CN101215488B

CN101215488B - 有机垃圾与污泥混合的固体燃料及其制备方法

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Publication number: CN101215488B
Application number: CN2008100520693A
Authority: CN
Inventors: 吴丽萍; 文科军
Original assignee: Tianjin Urban Construction College
Current assignee: Tianjin Urban Construction College
Priority date: 2008-01-15
Filing date: 2008-01-15
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2028-01-15
Also published as: CN101215488A

Abstract

本发明公开了一种有机垃圾与污泥混合的固体燃料及其制备方法。固体燃料包括有机垃圾：25％～55％，污泥：20％～50％，煤粉：20％～50％，助燃剂：0.15％～0.25％，脱硫脱氯剂：0.5％～2％。其制备过程包含原料制备、成型、固结3个阶段。本发明经固体燃料机械强度、燃烧特性、污染控制等测试。本发明制造方法得到的有机垃圾与污泥混合的固体燃料是一种较理想的洁净燃料，具有较高的机械强度，满足远距离运输，落下强度达99％以上，是一种具有机械性能强、耐水性好、燃烧特性优、热稳定性强的无污染固体燃料，可以推广至民用及工业部门应用。并能节省大量石油，煤炭等不可再生的化石燃料，具有良好的社会和环境效益。

Description

有机垃圾与污泥混合的固体燃料及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及生活垃圾、污泥资源化利用和环保能源技术领域，特别是一种能够对城市生活垃圾减量化、无害化、资源化处理的有机垃圾与污泥混合的固体燃料及其制备方法。

【背景技术】

我国仅“城市垃圾”的年产量就近1.5亿吨，并以7％～9％年递增速度增加。据不完全统计，中国城市生活垃圾的历年堆存置达60多亿吨，约有2/3的城市陷入垃圾围城的困境。城市垃圾绝大部分是露天堆放，不仅影响城市景观，同时污染了与我们生命至关重要的大气、水和土壤，对城镇居民的健康构成威胁。垃圾已成为城市发展中的棘手问题。现有处理生活垃圾的方法除露天堆放外，还有卫生填埋。卫生填埋虽避免了露天堆放产生的问题，但填埋场占地面积大，使用时间短(一般十年左右)，造价高，同时垃圾中可利用的资源没有得到回收。此外，垃圾处理还有一种方法是焚烧。垃圾焚烧可使垃圾体积缩小50％～95％，但焚烧的同时也烧掉了可回收的资源，释放出有毒气体，如二噁英、电池中的汞蒸汽等，并产生有毒有害炉渣和灰尘。至于堆肥方法则需先将有机垃圾与其它垃圾分开才行。现有的这些垃圾处理方法还都需要高额的处理费用。处理一吨垃圾花费一般上百元，这还不包括建设垃圾处理场的费用，如建一座大型垃圾填埋厂需1～2亿元，建一座大型垃圾焚烧厂需20多亿元。一座城市垃圾焚烧厂，不计征地和炉渣处理的费用，规模1000吨/日焚烧厂的投资都在7亿元人民币以上，而平均运行费为70～150元/吨垃圾。

我国城市垃圾的平均低位热值只有约600kcal/kg，低于国家规定的1000kcal/kg入炉垃圾最低热值标准。目前，全世界对低热值垃圾还没有很好的焚烧方法，而垃圾燃烧不充分导致外排的浓烟夹带着大量剧毒和有害物质，严重地污染了环境。

而当前大量未经分类就填埋或焚烧的垃圾，既是对资源的巨大浪费，又会产生二次污染。生活垃圾中可直接回收利用物质不低于33％，每年年产1.5亿吨的城市垃圾中，被丢弃的“可再生资源”价值高达250亿元！

城市生活垃圾为多种物质混合而成的复杂体，由煤灰、砖瓦、纸张、塑料、金属、橱余、木屑等废弃物组成。其组分主要受城市发展规模、气候、季节、生活水平与***的提高，食品结构的变化，尤其是能源结构的改变，城市生活垃圾的构成发生了明显的变化，有机可燃成分含量低、无机不可燃成分含量高、垃圾成分波动大；水分含量高、热值较低，难以直接实现能源化，垃圾资源化利用率低。

