一种污泥成型燃料及其制备方法

本发明涉及一种成型燃料，具体涉及一种以市政污泥、锯末、龙虾壳等固废制备的成型燃料，还涉及其制备方法，属于固体废物资源化利用。

背景技术：

1、近年来，我国城市化程度进一步提高，城市污水处理厂污泥的产量也逐年增加。污泥含水率高、体积大、容易腐化发臭且含有重金属、盐类、致病菌和寄生虫等有害成分，如果处理不当会引起严重的环境问题。但我国污泥处置技术发展较晚，相比于发达国家我国污泥处理处置停留在减量化、无害化阶段，发达国家基本实现了资源循环，我国污泥处理仍以填埋为主。在全球共同应对气候变化、能源资源短缺的背景下，进行污泥无害化处理处置、降低二次污染风险，同时加强污泥资源化利用、实现减污降碳协同增效，是我国污泥处理处置的正确路径，因此，污泥燃料化技术应运而生。

2、文献(“利用有机垃圾和污泥配制新型燃料的研究”，杨丽等，天津城市建设学院,2008)公开通过利用高热值燃料与低热值燃料混合有机垃圾和污泥配置新型燃料，达到热值互补，以枯枝落叶、助燃剂mno2为添加剂改善低热值燃料的燃烧特性，并加入脱硫剂cao来实现污染控制，对成型燃料的物理性能、燃烧特性以及燃料的污染控制进行了研究，并制备出具有良好物理性能以及燃烧性能的清洁燃料。文献(“造纸污泥流化床焚烧技术试验研究”，陈晓平等，燃烧科学与技术，2000，6(1):15-18)公开采用循环流化床实验台进行了城市污泥与煤的混烧实验，研究讨论污泥与煤的掺混比例、空气过剩系数、二次风率等因素对nox及n2o排放的影响，结果表明，在适当的实验条件下可以使得烟气中的污染物质得到有效控制。(“污泥煤泥协同燃烧动力学及污染物排放特性”，徐向鹏等，东南大学学报(自然科学版)，2022，52(1):25-33.)公开了污泥和煤泥协同燃烧的动力学及污染物排放特性，得出结论实验条件下污泥煤泥协同燃烧最适宜条件为污泥质量分数25％、800℃以及含水率20％。文献(“the thermal behaviour of the co-combustion between paper sludge andrice straw”,xie z et al..bioresour technol,2013,146(3):611-618.)分析了造纸污泥与秸秆的混燃后发现混合后会使污泥着火温度下降，综合燃烧指数及最大燃烧速率增大。现有的污泥燃料化利用还存在着大量问题，污泥单独燃烧时燃烧性能差、成本高、燃烧不稳定和尾气污染。污泥与生物质或煤炭混掺后成型或造粒存在着污泥添加量少、成型率低、成型燃料强度低、防水性能差以及热值低等问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中污泥制备燃料的技术存在的问题，本发明的第一个目的在于提供一种污泥成型燃料，该成型燃料中基于各组分间的协同作用，具有优异的物理性能和燃烧性能，且便于运输和使用。

2、本发明的第二个目的在于提供一种污泥成型燃料的制备方法，该制备方法采用一体化成型工艺，具有工艺简单，成本低廉，对环境友好等优势，实现了固废材料的资源化处理。

3、为了实现上述技术目的，一种污泥成型燃料，其包括以下组分：市政污泥、锯末和龙虾壳。

4、本发明的成型燃料中市政污泥、锯末和龙虾壳等原料全部为固体废物材料，无需添加额外的组分和助燃剂，该成型燃料充分利用原料本身包含的各组分间的协同作用，有效的解决了市政污泥灰分含量高、单独燃烧困难等技术问题。其中，市政污泥作为基础组分，而锯末和龙虾壳作为改进组分，锯末和龙虾壳可以增加成型燃料的热值及燃烧性能，特别是龙虾壳具有抗水性，能够增强成型燃料的抗水性及耐久性，从而实现了市政污泥以及植物和动物残渣的资源化、能源化利用。

