一种利用造纸废渣生产燃料棒的方法

技术领域

本发明涉及造纸废渣资源利用技术领域，尤其涉及一种燃料棒及利用造纸废渣生产燃料棒的方法。

背景技术

造纸废渣是指造纸过程中制浆阶段排出的无法在生产中再循环利用的废弃物，其结构疏松，需要大面积场地堆存，处理不当极易造成环境危害。虽然如今已经有一些资源化利用途径，但大多数仍然只采取脱水干燥后焚烧或者简单地填埋。这些方式都因处理利用不妥善既造成资源的严重浪费，又带来对环境的二次污染。

目前造纸废渣存在分选去杂困难、资源化利用程度低、终端处置粗放等问题，造成资源浪费，且存在一定的环境风险和安全隐患。随着环保政策趋严、造纸行业清洁生产的发展需求以及固废处置技术的升级，造纸废渣资源化利用是大势所趋。

造纸废渣成分复杂，主要包括：立式碎浆机产生的绞绳、圆筒筛产生的轻渣及卧式碎浆机产生的转毂料。绞绳成分一般含有大量塑料包装纸、纸浆纤维及捆扎用的长铁丝等，绞绳长度几米到几十米不等，直径可达1米多，整体含水率30％以上；轻渣成分主要是纸浆纤维、塑料包装纸碎片及部分碎铁丝等，含水率可达45-60％；而转毂料成分主要是塑料包装纸、纸浆纤维及破碎过捆扎用铁丝等，含水率可达50-60％。这些造纸废渣中含有大量不可燃物，包括：水分、部分的铁物质(如铁丝)及少量非铁物质(如铝制易拉罐、玻璃、沙石等)。

目前造纸废渣的分选去杂利用，一般两级破碎将物料破碎至尺寸宽度50mm，长度100mm左右，再经两次磁选，筛选部分铁金属后，用水洗的方式将塑料筛选出，塑料可以直接售卖、或做塑料粒子、或通过高低温裂解方式制成重油，含有部分金属及玻璃沙石等不可燃物的底渣经简单压榨后送往锅炉焚烧。

但上述过程水洗的方式用水量大，二次污染严重，而且占地空间较大，筛选出的塑料制成重油的方式，有毒有害气体排放严重；剩余的底渣不可燃杂质(如金属、沙石等)含量高，锅炉焚烧时容易炉渣结焦；结构松散，由于受到锅炉的一次风和二次风影响，大部分废渣不会落到锅炉底部高温区，焚烧时不完全燃烧的比例较高，容易产生有毒有害气体；含水率高，一般为45-50％，需要消耗更多的热量来焚烧，而且可燃物大部分已筛选出，导致整体热值极低。

但如果将造纸废渣制备成垃圾衍生燃料(Refuse Derived Fuel，简称RDF)，则可提高其热值且对于锅炉稳定燃烧非常有利，同时可以降低二次污染的产生。但造纸废渣制备成RDF含水量高，制备RDF成型难度大，同时燃烧后会释放大量氯化氢等有害气体，同样对环境造成一定的污染。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种燃料棒及利用造纸废渣生产燃料棒的方法。

一种利用造纸废渣生产燃料棒的方法，包括如下步骤：

S1、将造纸废渣采用液压双轴破碎，其中破碎转速为6-8rpm，可将绞绳、转毂料进行初步破碎，得到宽度<60-75mm，长度≤200mm的一次破碎料；

S2、将一次破碎料采用电动双轴破碎，其中破碎转速为16-18rpm，可将初步破碎过的绞绳、转毂料进行二次破碎，轻渣因本身尺寸较小，可直接入料电动双单轴破碎机，得到宽度＜30mm，长度≤100mm的二次破碎料；

S3、将二次破碎料平铺在工作面上，采用磁选机筛选铁物质，其中磁选机磁感强度≥900高斯，磁力范围1500mm，利用磁选筛选出大部分铁物质，得到一次磁选料；

S4、利用风选筛选后得到一次风选料；两个吸料风罩平行错位分布于皮带正上方，利用风选(负压气力筛选)，筛选出不符合系统的物料，将磁选不能筛选出来的铝、铜、重物、成团废弃物从系统中分离或回流重新处理，提供后续系统稳定且干净的入料品质，将可用物料输送到下一生产环节，取代皮带输送机，节省系统空间；