除了城市生活垃圾处理的难题外，我国城市污水处理厂每年排放的污泥量(干重)大约为130万吨，并以10～20％的速度递增。特别是在我国城市化水平较高的几个城市与地区，污泥出路问题已经十分突出。如果城市污水全部得到处理，则将产生污泥量(干重)为840万吨，占我国总固体废弃物的3.2％。如何处置这么大量的污泥，这是许多大城市都将面临的问题。国内主要污泥处理方式主要有填埋法、焚烧法、直接烘干法、厌氧消化法、生物处理法。填埋法基本类似于城市垃圾填埋，要占用大量土地，浪费土地资源；而污泥中含有的营养物质使大量病杂菌繁衍，导致污泥霉变，污染环境，据国内污水处理厂调查，每吨污泥的填埋处理费用平均约40元/吨；现有的污泥焚烧需要耗费大量重油而不经济，并造成大气污染，浪费资源。如在日本污泥焚烧处理占污泥处理总量的60％以上，焚烧工艺大部分采用多段焚烧炉，一套处理量50m3/d左右的焚烧设备成本高达28亿日元；直接烘干法可将含水率75％～80％的污泥烘干，温度高达200℃以上，杀死各种病菌，然后进行填埋或再处理，但能耗高，处理成本高；80年代以前大多数的活性污泥采用厌氧消化法处理，杀灭微生物病菌并生产部分可利用的沼气。有关资料显示，污泥厌氧消化***的建设投资约为100～200万元/吨干泥，运行费用大约700～900元/吨干泥；生物处理法即生物堆肥法，它是引进好氧菌种和氧气，使污泥好氧生物高温发酵。目前我国污泥处理处置主要方法中污泥农用约占44.8％、陆地填埋约占31％、其它处置约10.5％、没有处置约13.7％，据统计，我国用于污泥处理处置的投资约占污水处理厂总投资的20～50％，污泥处理处置处于严重滞后状态。

国内的垃圾热值低、水分高、变化大、分选难、产量世界第一，这个现实在短时间内难以改变。在垃圾现状、经济和技术三大制约因素的重重包围中，如何充分利用垃圾资源，开发出具有我国自主知识产权的低热值垃圾资源化高效利用技术已成当务之急。如北京市现日产垃圾13000吨，全年生产495万吨，其中废塑料36.2万吨，废纸38.8万吨，废食品草木121.3万吨，且每年将以8％的速度递增，若将这些有机垃圾作为燃料资源，则能带来巨大的经济效益。

【发明内容】

本发明的目的是针对现有城市垃圾中可回收资源的巨大浪费，以及垃圾焚烧处理高额费用的问题，提供一种有机垃圾与污泥混合的固体燃料及其制备方法，该固体燃料使用有机垃圾作为原料主成分，水溶性的废水污泥作为粘结剂，实现固体有机废物的资源化、无害化、减量化处理。

本发明为实现上述目的公开了一种有机垃圾与污泥混合的固体燃料的制备方法，其特征在于所述燃料包括有机垃圾，污泥，煤粉混配组成，所述成分的重量百分比是：有机垃圾：25％～55％，污泥：20％～45％，煤粉：20％～45％，以及助燃剂：0.15％～0.25％和脱硫脱氯剂：0.5％～2％；所述助燃剂是：MnO₂或KMnO₄中的一种或混合物；所述脱硫脱氯剂是：CaO、CaCO₃或MgO中的一种或混合物；所述固体燃料通过以下步骤制备：将除去了重金属和砖渣、瓦片无机成分的有机垃圾干燥脱水，将有机垃圾和煤分别破碎至3mm～10mm粒径，再将有机垃圾颗粒、煤粉颗粒、污泥、助燃剂和脱硫脱氯剂按比例充分混合，保持水分含量为8％～12％；经机械或人工混捏，压制成型；将成型产品自然干燥至水分含量5％～15％。

本发明的有益效果是：本发明将生活垃圾作为燃料资源，通过降低水分含量，提高可燃成分含量，并将有机垃圾、污泥、高热值煤粉等经优化配比制备固体燃料。该固体燃料能达到最佳热效率，城市垃圾和污泥同时减容。本发明制作方法简单，处理费用低廉，无二次污染，并可在短期内获得经济效益，实现固体有机废物的资源化、无害化、减量化。经对256个实验结果采用统计分析、数量化理论分析方法，以及水平效应和工程效应评估等手段评价确定，用本发明制造方法得到的有机垃圾与污泥混合的固体燃料是一种较理想的洁净燃料，具有较高的机械强度，完全可以满足远距离运输，落下强度达99％以上，具有较强的耐潮、抗水性能；燃烧热值达到普通燃料利用的热值要求，热稳定性程度高，可以成为普通煤燃料的替代品，是一种具有机械性能强、耐水性好、燃烧特性优、热稳定性强，且无二次污染的固体燃料。可以推广至民用及工业部门应用，实现垃圾的资源化，减量化，无害化，做到垃圾的再生利用，可以节省大量石油，煤炭等不可再生的化石燃料，具有良好的社会和环境效益。并对令人头痛的污泥直接处理和利用，既解决废水污泥的环境污染问题，又化废为宝，提供能源，具有重要的经济和社会应用价值。

