[发明专利]生物质与污泥制备固体燃料的工艺方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于固体废弃物资源化领域，具体涉及一种以生物质和污泥为原料的燃料化处理工艺方法及系统。

背景技术

进入21世纪以来，能源和环境问题一直是当今世界各国都面临的关系到国家经济可持续发展的中心议题。为了缓解和逐步解决这个问题，世界各国都在积极开发可再生新能源。

伴随着全球经济的快速发展和人们对环境的日益关注，污水处理量快速上升，相应的污泥产量也迅速增加。污泥是指处理污水所产生的固体、半固体及液态的弃物，是一种由有机残片、细菌菌体、胶体、各种微生物和有机、无机颗粒组成的极其复杂的非均质体，其中的不稳定有机物易分解产生恶臭，更重要的是其中的有毒污染物、重金属、有害病原体和寄生虫等严重威胁人类的健康。污泥量的不断增加及成分的变化使现有的污泥处理技术逐渐不能满足环保要求，因此，寻找一种既能合理处理处置所有污泥，又能利用污泥中有效成分，实现污泥的稳定化、减量化、无害化和资源化利用，是当前污泥处理处置技术研究开发的主要方向。

国内外对污泥的处置多采用填埋、堆肥和焚烧。我国主要采用填埋的方法，但填埋需要占用大量的土地和大量资金，而且填埋并未最终避免环境污染，而只是延缓了产生的时间，不能根本治理，容易带来地下水污染，污泥填埋会给填埋场带来极大安全隐患，在国际上已逐渐成为被淘汰的污泥处理方法。

堆肥是污泥资源化利用的有效方式，堆肥产品用作农用肥料可以利用污泥中的N、P、K等营养元素。但由于污泥中含有致病菌、病原体等对环境有害的微生物和不同程度的重金属和持久性有机污染物，用作农用肥料时可能导致土壤污染。重金属和持久性有机污染物可在土壤中累积和引起农作物的污染，具有生物放大效应，并有“三致”（致癌、致畸、致基因突变)作用，这使得污泥作为肥料利用受到一定的限制。与此同时，污泥通过堆肥处理后成本增加，性价比较化肥低导致农民不接受，市场销售难成为堆肥发展的另一个主要限制因素。

干化焚烧是将污泥中的有机物烧掉，它的优点是可最终实现最大限度减量化；有毒污染物被氧化，病原体均被杀灭；污泥灰烬中的重金属活性较污泥中要低得多；可用空气净化设备使排放气体达标；污泥燃烧产生热能可发电。焚烧相对于其他处理方法具有明显的减少温室气体排放的作用。焚烧不仅使污泥得到最大限度的减量化处理，而且充分利用了污泥的固有热值。在美国、欧洲、日本等发达国家，污泥焚烧技术日渐成熟且得到广泛的使用，污泥焚烧被认为是污泥处理中最具发展前景的实用技术之一。然而，尽管污泥焚烧在发达国家已经取得很大的进展，但由于污泥含水率高且不稳定、密度小、热值较低、挥发份含量高、固定碳含量低，导致污泥焚烧存在不易着火、燃烧不稳定、热效率低、热损失高、二次污染高、对锅炉腐蚀和磨损严重、需加入大量辅助燃料等问题。另外，污泥焚烧还存在设备投资和运行费用高等问题，经济投入太大，更无效益可言。以日本为例：在焚烧污泥的过程中遇到的最大问题就是高昂的投资和运行成本、燃烧效率低，伴随有二次污染。焚烧的成本是其他工艺的2-4倍，高成本导致污泥焚烧无法得到广泛的应用。

我国每年排放干污泥约5×10⁶t，且每年以10%的速度增长。污泥与其他废弃物的处理一样, 无害化、减量化、稳定化、资源化和能源化是污泥处理的发展趋势。污泥都具有高挥发份、低固定碳、高灰分、低热值的特点。但是，在焚烧污泥的过程中遇到的最大问题是高昂的运行成本、燃烧效率低和二次污染。污泥燃料是一种具有较大发展潜力的绿色能源，但由于污泥特殊的燃烧特性，污泥燃烧的热效率是制约其利用的关键因素。成型后的燃料制品具有一定的抗成型压强度，不仅便于保存和运输，更有利于燃料在焚烧炉中保持稳定的骨架结构，得以充分燃烧。成型后的污泥能够缓解挥发份的析出以缓解燃烧速度，达到供氧量和需氧量的平衡，从而减少热损失和中间产物的产生，以提高燃烧效率。

中国生物质资源量巨大，年产农林废弃物达10.3亿吨。生物质成型燃料已经在国内外广泛应用，但进行农林废弃物的单一生物质成型存在能耗高、生产成本高、易损件多、寿命短、生产时间短、维修时间长、产量低、效率低等缺点。根据我们的试验结果显示，加入污泥后能显著降低生物质成型过程中的能耗和磨损。通过污泥与生物质成型能够达到资源化处理污泥和综合利用生物质的目的。