CN111333302B - 一种污泥深度脱水燃料化方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污泥深度脱水燃料化方法及装置，包括以下过程：污泥电脱水过程：污泥在直流电场作用下脱水，形成饼状或颗粒状污泥的污泥电脱水过程；污泥与生物质颗粒混合过程：对污泥电脱水过程中形成的饼状或颗粒状污泥与呈颗粒状的生物质颗粒进行均匀混合的过程；机械挤压成型过程：对污泥与生物质颗粒混合过程得到的污泥生物质混合物料通过机械压力作用变成形状一致的颗粒状燃料颗粒的机械挤压成型过程，最后做为固体燃料使用。本发明为市政污泥的产业型燃料化提供了高效低成本的技术路线及装备。

Description

一种污泥深度脱水燃料化方法及装置

技术领域

本发明涉及一种污泥深度脱水燃料化方法及装置，特别是经压滤脱水的压滤脱水污泥再经过电脱水后与秸秆或木屑混合，由机械作用挤压成形状统一的压块做为固体燃料使用，属于污泥处理处置、生物质利用及环保技术领域。

背景技术

市政污泥作为污水处理的必然产物，是城市生活污水和工业废水在处理过程中产生的固体废弃物，如果得不到妥善的处置将会对环境造成二次污染。污泥污染已经成为了公众关注的重要问题之一。

目前在传统的污泥处置方法的基础上，很多国内外的研究人员对污泥的无害化、减量化、稳定化、资源化等方面进行了更多的探索研究。如将污泥用于制备建材、裂解制油或制备一些吸附材料等，但是还没有得到大量的应用。

另外，我国是一个农业大国，拥有丰富的农作物秸秆资源，但是秸秆资源化综合利用率很低，秸秆焚烧及随意丢弃的现象也屡见不鲜，不仅是对农作物秸秆资源的极大浪费，而且也造成环境污染。秸秆和木屑等生物质热值较高，如果直接入炉焚烧，燃烧时间短，而污泥一般热值不高，既不能农用，也难直接焚烧。如果将两者混合压制成燃料则可以优势互补，便于利用。

但污泥经过机械压滤后含水率一般在80％以上，呈膏状，直接与秸秆等生物质混合会造成压块成型困难且影响后续使用。所以，污泥必须进行高干脱水，将含水率降低到60％以下，并将其由膏状物变成块状后能够极大地方便燃料化过程中的混合与挤压。

污泥制备固体燃料通常是将半干污泥与辅助燃料(煤、木屑、秸秆等)、稳定剂等混合成型后制得燃料，辅助燃料添加比例大(约50％)。污泥需要干化或半干化，一定程度上增加了污泥制备固体燃料的成本，限制了技术的应用。

现有技术公开了污泥合成燃料及其制备方法，包括生化处理混料装置、固化处理混料装置、燃料合成混料装置、破碎装置、干燥装置、燃料成型装置，合成燃料由污泥、秸秆、煤粉、助燃剂组成，制备后的合成燃料热值达5000kcal/kg以上，但采用干燥法使含水率降至20％左右需要的能耗较大，影响工业应用。

现有技术还公开了污泥-秸秆-原煤的生物质燃料及其制备方法和燃料炉渣的应用，先通过石灰对污泥的预处理，再经过污泥、秸秆的好氧堆肥脱水使含水率降至50％，再将污泥、秸秆混合物与原煤混合，最后压制成型。但是采用好氧堆肥对污泥、秸秆进行脱水处理耗时较长15～50天，利用效率较低，且污泥堆肥产生的臭气存在二次污染。

以上方法均解决了污泥与秸秆热值利用的问题，但污泥与秸秆混合压榨后焚烧的方法仍存在以下问题：其一，污泥的高干脱水成本较高；其二，混合燃料的制备过程中加压机械的动力消耗大。这些问题的解决是低成本高效率地将污泥与秸秆等生物质混合制做燃料颗粒必须解决的问题。本发明的目的在于开发一种污泥深度脱水燃料化方法，并提供能够低成本高效率地使混合燃料成型的机械设备，为污泥与秸秆等生物质混合制成生物燃料提供技术和装置的支撑。

发明内容

本发明的目的在于开发一种污泥深度脱水燃料化方法及装置，通过直流电场对机械压滤脱水后的污泥进行深度脱水，之后与破碎的生物质混合经过机械挤压成型制成颗粒均匀的燃料颗粒；通过挤压和抽气双重作用降低挤压的机械阻力、提高挤压效果，减少动力消耗；通过在机壳上的挤压转轴转动带动的物料转动方向的相反方向开设出气孔达到顺畅的挤压和抽气；由此，实现高效低成本的污泥深度脱水生物质混合燃料化。

