污泥及秸秆生物质固体燃料制备中试工艺及燃烧特性

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1、污泥及秸秆生物质固体燃料制备中试工艺及燃烧特性赵培涛，葛仕福※，张长飞，李杨，闫伟伟，陈振乾（东南大学能源与环境学院，能源热转换及其过程测控教育部重点实验室，南京210096）摘要：为实现污泥的无害化和资源化处置，该文利用处理量为24t/d的中试试验台，进行了化学调理剂添加比例、脱水时间、秸秆尺寸等工艺参数对污泥制备固体燃料性能影响的研究。结果表明：以Fe3+和Ca2+为调理剂，污泥及秸秆等生物质制备固体燃料最佳的铁钙比及燃料压滤最优时间分别为1∶4～1∶2和6h；化学调质法制备的污泥固体燃料存在一个脱水极限，在脱水压力为1.2MPa、秸秆或木屑添加质量比为10%时，污泥固体燃

2、料的质量含水率最低为40%～50%；同等条件下，秸秆越长，燃料脱水性能越好；燃料着火点低，约500K，完全燃烧温度范围窄，燃烧性能好，可做替代燃料使用。该文研究成果对降低污泥处理成本、实现污泥的无害化、资源化处置具有重要的理论意义和实用价值。关键词：秸秆，污泥处理，燃烧特性，化学调质法，固体燃料，成型参数doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2012.09.028中图分类号：X712文献标志码：A文章编号：1002-6819(2012)-09-0165-06赵培涛，葛仕福，张长飞，等.污泥及秸秆生物质固体燃料制备中试工艺及燃烧特性[J].农业工程学报，201

3、2，28(9)：165－170.ZhaoPeitao,GeShifu,ZhangChangfei,etal.Pilotprocessandcombustioncharacteristicsofsludge-strawderivedsolidbiofuel[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),2012,28(9):165－170.(inChinesewithEnglishabstract)种燃料抗压强度较好，便于运输和储藏，同时，焚烧时能形成稳定的骨架

4、，为燃料的充分燃烧创造较好的条件。为实现污泥的无害化处理和资源化处置，中国研究者胡光埙[12]、蒋建国[13-15]、汪恂[16-17]、Chen[18]、张长飞[19-20]等则从工艺条件、燃烧特性等角度研究了污泥制备固体燃料的技术，但大多都局限于实验室研究，且技术方案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，限制了该技术的应用。本文者所在课题组将污泥深度脱水技术与燃料化技术相结合，在实验室成功将脱水湿污泥（含水率大于80%）直接制得固体燃料，取得一

5、定的进展[19-20]。本文以实验室研究为基础，在处理量为24t/d的中试试验平台上确定化学调节法制备污泥固体燃料的合理工艺条件，研究影响污泥固体燃料物理、化学和燃烧特性的因素。0引言污泥是污水处理过程中产生的副产物，是一种由有机残片、细菌菌体、胶体、各种微生物及有机、无机颗粒组成的极其复杂的非均质体[1]。所含的有毒污染物、重金属、有害病原体和寄生虫等严重威胁人类的健康。随着污水处理量和处理率逐年提高，污泥产量急剧增加，以含水率80%计，全国污泥总产生量将很快突破3000万t/a[2]。因此，开发一种既能充分利用污泥中的有效成分，又能实现减量化、稳定化、无害化的污泥处理技术，

6、是当前污泥处理、处置技术研究的重要方向。城市污泥中有机物约占70%～80%（质量分数），低位干基热值约14.9～18.2MJ/kg[3]。将污泥制成燃料燃烧不仅可以利用其有机成分、去除污泥中有机污染物及致病菌，还可将部分重金属离子沉积在灰渣中，减轻环境污染。相关研究者[4-6]从污染物成分、重金属迁移特性等角度研究了污泥的燃烧特性，应用热重分析法[7-10]建立污泥及污泥与其他辅助燃料的燃烧动力学模型。在污泥燃料化方面，Dospoy等[11]于1998年首次将造纸污泥、煤粉和塑料混合制成衍生燃料并投入工程应用，结果表明该1材料及方法1.1原材料污泥取自扬中某污水处理厂脱水间，质

7、量含水率为82.4%，干基热值为10358kJ/kg。添加的生物质分别为木屑、稻草、麦秆和梧桐树落叶。木屑取自某木材加工厂，粉末状，稻杆、麦秆和树叶分别用粉碎机粉碎2次，筛分后得到长度分别为50、35、20和10mm的试验原材料。引燃剂为苯甲酸，化学调理剂为Fe3+和Ca2+。各原料的工业分析如表1所示。收稿日期：2011-08-31修订日期：2012-03-26基金项目：国家科技重大专项（水专项）（2010ZX07319-002）作者简介：赵培涛（1984－），男，博士生，研究方向固体废弃