一種優化垃圾衍生燃料熱工性能的複合改性方法
2023-06-12 10:04:01
一種優化垃圾衍生燃料熱工性能的複合改性方法
【專利摘要】本發明涉及一種優化垃圾衍生燃料熱工性能的複合改性方法，它包括如下步驟：(1)選取含水率低於30wt%的初始垃圾，向其中加入去溼劑，幹化1~2天；(2)向幹化後的垃圾中加入固態可燃物以及助燃劑，然後混合均勻，即可得到垃圾衍生燃料。本發明可有效調控熱值，並且可達到降低水分調節RDF的含水率在10~15%的範圍內，控制在該水分含量範圍成本較低，也可保證RDF能有效的成型與製備；穩定其熱值為2000~3500kcal/kg，能滿足作為化石替代燃料的需求。
【專利說明】一種優化垃圾衍生燃料熱工性能的複合改性方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種優化垃圾衍生燃料熱工性能的複合改性方法，屬於材料領域。
【背景技術】[0002]調查數據表明，目前全國有三分之一以上的城市被垃圾包圍。全國城市垃圾堆存累計侵佔土地超過5億平方米，每年經濟損失高達300億元。「垃圾圍城」不僅是城市病，而且蔓延到了農村，全國4萬個鄉鎮、近60萬個行政村大部分沒有環保基礎設施，每年產生生活垃圾2.8億噸。「垃圾圍城」日益嚴重，但我國目前的整體垃圾處理能力還遠遠不夠。以武漢市為例，現有垃圾處理設施的設計總處理能力日均約為1.03萬噸，每天缺口達8000餘噸。根據中國環保產業協會城市生活垃圾處理委員會的統計，2011年，全國657個設市城市(包括直轄市、副省級城市、地級市、縣級市)生活垃圾處理率為91.1%，其中70%為直接填埋。以當年城市垃圾清運量1.64億噸計算，僅上述657座城市，當年已堆積未處理的垃圾就接近5000萬噸。
[0003]隨著國家工業化現代化步伐的快速推進，城市生活垃圾的處理問題一直受到國家的深切關注，目前國內的垃圾處理方式主要是填埋，這嚴重汙染了城市的環境，制約了城市的發展，而國外將其製備成垃圾衍生燃料(RDF)作為替代燃料使用已經成為相當大的趨勢。但是由於生活垃圾性能隨著城市地域、生活習慣、經濟發展水平的不同存在較大差異，特別是其水分含量高、熱值波動大，從而其製得的RDF未能廣泛應用。目前通過對垃圾進行篩分可以提高垃圾衍生燃料的熱值，這種方法是通過篩分降低了其篩上物的水分，從而達到提高熱值的目的。而這種方法屬於機械法去水，具有耗能高，操作難度大，無法大量處理城市生活垃圾等缺點；專利《生活垃圾高熱值組分製備垃圾衍生燃料的系統》中採用的是利用高熱值組分紙張、塑料和布料等進行垃圾衍生燃料的製備，該方法對垃圾的分選有較大要求，且對低熱值的組分進行剔除，雖然製備出的RDF具有較高的熱值，但是增加了分選力度，不易於廣泛使用。另外，國內也有一些通過添加煤等高熱值組分對垃圾衍生燃料進行製備，雖保證了其較高的熱值，但是該方法只是添加了單一的組分，僅僅起到了補燃作用。因此，針對上述垃圾衍生燃料的水分高，熱值低等問題，本發明是通過去溼、補燃和助燃等手段對垃圾衍生燃料進行複合改性，有效調節其水分含量，穩定RDF的熱值。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術存在的不足而提供一種優化垃圾衍生燃料熱工性能的複合改性方法，能有效調控垃圾衍生燃料熱值及含水率，且工藝簡單。
[0005]本發明為解決上述提出的問題所採用的技術方案為:
一種優化垃圾衍生燃料熱工性能的複合改性方法，它包括如下步驟:
(I)選取含水率低於30wt%的初始垃圾，向其中加入去溼劑，所述去溼劑添加質量為初始垃圾的5~15wt%，攪拌均勻後，幹化f 2天；(2)向幹化後的垃圾中加入固態可燃物以及助燃劑，所述固態可燃物添加量為初始垃圾質量的l(T20wt%，助燃劑添加量為初始垃圾質量的0.5~lwt%，然後混合均勻，即可得到垃圾衍生燃料 。
[0006]本發明所述一種優化垃圾衍生燃料熱工性能的複合改性方法，還可以通過如下步驟實現:
(1)選取含水率低於30wt%的初始垃圾；