5、作为一个优选的方案，所述污泥成型燃料包括以下质量百分比组分：市政污泥30～50％，锯末45％～55％，龙虾壳5％～15％。本发明的污泥成型燃料中各组分原料按照上述优选的配比要求进行复配能够达到最佳的成型和燃烧效果，若污泥的含量比例相对锯末过高，会导致成型燃料热值低、燃烧困难，污泥中的可燃质无法完全燃烧；若锯末含量比例相对污泥过高，会导致成型燃料松弛密度过低，物理性能下降，因此，市政污泥的质量百分比优选为35～45％，进一步优选为40％；若龙虾壳的含量比例过高，会导致成型燃料灰熔点过低，产生结渣粘附于燃烧室，若其含量比例过低，则其成型强度低，耐水性性差。此外，市政污泥的热值约为7906j/g、锯末的热值约为19161j/g、龙虾壳的热值约为12645j/g，三者按照适当的比例进行搭配，能够使得成型燃料满足发热量达到工业锅炉的应用要求。所述污泥成型燃料包括以下质量百分比组分：市政污泥40％，锯末45％～55％，龙虾壳5％～15％。

6、作为一个优选的方案，所述成型燃料满足发热量≥11500j/g，挥发分＞37％。

7、作为一个优选的方案，所述成型燃料为块状(或柱状)，其直径为30mm～32mm，高为9mm～12mm。

8、本发明还提供了一种污泥成型燃料的制备方法，该方法是将包括市政污泥、锯末和龙虾壳在内的原料经过破碎、混合均匀后，再依次经过压制、脱模和静置，即得。

9、作为一个优选的方案，所述破碎采用万能破碎方式，万能破碎的条件为：转速为20000～25000r/min，时间为0.5～1min。

10、作为一个优选的方案，所述原料破碎至粒径满足40目～100目。

11、作为一个优选的方案，所述混合采用搅拌混合方式，搅拌混合的条件为15000～22000r/min，时间为2～3min。通过高速搅拌可以将原料充分混合，而且可以实现其表面赋能。

12、作为一个优选的方案，所述压制采用缓慢加压方式，加压时间≥15s，压力峰值为20～25mpa，压力峰值保持时间为25～40s。采用缓慢加压方式进行压制，有利于排出原料颗粒之间的空气，防止因为空气滞留在成型燃料中导致成型燃料出现断层现象，从而保证成型燃料具有优异的物理性能。

13、作为一个优选的方案，所述污泥成型燃料的含水率为6％～11％。

14、作为一个优选的方案，所述市政污泥、龙虾壳经过烘干粉碎预处理，其含水率≤1％。

15、作为一个优选的方案，所述静置方式为密封静置3d。

16、由于市政污泥的热值低、含水率高，直接采用市政污泥来制备成型燃料难以燃烧，无法满足成型燃料要求，通常需要将市政污泥与煤以及其他生物质混掺来制备成型燃料。而市政污泥与煤以及其他生物质混掺制备的成型燃料存在着污泥含量低、成型率低以及成型燃料强度低、防水性能差等问题。因此，本发明创造性的将龙虾壳混合污泥与锯末制备成型燃料，利用龙虾壳的热值以及优异的抗水性和耐久性来保证污泥含量高为40％时的成型燃料同时具有优异的物理性能和燃烧性能。

17、相对于现有技术，本发明带来的有益技术效果如下：

18、1)本发明提供的污泥成型燃料其原料中全部采用固废材料，原料来源广泛、处理方法简单、处理成本低，利用给原料组分间的协同作用，使得该成型燃料具有优异的力学性能和燃烧性能。

19、2)本发明提供的污泥成型燃料的制备方法，通过一体化成型工艺，具有工艺简单、成本低廉、对环境友好等特点，实现了固废材料的资源化处理。

20、3)本发明提供的污泥成型燃料其市政污泥的占比可以高达40％以上，并且无需混掺煤等高热值化石燃料，该成型燃料具有优异的热值，经测试，本发明所提供的成型燃料热值为12000～13000j/g，可代替褐煤作为工业锅炉行业使用。