則達(dá)到8500kJ/kg， 若延長脫水時(shí)間，合成燃料的含水率進(jìn)一步降低，燃料熱值可進(jìn)一步增大。本發(fā)明方法充分 利用污泥的熱值，燃料制備過程中無添加劑、無攪拌裝置，經(jīng)高溫處理后的污泥真正達(dá)到了 無害化、穩(wěn)定化、減量化及資源化的目的，有效降低了污泥合成燃料的生產(chǎn)成本，污泥處理 量大。參照圖2，一種實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)與污泥細(xì)胞破碎并混合均勻，提高污泥脫水性能的活塞增壓式汽爆反應(yīng)釜2，包括罐體7，在罐體7上設(shè)有出料口 8、蒸汽進(jìn)口 10和進(jìn)料口 11，蒸汽 進(jìn)口 10及出料口 8上分別設(shè)有閥門，在罐體7內(nèi)設(shè)有增壓活塞6，所述進(jìn)料口 11與處于起 始位置的增壓活塞6相鄰?？扉_閥9處于關(guān)閉位置，增壓活塞6處于打開位置，通過進(jìn)料 口 11往罐體內(nèi)送入污泥和生物質(zhì)，推動(dòng)活塞6至反應(yīng)釜關(guān)閉后通過蒸汽進(jìn)口 10向罐體內(nèi) 通入蒸汽加熱物料，待物料被加熱到汽爆溫度時(shí)，繼續(xù)推動(dòng)增壓活塞6提升反應(yīng)釜壓力至 1. 5-5. OMpa汽爆壓力(可根據(jù)工藝要求進(jìn)一步提升)，維壓1(Γ300秒后，迅速打開快開閥9， 污泥和生物質(zhì)孔隙中的汽相介質(zhì)噴出，高壓液態(tài)水迅速暴沸形成閃蒸，對外做功，產(chǎn)生“爆 破”效果，在機(jī)械力的作用下，污泥細(xì)胞和生物質(zhì)結(jié)構(gòu)被破碎，污泥與生物質(zhì)混合均勻。污泥 經(jīng)過高溫高壓處理后，各種病原菌被殺死，真正實(shí)現(xiàn)了污泥處理的無害化。
本裝置采用快開閥來觸發(fā)汽爆過程，主要通過增壓活塞提升罐體內(nèi)汽爆壓力，污 泥和生物質(zhì)的汽爆粉碎無需高壓蒸汽即可實(shí)現(xiàn)，降低了汽爆過程對蒸汽品質(zhì)的要求，大大 減少汽爆過程中高壓蒸汽的消耗，可大幅提高能源的利用率，實(shí)現(xiàn)能量梯級利用，降低汽爆 能耗。壓力容易達(dá)到生產(chǎn)要求，有利于提高生產(chǎn)效率，污泥和生物質(zhì)的汽爆壓力、停留時(shí)間 可精確控制，兩者可實(shí)現(xiàn)均勻混合。裝置啟動(dòng)速度快，壓力釋放時(shí)間短，主要部件少，設(shè)備制 造簡單，可靠性高，在現(xiàn)有技術(shù)條件下可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。
權(quán)利要求
一種利用污泥及秸稈制備燃料的方法，其特征在于，步驟如下步驟1將含水率小于85%的脫水濕污泥直接與秸稈按質(zhì)量比20:1~205送入汽爆反應(yīng)釜中；步驟2關(guān)閉進(jìn)料口后通入汽爆氣體，待物料被加熱到汽爆溫度、反應(yīng)釜壓力升至汽爆壓力時(shí)，10~300秒后快速打開汽爆反應(yīng)釜出料口處的快開閥，使污泥與生物質(zhì)膨脹、爆碎并混合均勻；步驟3將汽爆后的混合物送入脫水機(jī)脫水；步驟4將脫水后的混合物造粒成型，制得污泥合成燃料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備污泥合成燃料的方法，其特征在于，步驟1中的秸稈為麥 稈、稻草桿、玉米桿、薯類、油料、棉花、甘蔗、樹葉、木屑中的一種或幾種，尺寸大小要求能夠 送入汽爆反應(yīng)釜，無需粉碎成粉末。
3.一種實(shí)施權(quán)利要求1所述利用污泥及秸稈制備燃料的方法的裝置，其特征在于，包 括進(jìn)料器(1)、汽爆反應(yīng)釜(2)、緩沖釜(3)、脫水機(jī)(4)、成型機(jī)(5)，其連接方式為進(jìn)料器 (1)出口與汽爆反應(yīng)釜(2)進(jìn)口連接，汽爆反應(yīng)釜(2)出口與緩沖釜(3)進(jìn)口連接，緩沖釜 (3)出口與脫水機(jī)(4)進(jìn)口連接，脫水機(jī)(4)出口與成型機(jī)(5)進(jìn)口相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述的活塞增壓式汽爆反應(yīng)釜(2)包括罐 體(7)，在罐體(7)上設(shè)有出料口(8)、蒸汽進(jìn)口(10)和進(jìn)料口(11)，在蒸汽進(jìn)口(10)及出 料口(8)上分別設(shè)有閥門(9)，在罐體(7)內(nèi)設(shè)有增壓活塞(6)，所述進(jìn)料口(11)與處于起 始位置的增壓活塞(6)相鄰。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用污泥及秸稈制備燃料的工藝方法，將含水率小于85%的脫水濕污泥與秸稈按質(zhì)量比20:1~20:5送入汽爆反應(yīng)釜，封閉進(jìn)料口后向罐體內(nèi)通入汽爆氣體，待原料被加熱到汽爆溫度時(shí)，使罐體升壓至汽爆壓力，快速卸壓，使生物質(zhì)結(jié)構(gòu)及污泥細(xì)胞破碎并混合均勻。隨后通過脫水機(jī)除去混合物中部分水分，再成型制得污泥合成燃料。一種制備污泥合成燃料裝置，包括進(jìn)料器、汽爆反應(yīng)釜、緩沖釜、脫水機(jī)、成型機(jī)。進(jìn)料器出口與汽爆反應(yīng)釜進(jìn)口、汽爆反應(yīng)釜出口與緩沖釜進(jìn)口、緩沖釜出口與脫水機(jī)進(jìn)口、脫水機(jī)出口與成型機(jī)進(jìn)口分別相連。
文檔編號C10L5/46GK101993752SQ20101055803
公開日2011年3月30日 申請日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月25日
發(fā)明者張長飛, 葛仕福, 趙培濤 申請人:東南大學(xué)