肖 直,屈小平(湖南普惠環(huán)境科技有限公司,湖南 長沙 410215)
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預(yù)處理+生物質(zhì)成型燃料與預(yù)處理+厭氧產(chǎn)沼餐廚垃圾處理工藝的能量對比研究
肖直,屈小平
(湖南普惠環(huán)境科技有限公司,湖南長沙410215)
【摘要】分別對餐廚垃圾預(yù)處理+生物質(zhì)成型燃料與預(yù)處理+厭氧產(chǎn)沼2種處理工藝和能源化利用進(jìn)行闡述,并對其能量進(jìn)行對比,研究表明預(yù)處理+生物質(zhì)成型燃料比預(yù)處理+厭氧產(chǎn)沼工藝能源化利用更徹底,能量利用率更高,更具有投資經(jīng)濟(jì)性。
【關(guān)鍵詞】生物質(zhì)成型燃料;厭氧產(chǎn)沼;低位熱值
1.1工藝原理
餐廚垃圾經(jīng)過預(yù)處理脫油脫水后,渣料中C∶H 為6∶9,易于燃燒;N、S元素含量較低,燃燒煙氣中相應(yīng)NOx、SO2含量較少。成型燃料燃燒更穩(wěn)定,易于儲存。
1.2處理工藝
將收集車收集的餐廚垃圾投入到受料倉,通過其底部螺旋輸送機(jī)輸送到一體機(jī),在一體機(jī)中將餐廚垃圾進(jìn)行破碎和篩選,篩上物外運(yùn)進(jìn)行填理處理。篩下物即漿料,制備好的漿料由泵送至換熱器進(jìn)行加熱。加熱所用熱源由生物質(zhì)燃燒爐燃燒產(chǎn)生的中溫?zé)煔?,加熱后的漿料送入保溫貯存罐進(jìn)行蒸煮保溫,保溫后由泵送至三相分離機(jī),分離出渣料、廢水、油脂。
分離出的渣料含水率為80%,機(jī)械脫水至含水率為55%,再用170℃的煙氣進(jìn)行干化處理,控制渣料含水率為10%左右,渣料制作成生物質(zhì)成型燃料;廢水處理中產(chǎn)生沼氣;廢油脂送至專業(yè)廠家煉制生物柴油。得到能量由廢油脂、生物質(zhì)成型燃料和沼氣3部分組成。消耗能量由餐廚垃圾預(yù)處理加熱和渣料烘干2部分組成。
餐廚垃圾經(jīng)收運(yùn)車輛收集運(yùn)輸至場區(qū),經(jīng)計(jì)量系統(tǒng)稱重計(jì)量,餐廚垃圾收運(yùn)車進(jìn)入預(yù)處理車間卸料大廳,將餐廚垃圾卸入投料倉,通過無軸螺旋輸送機(jī)輸送至組合分揀機(jī)進(jìn)行初分揀。分揀得到的物料進(jìn)入臥式碎漿除雜機(jī)。經(jīng)處理后的物料經(jīng)高溫蒸煮、壓榨等處理,得到濾液和粗固形物。濾液經(jīng)三相分離系統(tǒng)分離出的廢油脂送至專業(yè)廠家煉制生物柴油,分離出的固形物與廢水暫存池回流廢水混合,調(diào)節(jié)含固率及pH至合適范圍后進(jìn)入?yún)捬醢l(fā)酵罐,從而產(chǎn)生沼氣。
厭氧發(fā)酵后產(chǎn)生的沼氣經(jīng)提純是一種清潔的燃料,可為預(yù)處理加熱系統(tǒng)提供熱量或用來發(fā)電。得到能量由廢油脂和沼氣組成。消耗能量由餐廚垃圾預(yù)處理加熱和沼氣提純過程中損耗組成。
餐廚垃圾輸送到一體機(jī),在一體機(jī)中將餐廚垃圾進(jìn)行破碎和篩選,同時(shí)補(bǔ)充部分熱水,篩上物外運(yùn)進(jìn)行填理處理。篩下物即漿料,制備好的漿料進(jìn)行加熱。漿料從t1=15℃升溫至t2=85℃,加熱后的漿料送入保溫貯存罐進(jìn)行蒸煮保溫,保溫后由泵送至三相分離機(jī),分離出渣料、廢水、廢油脂。每噸餐廚垃圾經(jīng)預(yù)處理得到1 000 kg漿料;每噸餐廚垃圾三相分離出來含水率80%的固渣230 kg,機(jī)械脫水至含水率55%的渣料m4=102 kg,渣料用燃燒爐余熱170℃煙氣烘干后固渣含水率10%為m2=51 kg,含水率10%渣料制作成生物質(zhì)成型燃料。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)每1 m3沼氣可提純0.5 m3天然氣,天然氣熱值為q3=35 581 kJ/m3[1]。氣中甲烷含量達(dá)50%~75%,沼氣熱值為20000~22000kJ/m3[2]。目前國內(nèi)投入運(yùn)行的餐廚垃圾厭氧發(fā)酵處理廠每噸餐廚垃圾的沼氣產(chǎn)量為V2=72.2 m3,熱值取q4=21 000 kJ。技術(shù)參數(shù)見表1。
表1 工藝技術(shù)參數(shù)
餐廚垃圾廢水中主要污染成分是微量的食物殘?jiān)?、動植物油,以淀粉類、食物纖維類、動物脂肪類等有機(jī)物為主要成分,COD取52 000 mg/L,即為ρ1=53 kg/m3,其水質(zhì)見表2。