S5、将一次风选料采用电动双单轴破碎，其中破碎转速为70-90rpm，得到宽度＜10mm，长度≤50mm的三次破碎料；

S6、将三次破碎料平铺在工作面上，采用磁选机筛选铁物质，其中磁选机磁感强度≥700高斯，磁力范围1000mm，得到二次磁选料；

S7、将二次磁选料采用涡电流筛选去除非铁金属，得到涡电流筛选料；涡电流本身产生交变磁场，与磁石转筒产生的磁场方向相反，即对金属产生排斥力，使金属从料流中分离出来，达到分选的目的，主要用来筛选非铁金属，如易拉罐碎片等；

S8、利用风选再次筛选后得到二次风选料；二次风选不仅可分离物料，同时具有提升输送作用，并且场地狭小的情况下可以改变生产线走向，更合理的利用空间；

S9、二次风选料输送至定量桶，同时将氧化钙投入到定量桶中，通过定量桶的搅拌器进行搅拌混合，再通过螺旋下料阀输送至造粒机，造粒机前期模头预热，模头在出料口，预热完成后，进行下料生产，造粒机通过螺旋挤压将料输送至模头一侧，加热后挤出，并剪切，生产过程中，由于螺旋挤压，造粒机螺杆温度及舱壁温度升高，一般可以维持在120℃左右，故模头加热可以关闭，温度下降之后再升温加热，其温度范围在100-140℃，采用螺旋挤压的方式排出水分，然后挤压成型，切割，得到燃料棒。

本方案的目的是经过设计的工艺流程，将不可燃物尽可能地从废渣中筛选出去，尽可能保留可燃物，并降低含水率，最后替代燃煤，送至锅炉焚烧。

为筛选出不可燃物，在工艺流程中，对造纸废渣进行多级破碎、多级磁选、涡电流、风选等步骤。多级破碎主要为三级破碎：根据物料特性，逐级将物料破碎到需要的尺寸。多级磁选主要分布于二级破碎及三级破碎之后，多采用顶皮带磁选机方式，将磁选机悬于输送物料的皮带之上，为保证磁选效果，物料尽可能的平铺在皮带上，厚度不易过厚，也可以考虑在同一皮带上面多设几台磁选机，或在皮带机出料端增一台磁滚筒。风选分为一次风选和二次风选，一次风选分布于二级破碎及磁选之后，通过负压风吸的方式将物料吸到旋风分离桶，进而将轻重物质分离，轻物质主要为塑料、纤维及少部分杂质，重物质主要为部分未磁选出去的金属、玻璃、沙石等；二次风选分布于三级破碎、磁选及涡电流之后，通过负压风吸的方式将物料吸到旋风分离桶，进而将轻重物质分离，轻物质主要为塑料、纤维及极少部分杂质，重物质主要为极少部分未磁选出去的金属、玻璃、沙石等；风选在筛选杂质的同时可通过改变风管的方向，改变生产线的走向，更适合于场地需要。涡电流分布于三级破碎及磁选之后，主要筛选非铁金属，如易拉罐等铝制品。筛选结束之后，通过多出口螺旋输送机按一定的顺序将物料输送到各个定量桶，再通过螺旋下料阀输送到对应的造粒机。造粒机通过预设的低温(140℃)模头加热，使物料中的塑料处于半融化状态，再通过螺旋挤压的方式，将物料挤压成型成直径25mm左右的棒材，然后通过切刀根据实际需要将棒材切成燃料棒，最后通过成品输送皮带输送至装卸车送至储料仓库，以待替代燃煤焚烧。

优选地，所得燃料棒为长＜250mm、直径25mm的圆柱形颗粒。

优选地，S9中，二次风选料与复合氧化钙的质量比为10：0.1-2。

优选地，S9中，复合氧化钙为表面包覆有二氧化硅的纳米碳酸钙经高温煅烧得到。

优选地，S9中，复合氧化钙采用如下具体步骤制取：将纳米碳酸钙、六偏磷酸钠加入水中，60-80℃搅拌1-2h，搅拌状态下同时向其中加入硅酸钠溶液、硫酸溶液，继续搅拌1-2h，调节体系pH值为7.5-8.2，室温静置5-20h，过滤，洗涤，干燥，粉碎，750-850℃煅烧10-20min得到复合氧化钙。

