CN103374425A - 一种污泥煤粉及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种污泥煤粉及其制备方法，属于气化领域。所述污泥煤粉包含含水污泥、煤、炉渣。所述含水污泥与所述煤、所述炉渣的质量比为（10~30）：（40~85）：（5~30）。本发明所述污泥煤粉具有含水率低、气化或燃烧过程热能损耗低、气化效率高的优点，另外由于加入炉渣处理含水污泥，所以处理成本低廉，实现了对污泥、炉渣的高效、快速处置，并实现了资源的最大化利用。

Description

一种污泥煤粉及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种污泥煤粉及其制备方法，属于气化领域。

背景技术

城市污泥的产量巨大并且成分复杂，如何对城市污泥处置与利用已成为人们所关注的问题。长期以来，人们一直将“减量化、稳定化、无害化”的污泥处置方法作为最终目的。在此原则下，人们优先选择经济性较好的技术来对污泥进行处置。目前，城市污泥的处理方法主要有填埋、用于农作肥、焚烧等。

卫生填埋法处理污泥具有操作简单、投资抵的优点，但填埋场填埋污泥需要侵占大量土地、且污泥中含有一定的有毒物质，填埋不当有可能造成渗滤液渗出，严重污染地下水资源。随着人类环保意识的增强，人们对城市环境的要求越来越高，从而对污泥填埋处置要求也越来越高，填埋场地的选择范围越来越小，填埋成本也越来越高。

污泥作为农田肥利用是指污泥经处理后可作为肥料用于土壤中，因为污泥成分中有机物、氮、磷等的含量均高于一般农家厩肥，还含有钾及其它微量元素，若施用于土地中，对土壤的物理、化学及生物学性状有一定的改良作用。但是城市污水处理厂污泥中含有大量的病原微生物和寄生虫，如不加以控制，则污泥在土地利用或使用过程中会对人畜的健康造成危害；另一方面污泥中往往存在大量的铜、镍、镉、铅、锌、汞等重金属和许多有毒有机物，若农田长期使用会导致土壤污染，她们被农作物吸收后又通过食物链进入人体，从而影响人体健康。因此，污泥农用引起的争议越来越多。如在法国和德国，部分地区已经出现拒绝使用污泥农产品的现象。

污泥焚烧作为污泥处置的方法之一，它能使污泥中的有机物全部炭化，杀死病原体，可最大限度的减少污泥体积。但是由于污泥含水量大，焚烧前需要干化，焚烧不能带来大量的热能收益，反而投资巨大，另外污泥焚烧后，容易产生二噁英等污染物，造成环境的二次污染。

为了解决上述技术问题，人们对污泥处理技术进行了不断研究，提出了将污泥与煤混合制备污泥煤浆，然后对污泥煤浆进行燃烧或气化处理的方法。该方法是一种可以安全处置污泥而不污染环境，并可产生热能或干净的可燃气和/或合成气的废物再利用方法，符合我国的可持续发展的战略目标。

现有技术中，中国专利文献CN1908134A公开了一种高浓度污泥煤浆及其制备方法，所述污泥煤浆包括煤粉100~200份，含水污泥10~50份，水10~100份，添加剂1~5份，污泥改性药剂1~5份，其中所述添加剂为萘磺酸盐、聚羧酸盐或木质素磺酸盐。上述技术中所述的污泥煤浆用作锅炉燃料或气化燃料，实现了污泥的资源化利用，具有较好的经济效益。但是上述技术中，污泥煤浆中的添加剂通常作为浆体的稳定剂，保持污泥煤浆的稳定性，而这些添加剂的加入会增加污泥煤浆的成本；其次，污泥煤浆中的含水率很高，一般为75~95wt%，在污泥煤浆的燃烧或气化过程中，首先需要对污泥煤浆中的水进行蒸发，而水的蒸发会导致气化过程中损耗更多的能量，造成污泥煤浆气化的能耗增高；最后，当污泥煤浆作为气化原料进行气化时，需要经高压泵送和高压氧气混合雾化后喷入气化炉气化，而污泥煤浆喷入时对气化炉的喷嘴要求很高，且喷嘴长期在高压状态下工作时，容易造成喷嘴变形，使气化炉喷嘴的使用寿命减少。

对于上述技术问题，本领域技术人员一直在寻找一种能够有效实现污泥处理处置的方法。经发明人进一步研究发现，如果将污泥和煤制备成污泥煤粉，然后再将污泥煤粉进行气化或燃烧，由于污泥煤粉中的含水率很低，这样进行燃烧或气化时，可以节省燃烧或气化过程中热能的损耗，并且气化时得到的粗燃气的效率也会大大提高。但是，由于污泥中含有的有机成分较多，污泥中的结合水不易完全去除，所以在将污泥研磨制粉的过程中，污泥干粉容易集结成块状，很难将污泥与煤一起制成干粉