(2)選取去溼劑、固態可燃物以及助燃劑，所述去溼劑添加質量為初始垃圾的5^15wt%,固態可燃物添加量為初始垃圾質量的l(T20wt%，助燃劑添加量為初始垃圾質量的0.5^1wt% ;然後將稱取好的去溼劑、固態可燃物以及助燃劑混合攪拌均勻，加入到所述初始垃圾中，幹化廣2天，即可得到垃圾衍生燃料。當然也可以將稱取好的去溼劑、固態可燃物以及助燃劑不經過預混合，直接加入到初始垃圾中混合均勻進行幹化。
[0007]上述方案中，所述垃圾衍生燃料的含水率為l(Tl5wt%和熱值為2000kcal/kg~3500kcal/kg。
[0008]上述方案中，所述初始垃圾的粒徑不超過50mm。
[0009]上述方案中，所述初始垃圾為未經過任何處理的含水率低於30wt%的垃圾，或者為經過初步幹化處理的含水率低於30wt%的垃圾。
[0010]上述方案中，所述的去溼劑為CaO、MgO或膨潤土中的任意一種或幾種按任意比例的混合物，所述去溼劑為粉狀，粒徑為75~100μπι。所述的去溼劑可以起到增加垃圾衍生燃料的粘度，可較大程度的方便製備和運輸。
[0011]上述方案中，所述的去溼劑為CaO和MgO按照質量比例1:4~1:8組成的混合物。通過降低CaO含量，使得複合改性劑的質量輕，能更好的運輸和使用。
[0012]上述方案中，所述的固態可燃物為煤、焦炭渣或廢棄重油渣中的任意一種或幾種按任意比例的混合物，發熱量為500(Tl0000kcal/kg，粒徑為0.f 2mm，可有效提高垃圾衍生燃料(RDF)的熱值。所述的廢棄重油渣是一種富碳的複雜混合物，主要含有膠質、浙青質和少量油分，另外，廢棄重油渣粘度大，可以進一步保證RDF的成型；較高的軟化點可以保證其易於儲存。
[0013]上述方案中，所述的固態可燃物為煤和廢棄重油渣按照質量比例1:6~1:8組成的混合物。通過使用較多的廢棄重油渣，可以更好的進行廢物處理，更加環保資源化利用。
[0014]上述方案中，所述的煤揮發分含量為10wt%以下，含碳量在70wt%以上，這樣可較好的提供發熱量，提高RDF熱值。
[0015]上述方案中，所述的固態可燃物為廢棄重油渣和無煙煤按照質量比例1:5~1:7組成的混合物。這樣，無煙煤揮發分較少，且含碳量在70%以上，較多的無煙煤可更有效提高RDF熱值；另外使用廢棄重油渣，可以達到有效利用工業廢棄物的效果。
[0016]上述方案中，所述的助燃劑為高錳酸鉀(KMnO4)或過氧化鈉(Na2O2)中的一種或兩種。在RDF燃燒過程中，熔融物可能會包裹固定碳而使其無法完全燃燒，加入高錳酸鉀和過氧化鈉可以提供氧氣，供固定碳充分燃燒，達到強化燃燒，保證RDF燃燼率不低於99%，降低機械不完全燃燒的目的。
[0017]上述方案中，所述的助燃劑為KMnOjP Na2O2按照質量比例1: 5~1:8組成的混合物。這樣，過氧化鈉較高錳酸鉀容易生成氧氣，可以與生成的CO2生成氧氣，進而降低了 CO2的含量，起到淨化處理的作用。
[0018]本發明還在於所述的固態可燃物範圍可以根據不同地區、不同季節或者不同含水率等因素，選擇性的添加或者修改添加去溼劑、固態可燃物和助燃劑的比例。
[0019]本發明所述的優化垃圾衍生燃料(RDF)熱工性能的複合改性方法，它是通過去溼、補燃和助燃三個手段對垃圾衍生燃料進行複合改性，具有去溼、增粘、補燃和助燃等功能，從而控制含水率和穩定熱值。其中通過加入去溼劑來達到去溼目的，幹化f 2天可使去溼劑能更好的吸收水分，並且去溼劑與水結合的過程中能放出大量的熱，從而進一步起到降低水分的作用，有效降低RDF中自由水的含量，穩定RDF的含水率；採用加入固態可燃物來提供補燃作用，再加入助燃劑來達到助燃作用，固態可燃物能夠提供較高的發熱量，並且助燃劑可以強化燃燒，有效穩定熱值，降低水分含量，改變RDF中水的結合形態，增加RDF粘結性，強化可燃物燃燒，使其滿足作為替代化石燃料的要求。
[0020]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