根据非均质成核理论，二氧化硅优先在碳酸钙粒子表面析出，通过在碳酸钙表面包覆二氧化硅薄膜，可有效降低纳米碳酸钙的表面活性，阻止纳米碳酸钙的团聚现象，再经高温煅烧所得纳米氧化钙不易聚集，不仅吸附容量大，固氯效果优异，而且煅烧产生的二氧化碳通过壳层时，在壳层形成大量的密集的微小通气孔结构，可显著增强壳层的吸附性能。

目前的固氯剂主要为氧化钙、氢氧化钙等，其低温固氯效果好，但是高温尤其温度超过700℃时氧化钙稳定性变差会发生可逆反应，而本发明所得复合氧化钙可解决高温固氯效果差的问题，其高温稳定性，即使在700℃的高温时，也可保持较好的固氯效果。

优选地，纳米碳酸钙的粒径为50-150nm。

优选地，纳米碳酸钙、六偏磷酸钠、硅酸钠、硫酸的质量比为5-10：0.1-1：0.1-0.6：0.01-0.1。

优选地，硅酸钠溶液的质量分数为10-20％。

优选地，硫酸溶液的质量分数为1-2％。

一种燃料棒，采用上述利用造纸废渣生产燃料棒的方法制得。

本发明的技术效果如下所示：

本发明将二次风选料低温预热并与复合氧化钙复配，经过排水，不仅相互间分散均匀性极高，而且在燃料棒燃烧过程中，复合氧化钙的壳层结构可快速捕捉并吸附燃烧产生的氯化氢等气体，同时与内部高吸附容量氧化钙固氯剂相配合，可将氯化氢不可逆地稳定固定在复合氧化钙中。

本发明通过添加复合氧化钙，与半融化状态的塑料成分相配合进行挤压成型，可进一步增加燃料棒的成型率，并达到92％以上，可满足日常生产要求。

本发明通过将风选料在100-140℃低温预热，相较直接高温成型，不仅有效降低能耗，同时可有效避免高温额外产生的二次污染，配合复合氧化钙进行成型，提高燃烧性能和固氯作用，燃烧产生的有毒有害气体少，炉渣少、不易结焦，替代燃煤，经济效益可观，有效地使造纸废渣实现无害化、减量化、资源化。

本发明可尽可能筛选出不可燃杂质(包括铁金属、非铁金属、玻璃、沙石等)，使燃料棒结构紧实，含水率低，并成规则棒材，生产过程不产生二次污染，焚烧过程有效控制烟气排放，保证燃料棒的高热值，替代燃煤，减少废渣囤积，降容减容，方便存储及运输，有效达成造纸废渣无害化、资源化、减量化的目的。

附图说明

图1为本发明提出的一种利用造纸废渣生产燃料棒的方法流程示意图。

图2为实施例5和对比例1-2所得圆柱形颗粒状燃料棒的成型率和落下强度对比图。

图3为实施例5和对比例1-2所得圆柱形颗粒状燃料棒的热值和固氯率对比图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。

实施例1

一种利用造纸废渣生产燃料棒的方法，包括如下步骤：

S1、将造纸废渣采用液压双轴破碎，其中破碎转速为6rpm，得到宽度<60-75mm，长度≤200mm的一次破碎料；

S2、将一次破碎料采用电动双轴破碎，其中破碎转速为16rpm，得到宽度＜30mm，长度≤100mm的二次破碎料；

S3、将二次破碎料平铺在工作面上，采用磁选机筛选铁物质，其中磁选机磁感强度≥900高斯，磁力范围1500mm，得到一次磁选料；

S4、利用风选筛选后得到一次风选料；

S5、将一次风选料采用电动双单轴破碎，其中破碎转速为70rpm，得到宽度＜10mm，长度≤50mm的三次破碎料；

S6、将三次破碎料平铺在工作面上，采用磁选机筛选铁物质，其中磁选机磁感强度≥700高斯，磁力范围1000mm，得到二次磁选料；

S7、将二次磁选料采用涡电流筛选去除非铁金属，得到涡电流筛选料；

S8、利用风选再次筛选后得到二次风选料；

S9、将二次风选料、复合氧化钙输送至定量桶中，再由定量桶通过螺旋下料阀输送至造粒机，100℃低温预热后，采用螺旋挤压的方式排出水分，二次风选料与复合氧化钙的质量比为10：0.1，然后挤压成型，切割得到长＜250mm、直径25mm的圆柱形颗粒状燃料棒。