而现有技术中已经有将污泥干燥制备成粉体相关报道，例如中国专利CN102183027A提供了一种高热值剩余污泥的处置方法，包括将待处理含水率为80~90wt%的剩余污泥送入板框压滤水机进行脱水，得到的压滤含水率为45~55wt%的脱水污泥饼，将制得的泥饼送入污泥造粒装置，在常温下破碎成3~5mm的粗颗粒，污泥颗粒在热能干化间进一步干化，经过干化后的污泥颗粒送入污泥造粉设备进一步处理，采用气流高速碰撞技术，以污泥脱水造粉设备内吸进的大量自然空气为介质，从污泥中解离处大量间隙水、外表水，促使泥粉内部水分快速渗出，处理后污泥粉粒径为150目~300目（即0.05mm~0.15mm），含水率为5~15wt%，将得到的污泥干粉喷入污泥焚烧炉中焚烧。

上述技术中，通过设置板框压滤和污泥造粒，并利用热能干化间对污泥颗粒进一步干燥，然后采用气流高速碰撞技术对对污泥颗粒造粉，得到粒径为150目~300目（即0.05mm~0.15mm），含水率为5~15wt%的污泥干粉。该技术虽然能够将污泥干粉的粒径控制在小于0.2mm，含水率控制在5~15wt%，但是该技术主要是通过气流高速碰撞技术来实现上述目标的，而气流高速碰撞技术中要求气流的速度必须要超过声速，众所周知，如果要产生超声速气流是需要相当大的能量的，而且能够产生超声速气流的设备成本极高，目前仅在实验室利用阶段，而对于产量如此之大的污泥处理来说，其作用是极其有限的。

现阶段，我国是产煤大国，以煤炭为电力生产基本燃料。全国每年发电能力的增长率为7.3%，这就带来了热电厂每年排放的炉渣急剧增加，例如，1995年炉渣排放量达1.25亿吨，2000年约为1.5亿吨，到2010年已达到2亿吨。另外冶金工业中，也有大量炉渣的排放。这些炉渣的大量排放给我国的生态环境造成巨大的压力。而我国资源储量有限，炉渣的废物再利用已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策，是解决我国电力生产环境污染，资源缺乏之间矛盾的重要手段。

目前，炉渣主要用于建材、电力等领域。由于炉渣一般呈岩石状或玻璃状，硬度高，颗粒粉碎难，如果直接将其用于污泥改性或脱水处理时，存在改性能力弱、脱水效果差的问题，因此现有技术中，尚没有将炉渣直接用于污泥改性和脱水处理的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中的污泥煤浆中的含水率太高，对其进行燃烧或气化时，容易导致燃烧或气化过程的能耗增加，进而提供一种经炉渣改性的、低含水率的污泥煤粉及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种污泥煤粉，所述污泥煤粉包含如下原料，所述原料为含水污泥、煤、炉渣。

所述污泥煤粉粒径≤10mm。

所述含水污泥与所述煤、所述炉渣的质量比为（10~30）：（40~85）：（5~30）。

所述污泥煤粉中还包含活性炭。

所述活性炭与所述含水污泥的质量比为（1~10）：（90~99）。

所述污泥煤粉含水率低于10wt%。

所述炉渣为燃煤炉炉渣、煤气化炉炉渣、冶金炉渣中的任意一种或多种。

本发明提供一种制备所述污泥煤粉的方法，包括如下步骤：

（1）向含水污泥中添加炉渣或炉渣与活性炭的混合物，混合均匀；

（2）向经步骤（1）混合后的物质中加入煤，混合均匀，粉碎共磨或造粒，得到污泥煤粉；

（3）对所述步骤（2）中得到的污泥煤粉在20~120℃下干燥或自然风干。

本本发明提供另一种制备所述污泥煤粉的方法，包括如下步骤：

（1）向含水污泥中添加煤、炉渣或炉渣与活性炭的混合物，混合均匀，粉碎共磨或造粒，得到污泥煤粉；

（2）对所述步骤（1）中得到的污泥煤粉在20~120℃下干燥或自然风干。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