表2 餐廚垃圾廢水水質(zhì)(中試檢測結(jié)果) mg/L
理論上,在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,1 mol甲烷,相當(dāng)于2 mol(或64 g) COD,還原1 kg COD相當(dāng)于生成0.35 m3甲烷[3],沼氣中甲烷的含量一般占總體積的 50%~75%。則初步計(jì)算 1 kg COD產(chǎn)生0.34~0.644 m3的沼氣,取每1 kg COD產(chǎn)生沼氣為v/1=0.55 m3,餐廚垃圾預(yù)處理需要加入部分熱水,每噸餐廚垃圾處理產(chǎn)生1 m3廢水,則1 m3廢水產(chǎn)生沼氣量為v1=ρ1v/1,即為29.15 m3。
工藝1采用“預(yù)處理+生物質(zhì)成型燃料”得到能量由廢油脂Q1、生物質(zhì)成型燃料Q2和廢水中產(chǎn)沼氣Q3組成,消耗能量由餐廚垃圾預(yù)處理加熱Q4和渣料烘干Q5分組成。
工藝2采用“預(yù)處理+厭氧產(chǎn)沼”得到能量由廢油脂Q1和全物料厭氧產(chǎn)生的沼氣Q/22部分組成,消耗能量由餐廚垃圾預(yù)處理加熱Q4和沼氣提純損耗Q/5組成。工藝1和工藝2能量得失見表3、4。
表3 工藝1能量得失
工藝1得到總能量為2 442 980 kJ,工藝2得到總能量為2 488 700 kJ;工藝1剩余能量為2 044 547 kJ,工藝2剩余能量為1 962 974 kJ;工藝1剩余能量與得到總能量之比為83.7%,工藝2剩余能量與得到總能量之比為78.9%。
1) 餐廚垃圾經(jīng)三相分離后得到渣料中有機(jī)物燃燒性良好,預(yù)處理+生物質(zhì)成型燃料能源化利用徹底,工藝簡單,操作可控;預(yù)處理+厭氧產(chǎn)沼工藝復(fù)雜,投資巨大,產(chǎn)生了甲烷易燃?xì)怏w,消防安全等級及管理要求高。
2) 雖然預(yù)處理+厭氧產(chǎn)沼工藝得到總能量高于預(yù)處理+生物質(zhì)成型燃料工藝,但是預(yù)處理+厭氧產(chǎn)沼工藝剩余能量低于預(yù)處理+生物質(zhì)成型燃料工藝。同時(shí)預(yù)處理+生物質(zhì)成型燃料工藝的剩余能量與得到總能量之比為83.7%;預(yù)處理+厭氧產(chǎn)沼工藝剩余能量與得到總能量之比為78.9%。這說明預(yù)處理+生物質(zhì)成型燃料工藝在運(yùn)行過程中能量損耗少,能量利用率高,更具有投資經(jīng)濟(jì)性。
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中圖分類號:X799.3
文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
文章編號:1005-8206(2016)02-0069-03
作者簡介:肖直(1982—),工程師,主要從事熱量研究與設(shè)計(jì)工作。
收稿日期:2015-08-17
Comparative Study on Energy Utilization by Kitchen Waste Treatment Processes of Two Types of Kitchen Waste Treatments-Pretreatment+Biomass Briquette Fuel and Pretreatment+Anaerobic Biogas
Xiao Zhi,Qv Xiaoping
(Hunan Pratt&Whitney Environment Technology Limited,ChangshaHunan410215)
【Abstract】Two typesof treatment processesof kitchen waste,pretreatment+biomassbriquette fuel and pretreatment+ anaerobic biogaswere introduced and compared,including processprinciple and energy utilization.The study indicated that the energy utilization ofpretreatment+biomassbriquette fuel wasmore effective and complete and had more economic value.
【Key words】biomassbriquette fuel;anaerobic biogas;low calorific value