申请日2006.07.30
公开(公告)日2008.01.30
IPC分类号C04B33/132
摘要
污泥制烧结砖或固体燃料及其烘干塔属于固体废物处理技术领域。是针对生活及工业有机废水污泥，富含有机质和病源体处理难度大，但其发热量高、矿物成分又以粘土质为主的特点，进行发热量调整后制成干污泥粉或压制成工业型煤，可作为煤粉炉或民用、工业及气化等层燃炉的固体燃料;污泥燃料无销路的地方，还可经泥质调配后按常规制成烧结砖，污泥烘干塔还可以用于其他物料，尤其是含有机质物料的烘干作业。本发明投资少、方法简便，是符合发展中国家国情的、无害化处理最彻底的、资源化利用最经济的实用技术。
权利要求书
1.污泥制烧结砖或固体燃料及其烘干塔由方法和设置组成，其特征是：
a、就地选用污泥燃烧灰、粘土及其他废渣对有机污泥的水分、化学成分、 塑性指数等进行调质处理后，作为制烧结粘土砖的泥料;
b、按燃烧设备的要求进行发热量和水分的调整后，制成干污泥粉或污泥型 煤作煤粉炉或各种层燃炉的燃料。
c、由斜置的透气溜板和进、排气口构成基本干燥单元，多个单元垂直叠加 组成一个烘干室，由一个或多个烘干室组成一座烘干塔。
说明书
污泥制烧结砖或固体燃料及其烘干塔
(一)技术领域：
本发明涉及污泥的无害化处理和资源化利用技术，属于固体 废物处理技术领域。
(二)背景技术：
未被污染的江河及湖塘淤泥、矿山污泥、城市上水污泥等 自然污泥，一般不含有害物质，可以按泥土的用途，直接用于农田、地基、制烧结 砖或者填埋等方法予以处理和利用。无机质工业废水污泥，也可以在消除或控制了 由产生源带来的有害物质，让其稳定后再作为泥土予以利用。
城市下水污泥和食品、制革等工业废水污泥富含有机质，容易腐败发臭、还 带有大量微生物、病菌和寄生虫卵等病源体，容易传播疾病，处理和利用的难度大， 尚无理想的技术方案。日本是最典型的资源匮乏、废弃物资源再生利用做得比较好 的国家，根据中国国家经贸委资源节约综合利用司印行的《日本再生处理概要》(1993 年版)中也列出了城市下水污泥制烧结砖技术，但只能用污泥燃烧灰而不是直接用 污泥制砖;也提到制固体燃料，但工艺和设备非常复杂，不符合发展中国家的国情; 国内也有人进行过烧砖试验，据称制品孔管多，表面不平，收缩率大，强度低，抗 腐蚀低，成本高;也有人进行过焚烧，但投资大，运行费用高，管理复杂，且存在 酸气和二恶英类有毒气体污染空气的隐患。
(三)发明内容：
本发明就是针对目前处理有机污泥投资大、工艺复杂、成 本高、利用效果不理想的情况，创新开发出的污泥制固体燃料和烧结砖的简易实用 技术方案。
常规制烧结砖的泥料的质量，一般用化学成份和物理性能来控制：
表1烧结粘土砖泥料化学成份的要求范围
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| 表2烧结粘土砖泥料的物理性能 | |||||||||||||||||||
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但是，污泥初步脱水后的滤饼含水率高达45～86%，根本无法成型;有机污泥 固形物中有机质高达30～70%，与制砖泥料要求“烧失量”范围相距太远，有机质 烧毁后造成孔洞太多，大大降低烧结砖的强度不能承重，只能作非承重砖，而且有 机物还导致“黑心”;有机污泥挥发分高达20～85%，在160～200℃时开始挥发， 处于砖窑中200～400℃的预热段，尚未开始焙烧，挥发分不能燃烧而随烟气排出。 既浪费能源又污染环境;有机污泥的发热量太高，达4～18MJ/kg而烧结砖的焙烧 热耗仅需0.60～0.76MJ/kg左右;有机污泥往往含有污水处理过程中加入的大量石 灰，石灰可导致砖色变黄，石灰石还使还原黑心加剧，还可能产生石灰爆裂。总之， 有机污泥不能直接用作烧结粘土砖的泥料，必须经过调整配合后方能使用。例如： 将石灰石的粒度控制在1mm以下可以防止石灰爆裂，还可以降低干燥收缩率，但 石灰可能降低砖的强度;调整好泥料颗粒的级配可防止干燥裂纹;加入富含石英的 砂子不仅可降低敏感性系数，还可提高石灰含量高的污泥砖的强度，但又容易发生 冷却裂纹;加入玻璃粉可以增加砖的强度，但应尽力在其熔化前让有机物燃尽;加 入粘土、污泥燃烧灰、粉煤灰、窑灰、砖瓦粉可以降低敏感性系数、减少泥料的水 分，增加砖的强度;辅之以减缓加热速度和延长保温时间可以降低还原黑心，而加 入氧化铁、赤泥、氢氧化铁可以增加砖的红色等等。由于污泥中非粘土矿物的成分 复杂多变，添加剂之间及与污泥成分互相作用难以预料，所以应尽量选用当地废渣 和粘土资源，按上述各种物料的影响趋势进行试配试烧，优选出简便、价廉、质优 的泥料配方。将有机污泥用于制烧结砖不仅复杂，还浪费有机质的挥发分，非不得 己最好不用。当利用砖窑余热将污泥干燥后作为烧砖燃料，然后再将燃烧灰加入污 泥制成砖坯，则可大大降低有机物挥发分的损失。本发明污泥制烧结砖的特征在于： 有机污泥应选用当地废渣、粘土进行泥质调整后用作制烧结粘土砖的泥料。污泥燃 烧灰掺入污泥制成砖坯，则可减少挥发分的热损失和温室气体的排放。