本發明可有效調控熱值，並且可達到降低水分，增加RDF粘結性，強化RDF燃燒等目的，最終調節RDF的含水率在10-15%的範圍內，控制在該水分含量範圍成本較低，同時也可保證RDF能有效的成型與製備；並且穩定其熱值為200(T3500kcal/kg，該熱值範圍相比於初始垃圾具有較大的提高，卻又能滿足作為化石替代燃料的需求；本發明所述方法成本低廉，得到的RDF可有效成型，可廣泛應用於發電、地區供熱、水泥製造和乾燥工程等領域。
【具體實施方式】
[0021]為了更好地理解本發明，下面結合實例進一步闡明本發明的內容，但本發明不僅僅局限於下面的實施例。
[0022]實施例1
一種優化垃圾衍生燃料熱工性能的複合改性方法，它包括如下步驟:
(1)選取經初步幹化的含水率為20%的生活垃圾，並粉碎處理保證其粒徑不大於50mm，向其中加入去溼劑CaO，所述去溼劑添加質量為初始垃圾的5wt%，攪拌均勻後，幹化2天；
(2)向幹化後的垃圾中加入固態可燃物無煙煤以及助燃劑KMnO4，所述固態可燃物添加量為初始垃圾質量的10wt%，助燃劑添加量為初始垃圾質量的0.5wt%，然後混合均勻，即可得到含水率為14被％和熱值為2452kcal/kg的垃圾衍生燃料。
[0023]關於最後的產物垃圾衍生燃料的含水率和熱值是按照標準生物垃圾採樣和物理化學分析方法(CJ313-2009)測定。
[0024]實施例2
一種優化垃圾衍生燃料熱工性能的複合改性方法，它包括如下步驟:
(1)選取經初步幹化的含水率為20%的生活垃圾，並粉碎處理保證其粒徑不大於50mm，向其中加入去溼劑MgO，所述去溼劑添加質量為初始垃圾的5wt%，攪拌均勻後，幹化1.5天;
(2)向幹化後的垃圾中加入固態可燃物廢棄重油渣以及助燃劑Na2O2，所述固態可燃物添加量為初始垃圾質量的10wt%，助燃劑添加量為初始垃圾質量的0.8wt%，然後混合均勻，即可得到含水率為15被％和熱值為2708kcal/kg的垃圾衍生燃料。
[0025]實施例3一種優化垃圾衍生燃料熱工性能的複合改性方法，它包括如下步驟:
(1)選取經初步幹化的含水率為20%的生活垃圾，並粉碎處理保證其粒徑不大於50mm，向其中加入去溼劑CaO與MgCKCaO與MgO的質量比例為1:5)，所述去溼劑添加質量為初始垃圾的5wt%，攪拌均勻後，幹化I天；
(2)向幹化後的垃圾中加入固態可燃物以及助燃劑，然後混合均勻，即可得到含水率為14被％和熱值為2658kcal/kg的垃圾衍生燃料；其中所述固態可燃物添加量為初始垃圾質量的10wt%，由廢棄重油渣與無煙煤按照質量比1:6組成；所述助燃劑添加量為初始垃圾質量的lwt%，由KMnO4與Na2O2按照質量比1:6組成。
[0026]實施例4
本實施例與實施例1的不同之處在於，所述去溼劑添加質量為初始垃圾的10wt% ;改性所得的垃圾衍生燃料的含水率為11?丨％和熱值為2605kcal/kg。
[0027]本實施例中去溼劑、固態可燃物和助燃劑的添加組成和用量見表1所示，表1中還包含所得的垃圾衍生燃料的熱工性能結果。
[0028]實施例5
本實施例與實施例2的不同之處在於，所述去溼劑添加質量為初始垃圾的10wt% ;改性所得的垃圾衍生燃料的含水率為10被％和熱值為2862kcal/kg。
[0029]本實施例中去溼劑、固態可燃物和助燃劑的添加組成和用量見表1所示，表1中還包含所得的垃圾衍生燃料的熱工性能結果。
[0030]實施例6
本實施例與實施例3的不同之處在於，所述去溼劑添加質量為初始垃圾的10wt%，CaO與MgO的質量比例為1:7 ;所述固態可燃物由廢棄重油渣與無煙煤按照質量比1:8組成；改性所得的垃圾衍生燃料的含水率為11?丨％和熱值為2826kcal/kg。
[0031]本實施例中去溼劑、固態可燃物和助燃劑的添加組成和用量見表1所示，表1中還包含所得的垃圾衍生燃料的熱工性能結果。
[0032]實施例7
本實施例與實施例4的不同之處在於，選取經初步幹化的含水率為25%的生活垃圾，所述固態可燃物添加質量為初始垃圾的20wt% ;改性所得的垃圾衍生燃料的含水率為14wt%和熱值為2950kcal/kg。
[0033]本實施例中去溼劑、固態可燃物和助燃劑的添加組成和用量見表1所示，表1中還包含所得的垃圾衍生燃料的熱工性能結果。
[0034]實施例8