（1）本发明所述污泥煤粉中加入了炉渣和煤，炉渣和煤的协同促进作用可以提高对含水污泥改性的效果，使污泥中的束缚水更多地转变为自由水，从而降低污泥的粘性，而污泥粘性的降低便于炉渣、煤均匀掺杂在污泥中；粉碎共磨或造粒时，炉渣与煤之间相互掺杂增加了颗粒之间的相互作用力，而颗粒之间的作用力增大后，有利于粉碎共磨或造粒时硬度高、粒径大的炉渣的研磨，得到污泥煤粉；对所述污泥煤粉再进行干燥或自然风干，得到本发明所述的污泥煤粉。此外本发明所述污泥煤粉中加入的炉渣含有大量的CaO、FeO、MgO、MnO等金属氧化物，而该类金属氧化物在气化炉中可以对煤气化过程直接进行脱硫处理，减少了生成的粗燃气中硫化物的含量；当所述炉渣选择燃煤锅炉炉渣或煤气化炉炉渣时，其内部含有的没有燃尽或气化的含碳物质可以在污泥煤粉的燃烧或气化过程中进一步燃烧或气化，从而提高碳的转化率。本发明所述污泥煤粉，利用炉渣处理含水污泥，处理成本低廉，实现了对污泥、炉渣的高效、快速处置，并实现了资源的最大化利用。所述污泥煤粉燃烧或气化时，具有含水率低、气化或燃烧过程热能损耗低、气化效率高的优点。

（2）本发明所述污泥煤粉中还可以再加入活性炭，一方面，活性炭的加入可以使含水污泥中的束缚水更多地转化为自由水，在粉碎共磨或造粒时自由水更易挥发，从而降低污泥煤粉中的含水率；另一方面活性炭的加入还有利于制备所述污泥煤粉时硬度较大的炉渣研磨为粒径更小的炉渣粉。这是因为，在粉碎共磨或造粒过程中，活性炭掺杂在混合物颗粒之间，不同颗粒之间在共磨过程中相互作用时，可以增加颗粒之间的摩擦作用力，而摩擦作用力的增加更有利于硬度高的炉渣粉碎研磨。

（3）本发明所述污泥煤粉制备方法，通过在制备污泥煤粉的过程中加入炉渣和煤，并控制所述含水污泥与所述煤、所述炉渣的质量比为（10~30）：（40~85）：（5~30），使得炉渣和煤对含水污泥的改性具有最佳的性能，使得污泥中的束缚水更多地转变为自由水，从而更好地改变污泥的高粘性，在污泥、煤、炉渣共磨时，污泥不会因为束缚水的含水率高而黏结；此外在共磨时炉渣与煤之间相互掺杂，共磨时增加了颗粒之间的相互作用力，而颗粒之间的作用力增大后，更有利于共磨时硬度高、粒径大的炉渣研磨，从而得到本发明所述的污泥煤粉。

具体实施方式

以下结合实施例，对本发明作进一步具体描述，但不局限于此。

实施例1

向10kg含水率为70%的含水污泥中添加85kg褐煤、5kg粒径为20mm的燃煤炉炉渣，混合均匀，共磨得到粒径小于0.2mm的含水率小于10wt%污泥煤粉；将所述污泥煤粉自然风干至含水率＜10wt%。

实施例2

向15kg含水率为75%的含水污泥中添加70kg褐煤、15kg粒径为15mm的燃煤炉炉渣，混合均匀，造粒得到粒径小于10mm的含水率小于10wt%污泥煤粉；将所述污泥煤粉在20℃下干燥36h，至含水率＜10wt%。

实施例3

向20kg含水率为80%的含水污泥中添加60kg褐煤、20kg粒径为10mm的燃煤炉炉渣，混合均匀，造粒得到粒径小于10mm的含水率小于10wt%污泥煤粉；将所述污泥煤粉在60℃下干燥24h，至含水率＜10wt%。

实施例4

向25kg含水率为85%的含水污泥中添加50kg褐煤、25kg粒径为7mm的燃煤炉炉渣，混合均匀，造粒得到粒径小于10mm的含水率小于10wt%污泥煤粉；将所述污泥煤粉在80℃下干燥12h，至含水率＜10wt%。

实施例5

向30kg含水率为90%的含水污泥中添加40kg褐煤、30kg粒径为3mm的燃煤炉炉渣，混合均匀，造粒得到粒径小于10mm的污泥煤粉；将所述污泥煤粉在120℃下干燥0.5h，至含水率＜10wt%。

实施例6

向1kg含水率为90%的污泥中添加98.5kg的烟煤、0.5kg粒径为20mm燃煤炉炉渣，混合均匀，粉碎造粒得到粒径小于10mm的污泥煤粉。

实施例7

向10kg含水率为95%的含水污泥中添加85kg褐煤、5kg粒径为20mm的燃煤炉炉渣、0.101kg粒径为1.5mm的活性炭，混合均匀，粉碎共磨得到粒径小于0.2mm的污泥煤粉；将所述污泥煤粉自然风干至含水率＜10wt%。