【具体实施方式】

本发明所采取的方案：先除去垃圾中重金属和大块砖渣、瓦片等无机成分，即为有机垃圾主要原料，其中包含了如织物、塑料等不易自然降解的可燃有机成分，经破碎、干燥，将煤粉、污泥以及脱硫脱氯剂为辅料，掺入经预处理的有机垃圾中，按一定的组分配比在湿润状态下混合搅拌后压制成一定强度和形状的固体燃料产品，经优化配比获得最佳配方，制成的产品可供民用或企业使用。

本发明的制备过程涉及原料制备、成型、固结3个阶段。

所述制备原料，包括原料的干燥、粉碎及混合。由于收集的生活垃圾含水率高，为了满足成型燃料的水分要求，除去了重金属和大块砖渣、瓦片等无机成分的有机垃圾经烘干或自然风干脱水，并将其水分含量控制在4％～8％；然后将煤粉、经干燥处理的生活垃圾采用普通的粉碎机械破碎至3mm～10mm的颗粒；再将垃圾颗粒、煤粉、污泥、助燃剂、脱硫脱氯剂按适当比例充分混合，为使原料颗粒表面均匀地被污泥所润湿、覆盖垃圾和煤粒表面，达到最佳粘结效果，并使助燃剂、脱硫脱氯剂等分布均匀，便于原料成型，适宜的水分含量为8％～12％。

所述成型过程为第二阶段，将制备的原料采用机械或人工混捏后，在常温、常压下送入成型机(成型压力1961～3432N/cm²)压制成所需形状的固体燃料产品。

第三阶段为固结过程，将成型样品自然干燥至水分含量5％～15％即可。

本发明的方案在制备时，所提供的垃圾原料仅须拣出重金属和大块砖渣、瓦片等无机成分，依靠人工或机械很容易解决，其主要成分为有机垃圾。对废塑料不必分拣出加热聚缩，干燥时不须热解或干馏·炭化，仅自然干燥即可满足制备条件。因废塑料和其它垃圾处理方法难以处理的高热值可燃物比重提高，有效地解决了因低热值垃圾成分阻碍成品燃料热值提高的根本问题。可燃成分高，可节约大量助燃油或煤，污泥为水性粘结剂，具有良好的粘结力，易于均匀混捏；该固体燃料的成型操作简便，只需常温、常压，使用一般的成型机械即可制得产品，供居民及工业等广泛使用。因此该发明无论在原料制备过程还是成型、固结过程，操作均十分简便，燃料可充分燃烧，无SO₂、HCl等污染性气体造成的二次污染问题。

我国城市垃圾的平均低位热值只有约600kcal/kg，自身热能不足以燃烧，需要对原生垃圾进行降水提(热)值或引入经济的、数倍于垃圾自身热值的外部热能等措施才能使垃圾稳定燃烧并符合经济和环保的要求。本发明则提供了可以充分利用有机可燃垃圾和污泥(来源于城市污水处理场的污泥)，经原料制备、成型、固结过程制造固体燃料及其制备方法，该发明提供的产品机械性能、燃烧特性以及热稳定性均达到型煤的技术指标。

本发明通过实施例对燃料的燃烧特性，热稳定性，以及抗压强度、落下强度、浸水强度、复干强度等机械性能指标进行了实验。

[实施例1]

将烘干后水分含量为4％～8％的有机垃圾颗粒、污泥、煤粉颗粒按1∶1∶2比例混合，加入助燃剂MnO₂含量为0.18％，脱硫脱氯剂CaO含量为0.90％，混合均匀，保持水分含量为8％～12％；然后混捏加工成型，再经自然干燥至水分含量为5％～15％的固体燃料产品。采用《工业型煤冷压强度测定方法》(MT/T748-1997)测定该固体燃料的抗压强度，经测定该固体燃料的抗压强度在167.2620kPa～207.0788kPa范围，可靠性为95％。

[实施例2]

将烘干后水分含量为4％～8％的有机垃圾颗粒、煤粉颗粒、污泥按2∶1∶1比例混合，加入助燃剂MnO₂含量为0.17％，脱硫脱氯剂CaO含量为1.20％，混合均匀，保持水分含量为8％～12％；然后混捏加工成型，再经自然干燥至水分含量为5％～15％的固体燃料产品。将成型固体燃料产品在水中(室温状态下)浸泡24h后，采用《工业型煤浸水强度和浸水复干强度的测定方法》(MT/T749-1997)测定该固体燃料的浸水强度，经测定该固体燃料的浸水强度在18.74458kPa～23.484038kPa范围，可靠性为95％。

[实施例3]

将烘干后水分含量为4％～8％的有机垃圾颗粒、煤粉颗粒、污泥按2∶1∶1比例混合，加入助燃剂MnO₂含量为0.18％，脱硫脱氯剂CaO含量为1.20％，混合均匀，保持水分含量为8％～12％，然后混捏加工成型，再经自然干燥至水分含量为5％～15％的固体燃料产品。采用《工业型煤浸水强度和浸水复干强度的测定方法》(MT/T749-1997)测定该固体燃料的浸水复干强度，经测定该固体燃料的浸水复干强度在58.32095kPa～66.58751kPa范围，可靠性为95％。