复合氧化钙采用如下具体步骤制取：将5kg粒径为50-150nm的纳米碳酸钙、0.1kg六偏磷酸钠加入10kg水中，60℃以1000rpm的速度搅拌1h，搅拌状态下同时向其中加入1kg质量分数为10％硅酸钠溶液、1kg质量分数为1％硫酸溶液，继续搅拌1h，采用氨水调节体系pH值为7.5-8.2，室温静置5h，过滤，洗涤，干燥，粉碎，750℃煅烧10min得到复合氧化钙。

实施例2

一种利用造纸废渣生产燃料棒的方法，包括如下步骤：

S1、将造纸废渣采用液压双轴破碎，其中破碎转速为8rpm，得到宽度<60-75mm，长度≤200mm的一次破碎料；

S2、将一次破碎料采用电动双轴破碎，其中破碎转速为18rpm，得到宽度＜30mm，长度≤100mm的二次破碎料；

S3、将二次破碎料平铺在工作面上，采用磁选机筛选铁物质，其中磁选机磁感强度≥900高斯，磁力范围1500mm，得到一次磁选料；

S4、利用风选筛选后得到一次风选料；

S5、将一次风选料采用电动双单轴破碎，其中破碎转速为90rpm，得到宽度＜10mm，长度≤50mm的三次破碎料；

S6、将三次破碎料平铺在工作面上，采用磁选机筛选铁物质，其中磁选机磁感强度≥700高斯，磁力范围1000mm，得到二次磁选料；

S7、将二次磁选料采用涡电流筛选去除非铁金属，得到涡电流筛选料；

S8、利用风选再次筛选后得到二次风选料；

S9、将二次风选料、复合氧化钙输送至定量桶中，再由定量桶通过螺旋下料阀输送至造粒机，140℃低温预热后，采用螺旋挤压的方式排出水分，二次风选料与复合氧化钙的质量比为10：2，然后挤压成型，切割得到长＜250mm、直径25mm的圆柱形颗粒状燃料棒。

复合氧化钙采用如下具体步骤制取：将10kg粒径为50-150nm的纳米碳酸钙、1kg六偏磷酸钠加入100kg水中，80℃以2000rpm的速度搅拌12h，搅拌状态下同时向其中加入3kg质量分数为20％硅酸钠溶液、5kg质量分数为2％硫酸溶液，继续搅拌2h，采用氨水调节体系pH值为7.5-8.2，室温静置20h，过滤，洗涤，干燥，粉碎，850℃煅烧20min得到复合氧化钙。

实施例3

一种利用造纸废渣生产燃料棒的方法，包括如下步骤：

S1、将造纸废渣采用液压双轴破碎，其中破碎转速为6.5rpm，得到宽度<60-75mm，长度≤200mm的一次破碎料；

S2、将一次破碎料采用电动双轴破碎，其中破碎转速为17.5rpm，得到宽度＜30mm，长度≤100mm的二次破碎料；

S3、将二次破碎料平铺在工作面上，采用磁选机筛选铁物质，其中磁选机磁感强度≥900高斯，磁力范围1500mm，得到一次磁选料；

S4、利用风选筛选后得到一次风选料；

S5、将一次风选料采用电动双单轴破碎，其中破碎转速为75rpm，得到宽度＜10mm，长度≤50mm的三次破碎料；

S6、将三次破碎料平铺在工作面上，采用磁选机筛选铁物质，其中磁选机磁感强度≥700高斯，磁力范围1000mm，得到二次磁选料；

S7、将二次磁选料采用涡电流筛选去除非铁金属，得到涡电流筛选料；

S8、利用风选再次筛选后得到二次风选料；

S9、将二次风选料、复合氧化钙输送至定量桶中，再由定量桶通过螺旋下料阀输送至造粒机，130℃低温预热后，采用螺旋挤压的方式排出水分，二次风选料与复合氧化钙的质量比为10：0.5，然后挤压成型，切割得到长＜250mm、直径25mm的圆柱形颗粒状燃料棒。

