一种高热值且环保的固体替代燃料及其制备方法

技术领域

本发明涉及燃料技术领域，尤其是涉及一种高热值且环保的固体替代燃料及其制备方法。

背景技术

随着经济和城市化的快速发展，我国对能源需求日益增大，与此同时环境问题日益显现。目前我国能源主要依赖于煤炭燃烧火力发电，能源短缺的问题突出；目前，CO

固体废物是指在生产、生活和其他活动过程中产生的丧失原有的利用价值或者虽未丧失利用价值但被抛弃或者放弃的固体、半固体和置于容器中的气态物品、物质以及规定纳入废物管理的物品、物质；不能排入水体的液态废物和不能排入大气的置于容器中的气态物质。由于多具有较大的危害性，一般归入固体废物管理体系。我国固体废物具有含水量高的特点，因此生活垃圾产生的固废，很难燃烧充分，产生大量黑烟。此外，煤和固体替代燃料共烧时，不当的固体替代燃料会增加飞灰颗粒中微量元素含量氯、汞等重金属，而固体废物的高氯含量会增加排放烟尘的毒性气体——二噁英的排放。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种高热值且环保的固体替代燃料及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高热值且环保的固体替代燃料，原料包含8-10wt％的大件垃圾、50-70wt％的一般工业固废、20-40wt％的园林绿化垃圾以及0.1-1wt％的城市污泥；

所述大件垃圾为木质或织物类废弃物品；

所述一般工业固废选用热值范围≥15MJ/kg、燃点300-500℃、且不含氯的工业固废；

所述城市污泥的含水率20％左右，磷含量3％-4％。

作为优选的技术方案，所述大件垃圾的干基成分如下：灰分15.65wt/％；挥发分74.94wt/％；固定碳9.41wt/％。

作为优选的技术方案，所述城市污泥的干基成分如下：灰分44.88wt/％；挥发分53.88wt/％；固定碳1.24wt/％。

作为优选的技术方案，所述一般工业固废的干基成分如下：灰分5.14wt/％；挥发分86.35wt/％；固定碳8.51wt/％。

作为优选的技术方案，所述园林绿化垃圾的的干基成分如下：灰分2.12wt/％；挥发分80.56wt/％；固定碳17.32wt/％。

作为优选的技术方案，所述大件垃圾的全水分为3.5wt/％；所述城市污泥的全水分为21wt/％；所述一般工业固废的全水分为0.5wt/％；所述园林绿化垃圾的全水分为14.9wt/％。

本发明还公开了一种高热值且环保的固体替代燃料的制备方法，该制备方法是使用同样的设备对大件垃圾、一般工业固废、城市污泥、园林绿化垃圾进行分别制备；包括如下步骤：

S1、预处理：剔除原料中对后续工序和产品质量造成不利的杂质；

S2、传输上料：通过上料设备系统将预处理后的原料分别传输到一级破碎设备上；

S3、一级破碎：一级破碎设备用于将四种原料分别进行一级破碎，整体粒径达到15-30cm；

S4、磁选：磁选装置为湿式磁选机，设置在一级破碎工序之后，用于将破碎后的原料中的金属杂质去除；

S5、筛分：磁选后的原料需要经过筛分设备系统筛分，所述筛分设备系统为滚筒筛，用于控制颗粒的粒径，大于滚筒筛上筛板孔尺寸的原料颗粒返回一级破碎设备再次进行破碎；通过筛板孔尺寸的原料颗粒进入下一工序；

S6、PVC去除：该步骤使用红外线自动分选装置用于塑料的分选,用于将分选出的PVC去除；

S7、二级破碎：该步骤是使用二级破碎设备对PVC去除后的原料进行第二次破碎，得到的颗粒粒径小于或等于100mm；

S8、干燥：该步骤是利用烘干设备将二次破碎后的物料进行脱水和旋转烘干；烘干温度为100-120度、烘干时间12-24h，以使物料含水率达到3～5％为准；

S9、三级破碎：该步骤是利用三级破碎设备对干燥后的物料进行第三次破碎，得到粒径小于或等于30mm的颗粒；

S10、成型：利用成型设备系统对三级破碎后的物料进行冲压成型和压块成型，最终制成直径1公分、长2到3公分的柱形固体替代燃料SRF产品。

作为优选的技术方案，一级破碎设备为四轴撕碎机；二级破碎设备为单轴撕碎机；三级破碎设备选择锤片破碎机。

作为优选的技术方案，步骤S10中得到的所述固体替代燃料SRF产品其性能为全水分4-7wt/％。

作为优选的技术方案，步骤S10中得到的所述固体替代燃料SRF产品其干基成分为：灰分5.01-5.73wt/％，挥发分82.87-84.02wt/％，固定碳10.32-12.12wt/％，其热值为21-24MJ/kg。