[实施例4]

将烘干后水分含量为4％～8％有机垃圾颗粒、煤粉颗粒、污泥按2∶1∶1比例混合，加入助燃剂MnO₂含量为0.19％，脱硫脱氯剂CaO含量为0.90％，混合均匀，保持水分含量为8％～12％，然后混捏加工成型，再经自然干燥至水分含量为5％～15％的固体燃料产品。采用《煤的热稳定性测定方法》(GB/T 1573-2001)测定该固体燃料的热稳定性，经测定该固体燃料的热稳定性在69.895％～83.581％范围，可靠性为95％。

[实施例5]

将烘干后水分含量为4％～8％的有机垃圾颗粒、污泥、煤粉颗粒按1∶1∶2比例混合，加入助燃剂MnO₂含量为0.19％，脱硫脱氯剂CaO含量为1.20％，混合均匀，保持水分含量为8％～12％；然后混捏加工成型，再经自然干燥至水分含量为5％～15％的固体燃料产品。采用《煤的发热量测定方法》(GB/T213-1996)测定该固体燃料的燃烧热值，经测定该固体燃料的燃烧热值在18.92722～19.51157kJ/g范围，可靠性为95％。

[实施例6]

将烘干后水分含量为4％～8％有机垃圾颗粒、煤粉颗粒、污泥按2∶1∶1比例混合，加入助燃剂MnO₂含量为0.19％，脱硫脱氯剂CaO含量为1.50％，混合均匀，保持水分含量为8％～12％；然后混捏加工成型，再经自然干燥至水分含量为5％～15％的固体燃料产品。采用脱硫剂的固硫率(灰渣含硫量占固体燃料含硫量的百分率)指标衡量对污染气体的控制效果，即采用《煤中全硫的测定方法》(GB/T 214-1996)测定该固体燃料及灰渣的含硫量，经测定该固体燃料的固硫率在73.675％～91.461％范围，可靠性为95％。

[实施例7]

将烘干后水分含量为4％～8％有机垃圾颗粒、煤粉颗粒、污泥按2∶1∶1比例混合，加入助燃剂MnO₂含量为0.17％，脱硫脱氯剂CaO含量为0.80％，混合均匀，保持水分含量为8％～12％；然后混捏加工成型，再经自然干燥至水分含量为5％～15％的固体燃料产品。采用《煤中氯的测定方法》(GB 3558-1996)测定该固体燃料的脱氯率在57.761％～91.601％范围，可靠性为95％。

[实施例8]

将烘干后水分含量为4％～8％有机垃圾颗粒、煤粉颗粒、污泥按2∶1∶1比例混合，加入助燃剂MnO₂含量为0.18％，脱硫脱氯剂CaO含量为1.50％，混合均匀，保持水分含量为8％～12％，然后混捏加工成型，再经自然干燥至水分含量为5％～15％的固体燃料产品。采用上述方法分别测定该固体燃料的抗压强度、浸水强度、浸水复干强度、热稳定性和燃烧热值，测定结果为：抗压强度达150.2891kPa，浸水强度达15.2634kPa，浸水复干强度达59.78425kPa，热稳定性指标TS₊₆值为62.98％，燃烧热值为18.27323kJ/g，固硫效率可达78.44％，固氯效率可达77.71％。

Claims

1.一种有机垃圾与污泥混合的固体燃料的制备方法，其特征在于所述燃料包括有机垃圾，污泥，煤粉混配组成，所述成分的重量百分比是：有机垃圾：25％～55％，污泥：20％～45％，煤粉：20％～45％，以及助燃剂：0.15％～0.25％和脱硫脱氯剂：0.5％～2％；所述助燃剂是：MnO₂或KMnO₄中的一种或混合物；所述脱硫脱氯剂是：CaO、CaCO₃或MgO中的一种或混合物；所述固体燃料通过以下步骤制备：将除去了重金属和砖渣、瓦片无机成分的有机垃圾干燥脱水，将有机垃圾和煤分别破碎至3mm～10mm粒径，再将有机垃圾颗粒、煤粉颗粒、污泥、助燃剂和脱硫脱氯剂按比例充分混合，保持水分含量为8％～12％；经机械或人工混捏，压制成型；将成型产品自然干燥至水分含量5％～15％。

2.根据权利要求1所述的有机垃圾与污泥混合的固体燃料的制备方法，其特征在于所述有机垃圾经烘干或自然风干脱水，干燥脱水后水分含量控制在4％～8％。

3.根据权利要求1所述的有机垃圾与污泥混合的固体燃料的制备方法，其特征在于所述压制成型过程是在常温、常压条件下。