复合氧化钙采用如下具体步骤制取：将8kg粒径为50-150nm的纳米碳酸钙、0.2kg六偏磷酸钠加入70kg水中，65℃以1800rpm的速度搅拌1.3h，搅拌状态下同时向其中加入2.5kg质量分数为12％硅酸钠溶液、4kg质量分数为1.3％硫酸溶液，继续搅拌1.8h，采用氨水调节体系pH值为7.5-8.2，室温静置10h，过滤，洗涤，干燥，粉碎，820℃煅烧13min得到复合氧化钙。

实施例4

一种利用造纸废渣生产燃料棒的方法，包括如下步骤：

S1、将造纸废渣采用液压双轴破碎，其中破碎转速为7.5rpm，得到宽度<60-75mm，长度≤200mm的一次破碎料；

S2、将一次破碎料采用电动双轴破碎，其中破碎转速为16.5rpm，得到宽度＜30mm，长度≤100mm的二次破碎料；

S3、将二次破碎料平铺在工作面上，采用磁选机筛选铁物质，其中磁选机磁感强度≥900高斯，磁力范围1500mm，得到一次磁选料；

S4、利用风选筛选后得到一次风选料；

S5、将一次风选料采用电动双单轴破碎，其中破碎转速为85rpm，得到宽度＜10mm，长度≤50mm的三次破碎料；

S6、将三次破碎料平铺在工作面上，采用磁选机筛选铁物质，其中磁选机磁感强度≥700高斯，磁力范围1000mm，得到二次磁选料；

S7、将二次磁选料采用涡电流筛选去除非铁金属，得到涡电流筛选料；

S8、利用风选再次筛选后得到二次风选料；

S9、将二次风选料、复合氧化钙输送至定量桶中，再由定量桶通过螺旋下料阀输送至造粒机，110℃低温预热后，采用螺旋挤压的方式排出水分，二次风选料与复合氧化钙的质量比为10：1.5，然后挤压成型，切割得到长＜250mm、直径25mm的圆柱形颗粒状燃料棒。

复合氧化钙采用如下具体步骤制取：将6kg粒径为150nm的纳米碳酸钙、0.2kg六偏磷酸钠加入70kg水中，65℃以1800rpm的速度搅拌1.3h，搅拌状态下同时向其中加入2.5kg质量分数为12％硅酸钠溶液、4kg质量分数为1.3％硫酸溶液，继续搅拌1.8h，采用氨水调节体系pH值为7.5-8.2，室温静置10h，过滤，洗涤，干燥，粉碎，820℃煅烧13min得到复合氧化钙。

实施例5

如图1所示，图1为本发明提出的一种利用造纸废渣生产燃料棒的方法流程示意图。

一种利用造纸废渣生产燃料棒的方法，包括如下步骤：

S1、将造纸废渣采用液压双轴破碎，其中破碎转速为7rpm，得到宽度<60-75mm，长度≤200mm的一次破碎料；

S2、将一次破碎料采用电动双轴破碎，其中破碎转速为17rpm，得到宽度＜30mm，长度≤100mm的二次破碎料；

S3、将二次破碎料平铺在工作面上，采用磁选机筛选铁物质，其中磁选机磁感强度≥900高斯，磁力范围1500mm，得到一次磁选料；

S4、利用风选筛选后得到一次风选料；

S5、将一次风选料采用电动双单轴破碎，其中破碎转速为80rpm，得到宽度＜10mm，长度≤50mm的三次破碎料；

S6、将三次破碎料平铺在工作面上，采用磁选机筛选铁物质，其中磁选机磁感强度≥700高斯，磁力范围1000mm，得到二次磁选料；

S7、将二次磁选料采用涡电流筛选去除非铁金属，得到涡电流筛选料；

S8、利用风选再次筛选后得到二次风选料；

S9、将二次风选料、复合氧化钙输送至定量桶中，再由定量桶通过螺旋下料阀输送至造粒机，120℃低温预热后，采用螺旋挤压的方式排出水分，二次风选料与复合氧化钙的质量比为10：1，然后挤压成型，切割得到长＜250mm、直径25mm的圆柱形颗粒状燃料棒。