本发明具有的优点和积极效果是：

1.本发明制备的固体替代燃料SRF，所选用的固体废物来源主要为非危险固体废物，原材料来源广泛、可获取性高，故选择一般工业固废、园林绿化垃圾、大件垃圾以及其他组分作为固体替代燃料的原料来源；

2.本发明制备的固体替代燃料SRF根据各个原料的理化性质以及来源稳定性进行分析，制定原料组分配比，最终选择大件垃圾、一般工业固废、园林绿化垃圾以及粘合剂的合适配比；制备的固体替代燃料其热值大于煤的一般热值(18MJ/kg)，固定碳、硫含量均低于煤，挥发份高于煤，能够提供较高的热量以及更加清洁；

3.本发明制备的固体替代燃料SRF以现行的产品团体标准和入炉理化指标为替代燃料设计依据，根据固体替代燃料分级标准划分为第二等级。

4.本发明制备的固体替代燃料SRF，其各组分来源的着火温度和燃尽温度均在炉膛温度以下，相较煤着火点更低，更易燃尽，避免了不充分燃烧；灰分含量低，达到了燃烧时产生的烟尘减少的有益效果，有利于锅炉稳定燃烧。

5.本固体替代燃料SRF来源中，一般工业固废和大件垃圾占据主要部分，所形成的固体替代燃料水分含量少，热值高，而园林绿化垃圾等生物质垃圾所占比例极少，生物质本身容易吸潮，容易在存放过程中发生腐烂变质，不易存放，不充分燃烧时还会产生较多的烟气。因此本发明的燃料配比具有易于存放，适合锅炉燃烧的优势。

6.SRF产品的原材料可获取性高、磷含量低，不宜导致炉膛腐蚀或者结焦。原料成本低(替代燃料0.16元/千卡)，设备改造成本低(改造成本2790-3575元/kWh，运行成本71～124元/kWh)，其产出品适合久放、便于运输，适用于电力、热力、水泥企业现有锅炉的燃烧工况。

附图说明

图1是本发明中固体替代燃料的制备流程图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种高热值且环保的固体替代燃料，固体替代燃料SRF是固体回收燃料(SolidRecoverFuel)的简称，是以直接或间接形式为各类用能单元提供热能的燃料。

本发明中，固体替代燃料SRF的原料具体包含8-10wt％的大件垃圾、50-70wt％的一般工业固废、20-40wt％的园林绿化垃圾以及0.1-1wt％的城市污泥；

对于装修拆解下来的主材和旧家具家电这类废弃物，一般体积、重量较大，清理运输难度大，它们被称为大件垃圾。大件垃圾可分为三类：1)家具：主要包括床架、床垫、沙发、桌子、椅子、衣柜、书柜等具有坐卧以及贮藏、间隔等功能的废旧生活和办公器具，包括制作家具的材料等；2)家用电器和电子产品：电视机、电冰箱/柜、空调、洗衣机、吸尘器、微波炉、电饭煲、烤箱、热水器等家用电器和计算机、打印机、传真机、复印机及电话机等电子产品；3)其他大件垃圾：厨房用具、卫生用具、行走车辆以及陶瓷、玻璃、金属、橡胶、皮革、装饰板等不同材料制成的各种大件物品等。本发明所需的大件垃圾是指体积较大、整体性强，需要拆分再处理的木质或织物类废弃物品，主要为废旧沙发、床垫、衣柜、桌椅、门板等，可燃烧，有热值的部分主要材质为木板、海绵、布料等，产生量少，可获得性低。

工业固体废物指在工业生产活动中产生的固体废物，可分为一般工业固废(如高炉渣、钢渣、赤泥、有色金属渣、粉煤灰、煤渣、硫酸渣、废石膏、脱硫灰、电石渣、盐泥等)和工业有害固体废物，即危险固体废物；本发明所述一般工业固废选用热值较高(热值范围≥15MJ/kg)、易燃(燃点300-500℃)、且不含氯的工业固废，如废纸包装、废塑料、废橡胶、废纺织品木材、废皮革等，产量高、可获得性高。

所述园林绿化垃圾主要为枯枝、落叶、谢花、树木与灌木剪枝等生物质，可获得性较高，其主要成分为植物通过光合作用生成的生物质，生物质碳可以不计入碳排放。

所述城市污泥是在城市生活和与城市生活活动相关的城市市政设施运行与维护过程中产生的污泥，可作为粘合剂使用；城市污泥的含水率20％左右，利于产品后期压棒成型，但含水率过高影响产品的热值，此外污泥含磷量为3％-4％，比例高会影响产品的磷含量。

以上原料中，一般工业固废和大件垃圾这种干性垃圾占据主要部分，所形成的固体替代燃料水分含量少，热值高，而园林绿化垃圾作为生物质垃圾所占比例少，生物质本身容易吸潮，容易在存放过程中发生腐烂变质，不易存放，不充分燃烧时还会产生较多的烟气。因此本发明的燃料配比具有易于存放，适合锅炉燃烧的优势。