作为燃煤设备遍布全国各地，经济尚不够发达的发展中的世界第一燃煤大国， 将有机污泥作为固体燃料进行能源利用则是最简便高效的最优技术方案。有机污泥 的发热量一般在4～8MJ/kg之间。中国国家标准GB/T15224.3-94规定，低位发 热量>8.5MJ/kg的煤即已进入商品煤系列，而发热量<8.5MJ/kg的还可以作为劣质 燃料使用。例如，石煤的灰分高达60～80%，发热量仅为4.2～8.4MJ/kg，有的甚至 仅有2.5MJ/kg，而《中国节能技术政策大纲》指出，石煤可以作为燃料或制造建 材就地使用。
将有机污泥干燥至10%左右，用常规工业型煤成型机压制成块状型煤，可以 作为民用、工业和气化等层燃炉(炉排炉)的燃料;将有机污泥制成干粉，可以作 为煤粉炉的燃料。还可将有机污泥粉与煤粉混合燃烧;为了提高污泥型煤的热值， 也可向有机污泥中加入末煤制成型煤。有机污泥中的石灰还可以作为燃煤的脱硫 剂，型煤燃烧可以提高末煤的燃烧效率和减少燃煤污染。所以可以把有机污泥作为 固体燃料利用。本发明有机污泥制固体燃料，其特征是：将有机污泥进一步脱水后 便可单独制成干粉或压制成工业型煤;也可拌和煤粉后制成可以按常规使用的粉状 或块状固体燃料。
将有机污泥干燥后制粉或将有机污泥型煤烘干后增加强度便于运输，需要进 行烘干处理;烘干时把温度控制在160～200℃以下，防止有机物析出挥发分，避免 能源浪费和排放温室气体;同时把烘干温度控制在80～120℃以上，杀死全部微生 物、病菌和寄生虫卵，防止腐败发臭和传播疾病。所以干燥设备也是本发明的关键 技术之一。
本发明的烘干塔底部为一个固定炉排燃烧室和上部的烘干室组成。燃烧室旁 接一个消烟煤斗(参见《不产生可吸入颗粒物的锅(窑)炉消烟煤斗》专利申请号： 200610092966.8)，污泥型煤等燃料在该煤斗内的反烧工况下，让挥发分完全燃烧 的火焰和焦化煤进入常规正烧炉膛燃烧。燃烧灰可以用于制砖。由于燃烧温度超过 850℃并持续2秒钟，可不产生二恶英。而消烟煤斗内过剩空气系数低于1，控制 了供氧量和燃烧温度，可避免NOX的产生。燃烧烟气直接进入塔体中心的热烟气 室。燃烧炉采用夹层结构引入冷风，可充分利用炉体的散热。并让其与烟气混合， 迅速将烟气降到需要的温度后用作干燥热源，同时可防止合成二恶英。燃烧室以上 是烘干室。围绕塔体中心热烟气室的周围，可以布置多个烘干室，每个烘干室内都 设有若干块斜置的透气溜板，透气溜板下设进气口，上设排气口，自成一个烘干的 基本单元。若干个单元垂直叠加成一个烘干室。透气溜板的斜度应大于污泥型煤静 止时的自然堆积角，污泥型煤在透气溜板上的堆积厚度则由运动时的自然堆积角控 制，这样堆积厚度不致太高，可防止底部的污泥型煤被压破;热烟气穿过透气溜板 加热污泥型煤后，携带水分从排气口排出;污泥型煤多次改变方向溜下，可以实现 自动翻料避免干燥不匀现象;每个透气溜板进气的多少，可以通过塔体外侧的排气 口开度的大小来控制。当关闭某个排气口时，该单元的废气可以再经过上一块透气 溜板后，两个单元的废气合并排出。这样可以充分利用烟气的余热并可防止干燥裂 纹的产生，将各个烘干室的每个单元进、出气量调试完毕后，一般情况下不必再经 常调整。烘干塔可以用钢板等钢材做成，更可方便地用砖砌筑，污泥型煤投入进料 口后，可以自动烘干、自动翻料，最后自动从出料口流出。很显然，如果将污泥型 煤置于链条上，热烟气从链条下进入，靠链条使污泥型煤水平移动，亦可达到烘干 的目的。但投资大、运行费高，经济上不太合理。本烘干塔也可用于其他能直接接 触烟气的物料，尤其是富含有机质的物料。当然，如果将塔体中心的热烟气室改为 热交换室，便可以用清洁热空气作干燥介质。本发明烘干塔的特征是：采用多个由 斜置的透气溜板和进、排气口构成的基本干燥单元，垂直叠加组合成1个烘干室。 一台烘干塔可由一个或多个烘干室组成，并配上不产生可吸入颗粒物的锅(窑)炉消 烟煤斗，最终可以实现脱硫、脱硝、不产生二恶英和可吸入颗粒物的无黑烟清洁燃 烧。
本发明比现有技术的有益效果：本发明阐述了有机污泥烧砖的难题所在，指 出了泥料调质的方法，可以简便地实现制烧结砖的目的;特别是将有机污泥制成污 泥型煤(或干污泥煤粉)是最廉价、最简便、无害化处理最彻底、资源化利用最经济 的，可以就地处理、就地消纳的、符合发展中国家国情的实用技术。