本发明的技术采用如下方案实现：

一种污泥深度脱水燃料化方法，至少由如下过程组成：

(1)污泥电脱水过程：污泥在直流电场作用下脱水，形成饼状或颗粒状污泥的污泥电脱水过程；

(2)污泥与生物质颗粒混合过程：对污泥电脱水过程中形成的饼状或颗粒状污泥与呈颗粒状的生物质颗粒进行均匀混合的过程；

(3)机械挤压成型过程：对污泥与生物质颗粒混合过程得到的污泥生物质混合物料通过机械压力作用变成形状一致的颗粒状燃料颗粒的机械挤压成型过程。

进一步的，所述方法中，所述生物质颗粒为秸秆颗粒或木屑颗粒。

进一步的，所述方法中，所述污泥与生物质颗粒混合过程是在机械作用下进行，并且混合后静置使得生物质颗粒吸湿达到膨润后再进入机械挤压成型过程。

进一步的，所述方法中，所述机械作用是搅拌或搅拌后对混合物料施加脉冲作用。

进一步的，所述方法中，所述机械挤压成型过程是在机械压力和抽气的同时作用或交替作用下进行的。

进一步的，所述方法中，所述机械挤压成型过程前对物料加热和/或在机械挤压成型过程中对物料加热。

进一步的，实现所述污泥深度脱水燃料化方法的装置，至少包括污泥电脱水机、污泥生物质混合机和机械挤压成型机；污泥电脱水机至少由阳极、阴极和直流电源组成，直流电源的正极与阳极相连接，直流电源的负极与阴极相连接，污泥置于阴阳极之间；污泥电脱水机的污泥入口与所要脱水的原料污泥来料相连接，污泥电脱水机的脱水污泥出口与污泥生物质混合机物料入口相连接，污泥生物质混合机物料出口与机械挤压成型机物料入口相连接。

进一步的，所述装置，所述机械挤压成型机至少包括螺旋转轴、外缸、电动机；电动机与螺旋转轴相连接，外缸一端与物料入口相连接，另一端与物料出口相连接，螺旋转轴设置于外缸之内；外缸内侧与物料转动方向的相反方向开有与外部连接的微孔，该微孔与真空抽气机入口相连接。

本发明的有益效果是：通过电脱水使市政污泥含水率大幅降低并形成块状物质后与生物质颗粒混合挤压成型得到形状一致的生物质燃料，为污泥和生物质的燃料化提供适应于产业化利用的燃料产品提供了技术路线；通过对电脱水污泥与生物质颗粒的混合静置膨润提高了挤压效果，降低了成本；通过机械挤压成型机抽气与挤压的协同作用，用小量的抽吸动力将物料中所含的空气抽出，大幅减轻了压缩动力消耗，提高了设备的效率，也避免了压缩气体在压力释放时膨胀对颗粒物料造成的开裂；通过在物料旋转方向的相反方向开设抽气孔，利用固体物料非流动性的特点和空气的良好流动性的特点，很好地避免了固体物料被压进抽气孔形成堵塞的问题还能顺利的将空气抽出，顺利解决了空气被压缩带来的问题，同时还避免了固体物料的对抽气孔堵塞的问题。本发明为市政污泥的产业型燃料化提供了高效低成本的技术路线及装备。

附图说明

图1：污泥深度脱水燃料化方法流程图；

图2：机械挤压成型机示意图；

图3：机械挤压成型机剖面图；

其中：1-机械压滤污泥，2-阳极板，3-阴极板，4-深度脱水块状污泥，5-污泥与生物质颗粒混合机，6-生物质颗粒,7-污泥生物质混合物料，8-机械挤压成型机，9-污泥生物质成型燃料，10-机械挤压成型机外缸，11-螺旋转轴，12-污泥生物质混合物料入口，13-成型机物料出口，14-机械挤压成型机抽气导出口，15-电动机，16-抽气机，17-抽气机排气口，18-螺旋转轴转动方向，19-机壳内抽气导气通道。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例1：

本实施例是市政污泥电脱水与农业秸秆颗粒混合挤压制生物质燃料颗粒的应用例。整个污泥深度脱水燃料化方法的工艺处理流程如图1所示，包括污泥电脱水、污泥与生物质颗粒混合、机械挤压成型三个过程。市政污泥添加絮凝剂后经机械压滤脱水到含水率85％～80％的呈膏状的机械压滤污泥1，用污泥电脱水设备深度脱水，依靠通过阳极板2、阴极板3形成的直流电场作用下进行电脱水将污泥含水率降到70％以下，形成饼状或颗粒状污泥4后进入污泥与生物质颗粒混合机5中，与送入的生物质颗粒(例如，秸秆颗粒)6混合，在机械搅拌的作用下混合均匀后静置20min使其浸润一段时间。之后作为污泥生物质混合物料7送入械挤压成型机8中通过机械压力作用使其变成形状一致的颗粒状燃料颗粒，作为污泥生物质成型燃料9排出外运供用户使用。

在污泥与生物质颗粒混合机5的外壳设置有夹套(图中未标示)，内部通有热水对混合机加热使其中的物料升高到50℃，大幅增加了秸秆的润湿速度和降低了秸秆机械强度，为后续的机械挤压成型提高成型效果和降低阻力创造了良好的条件。