实施例8

向20kg含水率为80%的含水污泥中添加60kg褐煤、20kg粒径为15mm的燃煤炉炉渣、1.11kg粒径为0.05mm的活性炭，混合均匀，粉碎造粒得到粒径小于10mm的污泥煤粉；将所述污泥煤粉在100℃下干燥24h，至含水率＜10wt%。

实施例9

向30kg含水率为90%的含水污泥中添加40kg褐煤、30kg粒径为10mm的燃煤炉炉渣、3.33kg粒径为3mm的活性炭，混合均匀，造粒得到粒径小于10mm的污泥煤粉；将所述污泥煤粉在120℃下干燥0.5h，至含水率＜10wt%。

实施例10

向10kg含水率为70%的污泥中添加5kg粒径为3mm的煤气化炉炉渣，混合均匀，然后向混合后的物质中加入85kg的无烟煤，混合均匀后造粒得到粒径小于10mm的污泥煤粉，将所述污泥煤粉自然风干至含水率＜10wt%。

实施例11

向15kg含水率为75%的污泥中添加15kg粒径为7mm的燃煤炉炉渣，混合均匀，然后向混合后的物质中加入70kg的无烟煤，混合均匀后共磨至粉体的粒径小于0.2mm，得到污泥煤粉，将所述污泥煤粉在20℃下干燥48h至含水率＜10wt%。

实施例12

向20kg含水率为80%的污泥中添加10kg粒径为5mm的冶金炉渣、10kg粒径为10mm的燃煤炉炉渣，混合均匀，然后向混合后的物质中加入60kg的煤，混合均匀后，共磨至粉体的粒径小于0.2mm，得到污泥煤粉，将所述污泥煤粉在60℃下干燥24h至含水率＜10wt%。。

实施例13

向25kg含水率为85%的污泥中添加25kg粒径为15mm的煤气化炉炉渣，混合均匀，然后向混合后的物质中加入50kg的褐煤，混合均匀后共磨至粉体的粒径小于0.2mm，得到污泥煤粉，将所述污泥煤粉在100℃下干燥18h至含水率＜10wt%。。

实施例14

向30kg含水率为85%的污泥中添加30kg粒径为15mm的煤气化炉炉渣，混合均匀，然后向混合后的物质中加入40kg的褐煤，混合均匀后共磨至粉体的粒径小于0.2mm，得到污泥煤粉，将所述污泥煤粉在120℃下干燥0.5h至含水率＜10wt%。

实施例15

向1kg含水率为90%的污泥中0.5kg粒径为40mm燃煤炉炉渣，混合均匀，然后向混合后的物质中添加98.5kg的烟煤，混合均匀后造粒得到含水率＜10wt%粒径小于10mm的污泥煤粉。

实施例16

向10kg含水率为80%的污泥中添加2.5kg粒径为8mm的冶金炉渣、2.5kg粒径为5mm的燃煤炉炉渣， 0.101kg粒径为0.05mm的活性炭，混合均匀，然后向混合后的物质中加入85kg的无烟煤，混合均匀后，共磨得到粒径小于0.2mm的污泥煤粉，将所述污泥煤粉在120℃下干燥0.5h，至含水率＜10wt%。

实施例17

向20kg含水率为85%的污泥中添加10kg粒径为10mm的煤气化炉炉渣、10kg粒径为10mm的燃煤炉炉渣、0.833kg粒径为1.5mm的活性炭，混合均匀，然后向混合后的物质中加入60kg的褐煤，混合均匀后共磨得到粒径小于0.2mm的污泥煤粉，将所述污泥煤粉在60℃下干燥36h，至含水率＜10wt%。

实施例18

向30kg含水率为90%的污泥中添加15kg粒径为13mm的冶金炉渣、15kg粒径为13mm的燃煤炉炉渣、2.258kg粒径为3mm的活性炭，混合均匀，然后向混合后的物质中加入40kg的烟煤，混合均匀后共磨共磨得到粒径小于0.2mm的污泥煤粉，将所述污泥煤粉在20℃下干燥48h至含水率＜10wt%。。

实施例19

向15kg含水率为95%的污泥中添加15kg粒径为16mm的煤气化炉炉渣、1.667kg粒径为3mm的活性炭，混合均匀，然后向混合后的物质中加入70kg的无烟煤，混合均匀后共磨共磨得到粒径小于0.2mm的污泥煤粉，将所述污泥煤粉在100℃下干燥24h至含水率＜10wt%。