本實施例與實施例5的不同之處在於，選取經初步幹化的含水率為25%的生活垃圾，所述固態可燃物添加質量為初始垃圾的20wt% ;改性所得的垃圾衍生燃料的含水率為15wt%和熱值為3362kcal/kg。
[0035]本實施例中去溼劑、固態可燃物和助燃劑的添加組成和用量見表1所示，表1中還包含所得的垃圾衍生燃料的熱工性能結果。
[0036]實施例9
本實施例與實施例3的不同之處在於，選取經初步幹化的含水率為25%的生活垃圾；所述去溼劑添加質量為初始垃圾的10wt% ;所述固態可燃物添加質量為初始垃圾的20wt% ;改性所得的垃圾衍生燃料的含水率為14被％和熱值為3276kcal/kg。
[0037]本實施例中去溼劑、固態可燃物和助燃劑的添加組成和用量見表1所示，表1中還包含所得的垃圾衍生燃料的熱工性能結果。
[0038]表1為實施例1-9中去溼劑、固態可燃物和助燃劑的添加組成和用量，以及所得的垃圾衍生燃料的熱工性能。
【權利要求】
1.一種優化垃圾衍生燃料熱工性能的複合改性方法，其特徵在於它包括如下步驟: (1)選取含水率低於30wt%的初始垃圾，向其中加入去溼劑，所述去溼劑添加質量為初始垃圾的5~15wt%，攪拌均勻後，幹化1~2天； (2)向幹化後的垃圾中加入固態可燃物以及助燃劑，所述固態可燃物添加量為初始垃圾質量的l(T20wt%，助燃劑添加量為初始垃圾質量的0.5~lwt%，然後混合均勻，即可得到垃圾衍生燃料。
2.一種優化垃圾衍生燃料熱工性能的複合改性方法，其特徵在於它包括如下步驟: (1)選取含水率低於30wt%的初始垃圾； (2)選取去溼劑、固態可燃物以及助燃劑，所述去溼劑添加質量為初始垃圾的5^15wt%,固態可燃物添加量為初始垃圾質量的l0~20wt%，助燃劑添加量為初始垃圾質量的0.5^1wt% ;然後將稱取好的去溼劑、固態可燃物以及助燃劑混合攪拌均勻，加入到所述初始垃圾中，幹化1~2天，即可得到垃圾衍生燃料。
3.根據權利要求1或2所述的一種優化垃圾衍生燃料熱工性能的複合改性方法，其特徵在於所述垃圾衍生燃料的含水率為10~15wt%和熱值為2000kcal/kg~3500kcal/kg。
4.根據權利要求1或2所述的一種優化垃圾衍生燃料熱工性能的複合改性方法，其特徵在於所述初始垃圾的粒徑不超過50mm ;所述初始垃圾為未經過任何處理的含水率低於30wt%的垃圾，或者為經過初步幹化處理的含水率低於30wt%的垃圾。
5.根據權利要求1或2所述的一種優化垃圾衍生燃料熱工性能的複合改性方法，其特徵在於所述的去溼劑為CaO、MgO或膨潤土中的任意一種或幾種按任意比例的混合物，所述去溼劑為粉狀，粒徑為75~100 μ m。
6.根據權利要求5所述的一種優化垃圾衍生燃料熱工性能的複合改性方法，其特徵在於所述的去溼劑為CaO和MgO按照質量比例1:4~1:8組成的混合物。
7.根據權利要求1或2所述的一種優化垃圾衍生燃料熱工性能的複合改性方法，其特徵在於所述的固態可燃物為煤、焦炭渣或廢棄重油渣中的任意一種或幾種按任意比例的混合物，發熱量為5000~l0000kcal/kg，粒徑為0.1~2mm。
8.根據權利要求7所述的一種優化垃圾衍生燃料熱工性能的複合改性方法，其特徵在於所述的固態可燃物為煤和廢棄重油渣按照質量比例1:6~1:8組成的混合物；或者所述的固態可燃物為廢棄重油渣和無煙煤按照質量比例1:5~1:7組成的混合物。
9.根據權利要求1或2所述的一種優化垃圾衍生燃料熱工性能的複合改性方法，其特徵在於所述的助燃劑為KMnO4或Na2O2中的一種或兩種。
10.根據權利要求9所述的一種優化垃圾衍生燃料熱工性能的複合改性方法，其特徵在於所述的助燃劑為KMnO4和Na2O2按照質量比例1:5~1:8組成的混合物。
【文檔編號】C10L5/46GK103525499SQ201310513451
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月25日 優先權日:2013年10月25日
【發明者】朱明 , 胡曙光, 祝慰, 李葉青, 王發洲, 張江 申請人:武漢理工大學