复合氧化钙采用如下具体步骤制取：将7kg粒径为50-150nm的纳米碳酸钙、0.5kg六偏磷酸钠加入50kg水中，70℃以1500rpm的速度搅拌1.5h，搅拌状态下同时向其中加入2kg质量分数为15％硅酸钠溶液、3kg质量分数为1.5％硫酸溶液，继续搅拌1.5h，采用氨水调节体系pH值为7.5-8.2，室温静置13h，过滤，洗涤，干燥，粉碎，800℃煅烧15min得到复合氧化钙。

对比例1

采用浙江某生产厂家生产的市售燃料棒。

对比例2

一种利用造纸废渣生产燃料棒的方法，包括如下步骤：

S1、将造纸废渣采用液压双轴破碎，其中破碎转速为7rpm，得到宽度<60-75mm，长度≤200mm的一次破碎料；

S2、将一次破碎料采用电动双轴破碎，其中破碎转速为17rpm，得到宽度＜30mm，长度≤100mm的二次破碎料；

S3、将二次破碎料平铺在工作面上，采用磁选机筛选铁物质，其中磁选机磁感强度≥900高斯，磁力范围1500mm，得到一次磁选料；

S4、利用风选筛选后得到一次风选料；

S5、将一次风选料采用电动双单轴破碎，其中破碎转速为80rpm，得到宽度＜10mm，长度≤50mm的三次破碎料；

S6、将三次破碎料平铺在工作面上，采用磁选机筛选铁物质，其中磁选机磁感强度≥700高斯，磁力范围1000mm，得到二次磁选料；

S7、将二次磁选料采用涡电流筛选去除非铁金属，得到涡电流筛选料；

S8、利用风选再次筛选后得到二次风选料；

S9、将二次风选料、氧化钙输送至定量桶中，再由定量桶通过螺旋下料阀输送至造粒机，120℃低温预热后，采用螺旋挤压的方式排出水分，二次风选料与氧化钙的质量比为10：1，然后挤压成型，切割得到长＜250mm、直径25mm的圆柱形颗粒状燃料棒。

将实施例5和对比例1-2所得圆柱形颗粒状燃料棒放入烘箱，105℃充分干燥，过20mm圆孔筛，称取筛上物的质量，用筛上物质量除以总质量，得到样品成型率。采用TYE-20型抗折抗压试验机测定落下强度。

如图2所示，实施例5所得圆柱形颗粒状燃料棒的成型率和落下强度最优。本申请人认为：这是由于本发明采用二次风选料与复合氧化钙复配，其中半融化状态的塑料成分相配合进行挤压成型，可进一步增加燃料棒的成型率，并达到92％以上，可满足日常生产要求。

采用GB/T 213-2008《煤的发热量测定方法》测定实施例5和对比例1-2所得圆柱形颗粒状燃料棒的热值。同时，称取各组试样置于坩埚中，在800℃通风良好的马弗炉中加热2h后，试样燃烧后从气相释出的氯化氢的总量，经氢氧化钠溶液吸收后，用IC-792离子色谱进行定量分析，试样燃烧时废气中的氯化氢浓度通过傅立叶变换红外光谱仪进行在线分析。

如图3所示，实施例5所得圆柱形颗粒状燃料棒的热值最高，而且实施例5所得圆柱形颗粒状燃料棒的固氯效果最佳。

本申请人认为：本发明所得纳米氧化钙不易聚集，不仅吸附容量大，固氯效果优异，而且煅烧产生的二氧化碳通过壳层时，在壳层形成大量的密集的微小通气孔结构，可显著增强壳层的吸附性能。本发明采用二次风选料低温预热并与复合氧化钙复配，经过排水，不仅相互间分散均匀性极高，而且在燃料棒燃烧过程中，复合氧化钙的壳层结构可快速捕捉并吸附燃烧产生的氯化氢等气体，同时与内部高吸附容量氧化钙固氯剂相配合，可将氯化氢不可逆地稳定固定在复合氧化钙中。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。