测试例1

取上述实施例1、实施例7、实施例11、实施例12、实施例13、实施例14、实施例16、实施例17、实施例18、实施例19中制备得到的污泥煤粉分别在气流床气化炉内进行气化试验测试，其中气流床气化炉的操作条件如下：气化压力2.45MPa，气化温度1380℃，入炉污泥煤粉量（干）：1.00~1.05t/h，氧气/原料为0.58Nm3/kg，蒸汽/氧气为0.21kg/Nm3，所述原料即为污泥煤粉。

选取气流床气化后的粗煤气和灰渣，对粗煤气组成、碳转化率以及冷煤气效率进行测试，测试结果如表1所示，对灰渣采用灰熔点测定仪进行灰渣熔融性测定，测定结果如下。

 

表1气流床气化炉的气化指标测试分析结果

采用灰熔点测定仪对污泥煤粉气流床气化后产生的灰渣进行灰渣熔融性测定，结果显示，经气流床气化后灰渣的变形温度（DT）为1070~1120℃、软化温度（ST）为1150~1190℃、流动温度(FT)为1220~1250℃

测试例2

取上述实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6、实施例8、实施例9、实施例10、实施例15制备得到的污泥煤粉分别在流化床气化炉内进行气化测试，其中流化床气化炉的操作条件如下：气化压力0.098MPa，气化温度1100℃，入炉污泥煤粉量（干）：1.00~1.05t/h，氧气/原料为0.58Nm3/kg，蒸汽/氧气为0.21kg/Nm3，所述原料即为污泥煤粉。

选取流化床气化后的粗煤气和灰渣，对粗煤气组成、煤气产率、气化强度、碳转化率以及气化效率进行测试，测试结果如表2所示；对灰渣采用灰熔点测试仪进行灰渣熔融性测试，测试结果如下。

 

表2流化床气化炉的气化指标测试分析结果

采用灰熔点测定仪对污泥煤粉流化床气化后产生的灰渣进行灰渣熔融性测定，结果显示，经流化床气化后形成的灰渣的变形温度（DT）为970~990℃、软化温度（ST）为1150~1190℃、流动温度(FT)为1220~1250℃。

通过上述测试结果可知，本发明所述污泥煤粉，与现有技术相比，具有气化过程热能损耗低、气化效率高的优点；而通过对污泥煤粉气化后产生的灰渣进行灰渣熔融性测定，结果显示，灰渣的软化温度均高于1100℃，而通常灰渣的软化温度在1000℃以下，例如莱茵褐煤的灰渣软化温度为950℃，本发明所述污泥煤粉及其制备方法利用了炉渣的碱性组成提高气化产生的灰渣的灰熔点至1100℃，而灰熔点的提高便于气化产生的灰渣以固态形式排出。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种污泥煤粉，其特征在于，所述污泥煤粉包含如下原料，所述原料为含水污泥、煤、炉渣。

2.根据权利要求1所述污泥煤粉，其特征在于，所述污泥煤粉粒径≤10mm。

3.根据权利要求1或2所述污泥煤粉，其特征在于，所述含水污泥与所述煤、所述炉渣的质量比为（10~30）：（40~85）：（5~30）。

4.根据权利要求1或2或3所述污泥煤粉，其特征在于，所述污泥煤粉中还包含活性炭。

5.根据权利要求4所述污泥煤粉，其特征在于，所述活性炭与所述含水污泥的质量比为（1~10）：（90~99）。

6.根据权利要求1~5任一所述污泥煤粉，其特征在于，所述污泥煤粉含水率低于10wt%。

7.根据权利要求1~6任一所述污泥煤粉，其特征在于，所述炉渣为燃煤炉炉渣、煤气化炉炉渣、冶金炉渣中的任意一种或多种。

8.一种制备权利要求1~7任一所述污泥煤粉的方法，包括如下步骤：

（1）向含水污泥中添加炉渣或炉渣与活性炭的混合物，混合均匀；

（2）向经步骤（1）混合后的物质中加入煤，混合均匀，粉碎共磨或造粒，得到污泥煤粉；

（3）对所述步骤（2）中得到的污泥煤粉在20~120℃下干燥或自然风干。

9.一种制备权利要求1~7任一所述污泥煤粉的方法，包括如下步骤：

（1）向含水污泥中添加煤、炉渣或炉渣与活性炭的混合物，混合均匀，共磨或造粒，得到污泥煤粉；

（2）对所述步骤（1）中得到的污泥煤粉在20~120℃下干燥或自然风干。