表1该实施例中大件垃圾、一般工业固废、园林绿化垃圾以及城市污泥的主要成分数据

如图1所示，本发明公开了一种高热值且环保的固体替代燃料的制备方法，该制备方法是使用现有技术的设备对大件垃圾、一般工业固废、城市污泥、园林绿化垃圾进行分别加工；具体方法包括如下步骤：

S1、预处理：预处理过程是针对各类用于制备固体替代燃料的原料进行的必要处理，剔除其中可能对后续工序和产品质量造成不利的各类因素，如混凝土块类建筑垃圾、金属废物、渣土等，为后续制备工序创造条件；预处理工序主要包括人工分拣、干化等；

S2、传输上料：通过上料设备系统例如链板输送机将预处理后的原料分别传输到一级破碎设备上，以便于后续的产品制作；

S3、一级破碎：利用一级破碎设备将四种原料分别进行破碎，整体粒径达到15-30cm；

S4、磁选：磁选装置为湿式磁选机，设置在一级破碎工序之后，用于将破碎后的原料中的金属杂质去除；

S5、筛分：磁选后的原料需要经过筛分设备系统筛分，所述筛分设备系统为滚筒筛，用于控制颗粒的粒径，大于滚筒筛上筛板孔尺寸的原料颗粒返回一级破碎设备被再次破碎；通过筛板孔尺寸的原料颗粒进入下一工序；

S6、PVC去除：该步骤主要使用红外线自动分选装置用于塑料的分选,该设备通过自身携带的光谱分选系统可分选出六种塑料,包括PET,LDPE,HDPE,PVC,PS,PP,精确率可达100％；该步骤中用于将分选出的PVC去除；本步骤只对原料中的塑料类进行分选，目的是去除PVC，这是因为PVC也叫聚氯乙烯，是含氯塑料，而固体替代燃料中氯含量高会导致使用端废气在高温下产生二噁英；

S7、二级破碎：该步骤是使用二级破碎设备对PVC去除后的原料进行第二次破碎，得到的颗粒粒径小于或等于100mm；

S8、干燥：该步骤是利用旋转烘干筒与烘干皮带机等烘干设备将二次破碎后的物料进行脱水和旋转烘干；烘干温度为100-120度、烘干时间12-24h，以使物料含水率达到3～5％为准；

S9、三级破碎：该步骤是利用三级破碎设备对干燥后的物料进行第三次破碎，得到粒径小于或等于30mm的颗粒；

S10、成型：利用成型设备系统对三级破碎后的物料进行冲压成型、压块成型，最终制成直径1公分、长2到3公分的柱形固体替代燃料SRF产品。

优选的，一级破碎设备为四轴撕碎机，撕碎能力强，可以破碎大件垃圾；二级破碎设备为单轴撕碎机，对织物、塑料等软的原料，破碎效率更高；三级破碎设备选择锤片破碎机，可以保证物料尺寸尽可能小；优选的，所述成型设备系统为立式成型压块机9YHP-45OO，产量3.5-4.5吨/小时，膜孔数72个，膜孔尺寸32mm*32mm。

表2利用上述制备方法，按照不同原料配比制备出的5种产品及其性能

本发明的固体替代燃料SRF产品使用时可以直接用于配套的固体替代燃料锅炉，也可以使用现有技术的燃煤锅炉；如果直接使用燃煤电厂的燃煤锅炉，固体替代燃料烧需要按照一定掺烧比例和煤一起使用。

某燃煤电厂使用了表2中的产品3与煤一起燃烧，产品3的掺烧比例为5wt％，其污染排放情况见表3：

表3表2中的产品3在掺烧比例为5％时，燃煤电厂污染排放情况

由表3可见，固体替代燃料在掺烧比例为5wt％时与煤一起使用，燃煤电厂污染排放情况远优于相关标准规定。

表4固体替代燃料SRF与现有燃料(生物质、污泥和煤)的质量对比：

表5固体替代燃料SRF与现有燃料(生物质、污泥和煤)的成分对比：

由以上内容可以看出，本发明的SRF产品其热值为21-24MJ/kg，远远高于现有燃料(生物质、污泥和煤)的热值(11.64-18.19MJ/kg)；此外，SRF是一种更加清洁的燃料，N、S、Hg、Cl含量低、含水率和灰分低、挥发分和热值高，C和H含量高的优质替代燃料。

此外，本发明制备的固体替代燃料SRF，其各组分来源的着火温度和燃尽温度均在炉膛温度以下，相较煤着火点更低，更易燃尽，避免了不充分燃烧。灰分含量低，达到了燃烧时产生的烟尘减少的有益效果，有利于锅炉稳定燃烧。

另外，SRF产品的原材料可获取性高、磷含量低，不宜导致炉膛腐蚀或者结焦。原料成本低(替代燃料0.16元/千卡)，设备改造成本低(改造成本2790-3575元/kWh，运行成本71～124元/kWh)，其产出品适合久放、便于运输，适用于电力、热力、水泥企业现有锅炉的燃烧工况。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。