机械加压成型机8如图2所示，污泥生物质混合物料7从污泥生物质混合物料入口12进入机械挤压成型机外缸10与螺旋转轴11之间的空间后，由电动机15带动的螺旋转轴11不断转动，物料在螺旋转轴的作用下不断向前推进并被不断挤压，最后从成型机物料出口13排出。在外缸10上，开设了机械挤压成型机抽气导出口14，由抽气机16抽吸从气体排出口17排出。用小量的抽吸动力将物料中所含的空气抽出，大幅减轻了空气压缩的动力消耗，提高了设备的效率，也避免了压缩气体在压力释放时膨胀对颗粒物料造成的开裂。在挤压过程中，由于固体物料在挤压成型机内也承受压力，会对抽气孔造成堵塞；固体物料造成抽气孔堵塞就会严重妨碍设备的正常运行，由于固体物料在被挤压的同时也随着螺旋转轴进行旋转，其旋转方向与螺旋转轴相同。采用在螺旋转轴转动方向18(与物料旋转方向相同)的相反方向上开设抽气孔导出孔形成机壳内抽气导气通道19，利用固体物料非流动性的特点和空气的良好流动性的特点，很好地避免了固体物料被压进抽气孔形成堵塞的问题还能顺利的将空气抽出，顺利解决了空气被压缩带来的问题，同时还避免了固体物料的对抽气孔堵塞的问题。

用电脱水设备脱水具有高效节能的特点，同时可以通过调节电脱水的电压和脱水时间控制污泥的含水率，针对不同的类型的生物质颗粒与污泥进行混合的最佳含水率也不同，此时就要求污泥的含水率能根据生物质颗粒的不同而变化，显然污泥电脱水设备具有灵活变化、操作方便、运行稳定、效率高的优点。污泥脱水后与生物质颗粒混合均匀后静置一段时间后进入机械压制成型设备压成形状一致的颗粒状燃料颗粒，然后运输、使用，整个工艺流程简单、操作方便、处理效果稳定良好，为污泥和生物质的燃料产业化提供了高效低成本的技术路线及装备。

实施例2：

本实施例与实施例1基本相同，所不同的是所用的生物质颗粒是木屑，并且在污泥与生物质颗粒混合机5底部的外部施加超声波作用促进木屑的浸润，在污泥与生物质颗粒混合机5的出口与械挤压成型机8的入口管道上设置了外部加热夹套，夹套内流通70℃的热水对流过的物料进行加热，降低了秸秆机械强度，为后续的机械挤压成型提高成型效果和降低阻力创造了良好的条件，有效的减轻机械压力成型机的工作压力，降低能耗，节省运行费用。

实施例3：

本实施例与实施例1基本相同，所不同的是抽气过程与压缩过程交替进行，很好地避免了固体物料被压进抽气孔形成堵塞的问题还能顺利的将空气抽出，顺利解决了空气被压缩带来的问题，同时还避免了固体物料的对抽气孔堵塞的问题，还能降低压缩的动力消耗，对于产能大的大型设备而言优势就更为明显。另外，对械挤压成型机8的外缸10的外侧施加保温措施，并附加了加热夹套，其中通入60℃热水，对机械挤压成型机进行加热，促进内部加压成型，并降低挤压动力消耗。

Claims (4)

1.一种污泥深度脱水燃料化方法，其特征在于，包括如下过程：

（1）污泥电脱水过程：污泥在直流电场作用下脱水，形成饼状或颗粒状污泥的污泥电脱水过程；

（2）污泥与生物质颗粒混合过程：对污泥电脱水过程中形成的饼状或颗粒状污泥与呈颗粒状的生物质颗粒进行均匀混合的过程；

（3）机械挤压成型过程：对污泥与生物质颗粒混合过程得到的污泥生物质混合物料通过机械压力作用变成形状一致的颗粒状燃料颗粒的机械挤压成型过程；

所述生物质颗粒为秸秆颗粒或木屑颗粒；

所述机械挤压成型过程通过机械挤压成型机实现，所述机械挤压成型机至少包括螺旋转轴、外缸、电动机；电动机与螺旋转轴相连接，外缸一端与物料入口相连接，另一端与物料出口相连接，螺旋转轴设置于外缸之内；外缸内侧与物料转动方向的相反方向开有与外部连接的微孔，该微孔与真空抽气机入口相连接。

2.如权利要求1所述的污泥深度脱水燃料化方法，其特征在于，所述污泥与生物质颗粒混合过程是在机械作用下进行，并且混合后静置使得生物质颗粒吸湿达到膨润后再进入机械挤压成型过程；

所述机械作用是搅拌或搅拌后对混合物料施加脉冲作用。

3.如权利要求1所述的污泥深度脱水燃料化方法，其特征在于，所述机械挤压成型过程是在机械压力和抽气的同时作用或交替作用下进行的。

4.实现权利要求1所述污泥深度脱水燃料化方法的装置，其特征在于，包括污泥电脱水机、污泥生物质混合机和机械挤压成型机；污泥电脱水机至少由阳极、阴极和直流电源组成，直流电源的正极与阳极相连接，直流电源的负极与阴极相连接，污泥置于阴阳极之间；污泥电脱水机的污泥入口与所要脱水的原料污泥来料相连接，污泥电脱水机的脱水污泥出口与污泥生物质混合机物料入口相连接，污泥生物质混合机物料出口与机械挤压成型机物料入口相连接。

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