污泥及秸稈生物質(zhì)固體燃料制備中試工藝及燃燒特性

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1、污泥及秸稈生物質(zhì)固體燃料制備中試工藝及燃燒特性趙培濤，葛仕?！?，張長(zhǎng)飛，李楊，閆偉偉，陳振乾（東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，能源熱轉(zhuǎn)換及其過程測(cè)控教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京210096）摘要：為實(shí)現(xiàn)污泥的無害化和資源化處置，該文利用處理量為24t/d的中試試驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行了化學(xué)調(diào)理劑添加比例、脫水時(shí)間、秸稈尺寸等工藝參數(shù)對(duì)污泥制備固體燃料性能影響的研究。結(jié)果表明：以Fe3+和Ca2+為調(diào)理劑，污泥及秸稈等生物質(zhì)制備固體燃料最佳的鐵鈣比及燃料壓濾最優(yōu)時(shí)間分別為1∶4～1∶2和6h；化學(xué)調(diào)質(zhì)法制備的污泥固體燃料存在一個(gè)脫水極限，在脫水壓力為1.2MPa、秸稈或木屑添加質(zhì)量比為10%時(shí)，污泥固體燃

2、料的質(zhì)量含水率最低為40%～50%；同等條件下，秸稈越長(zhǎng)，燃料脫水性能越好；燃料著火點(diǎn)低，約500K，完全燃燒溫度范圍窄，燃燒性能好，可做替代燃料使用。該文研究成果對(duì)降低污泥處理成本、實(shí)現(xiàn)污泥的無害化、資源化處置具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：秸稈，污泥處理，燃燒特性，化學(xué)調(diào)質(zhì)法，固體燃料，成型參數(shù)doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2012.09.028中圖分類號(hào)：X712文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1002-6819(2012)-09-0165-06趙培濤，葛仕福，張長(zhǎng)飛，等.污泥及秸稈生物質(zhì)固體燃料制備中試工藝及燃燒特性[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，201

3、2，28(9)：165－170.ZhaoPeitao,GeShifu,ZhangChangfei,etal.Pilotprocessandcombustioncharacteristicsofsludge-strawderivedsolidbiofuel[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),2012,28(9):165－170.(inChinesewithEnglishabstract)種燃料抗壓強(qiáng)度較好，便于運(yùn)輸和儲(chǔ)藏，同時(shí)，焚燒時(shí)能形成穩(wěn)定的骨架

4、，為燃料的充分燃燒創(chuàng)造較好的條件。為實(shí)現(xiàn)污泥的無害化處理和資源化處置，中國(guó)研究者胡光塤[12]、蔣建國(guó)[13-15]、汪恂[16-17]、Chen[18]、張長(zhǎng)飛[19-20]等則從工藝條件、燃燒特性等角度研究了污泥制備固體燃料的技術(shù)，但大多都局限于實(shí)驗(yàn)室研究，且技術(shù)方案通常是將半干污泥與輔助燃料（煤、木屑、秸稈等）、穩(wěn)定劑等混合成型后制得燃料，輔助燃料添加比例大（約50%）。污泥需要干化或半干化，一定程度上增加了污泥制備固體燃料的成本，限制了該技術(shù)的應(yīng)用。本文者所在課題組將污泥深度脫水技術(shù)與燃料化技術(shù)相結(jié)合，在實(shí)驗(yàn)室成功將脫水濕污泥（含水率大于80%）直接制得固體燃料，取得一

5、定的進(jìn)展[19-20]。本文以實(shí)驗(yàn)室研究為基礎(chǔ)，在處理量為24t/d的中試試驗(yàn)平臺(tái)上確定化學(xué)調(diào)節(jié)法制備污泥固體燃料的合理工藝條件，研究影響污泥固體燃料物理、化學(xué)和燃燒特性的因素。0引言污泥是污水處理過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，是一種由有機(jī)殘片、細(xì)菌菌體、膠體、各種微生物及有機(jī)、無機(jī)顆粒組成的極其復(fù)雜的非均質(zhì)體[1]。所含的有毒污染物、重金屬、有害病原體和寄生蟲等嚴(yán)重威脅人類的健康。隨著污水處理量和處理率逐年提高，污泥產(chǎn)量急劇增加，以含水率80%計(jì)，全國(guó)污泥總產(chǎn)生量將很快突破3000萬t/a[2]。因此，開發(fā)一種既能充分利用污泥中的有效成分，又能實(shí)現(xiàn)減量化、穩(wěn)定化、無害化的污泥處理技術(shù)，

6、是當(dāng)前污泥處理、處置技術(shù)研究的重要方向。城市污泥中有機(jī)物約占70%～80%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），低位干基熱值約14.9～18.2MJ/kg[3]。將污泥制成燃料燃燒不僅可以利用其有機(jī)成分、去除污泥中有機(jī)污染物及致病菌，還可將部分重金屬離子沉積在灰渣中，減輕環(huán)境污染。相關(guān)研究者[4-6]從污染物成分、重金屬遷移特性等角度研究了污泥的燃燒特性，應(yīng)用熱重分析法[7-10]建立污泥及污泥與其他輔助燃料的燃燒動(dòng)力學(xué)模型。在污泥燃料化方面，Dospoy等[11]于1998年首次將造紙污泥、煤粉和塑料混合制成衍生燃料并投入工程應(yīng)用，結(jié)果表明該1材料及方法1.1原材料污泥取自揚(yáng)中某污水處理廠脫水間，質(zhì)

7、量含水率為82.4%，干基熱值為10358kJ/kg。添加的生物質(zhì)分別為木屑、稻草、麥稈和梧桐樹落葉。木屑取自某木材加工廠，粉末狀，稻桿、麥稈和樹葉分別用粉碎機(jī)粉碎2次，篩分后得到長(zhǎng)度分別為50、35、20和10mm的試驗(yàn)原材料。引燃劑為苯甲酸，化學(xué)調(diào)理劑為Fe3+和Ca2+。各原料的工業(yè)分析如表1所示。收稿日期：2011-08-31修訂日期：2012-03-26基金項(xiàng)目：國(guó)家科技重大專項(xiàng)（水專項(xiàng)）（2010ZX07319-002）作者簡(jiǎn)介：趙培濤（1984－），男，博士生，研究方向固體廢棄