本發(fā)明涉及將粉末狀煤或焦炭與第二燃料(secondary fuel)一起使用來燒工業(yè)爐的方法。
背景技術(shù)：
使用粉末狀煤或者焦炭的工業(yè)爐被用在例如熱電站或者熱電廠中用于產(chǎn)生電力和/或熱。使用粉末狀煤或者焦炭的爐子還被用于水泥窯。在電廠的爐子中，煤的使用比焦炭的使用更普遍；在高爐中更經(jīng)常地使用焦炭和在水泥窯中常用任一者。
熱電站是其中原動機(jī)是蒸汽驅(qū)動的電廠。水被加熱，變成蒸汽并且使蒸汽渦輪旋轉(zhuǎn)，所述蒸汽渦輪驅(qū)動發(fā)電機(jī)。在其通過所述渦輪之后，蒸汽在冷凝器中被冷凝并且被循環(huán)至對其進(jìn)行加熱的地方。在熱電站的設(shè)計方面的最大變化是由于通常用于加熱水的不同化石燃料資源引起的。有時除了發(fā)電之外，某些熱電廠還被設(shè)計成產(chǎn)生熱能用于如下工業(yè)用途：區(qū)域供暖、水的脫鹽、水泥窯等。
許多熱站使用煤作為主要燃料。將原煤通過卡車、駁船、散貨船或者鐵路車輛從煤礦運(yùn)輸至電站站坪。在站坪處收到的煤可具有不同尺寸。所述煤可原樣使用，或者可被傳送至破碎機(jī)，所述破碎機(jī)將所述煤破碎至約3/4英寸(19mm)尺寸至約1.2英寸(30mm)等。來自儲煤區(qū)的原始進(jìn)料煤任選地被破碎，并且被傳送至煤進(jìn)料斗而去往在鍋爐處的碾磨機(jī)(mill)(粉碎機(jī))。
所述煤接著被粉碎為非常細(xì)的粉末。所述粉碎機(jī)可為輥式碾磨機(jī)(滾筒研磨機(jī)(grinder)、或者碗式碾磨機(jī))、球磨機(jī)(球式碾磨機(jī))、或者其它類型的研磨機(jī)。研磨(grinding)和碾磨(milling)通常作為同義詞使用，并且這些措辭在本說明書中也作為同義詞使用。
通常，使用煙煤，但是所述爐子也可用粉末狀焦炭或者其它品質(zhì)的煤來燒。煙煤比焦炭軟。
在全球范圍內(nèi)，加注化石燃料的熱電廠產(chǎn)生向大氣的人為CO2排放的大部分，并且減少這些的努力是變化的和廣泛的。
所述努力之一包括使用有機(jī)材料例如鋸木屑、或者木丸粒(木屑棒，wood pellet)、污泥丸粒(sewage sludge pellet)等作為電廠和窯中的燃料。然而，這樣的共燒受許多因素顯著影響。相對近的出版物(Co-firing wood pellets with coad；World-Generation，2011年6月/7月,第23卷第3期)解釋到，共燒可以許多方式進(jìn)行：(i)間接共燒；這意味著單獨(dú)地準(zhǔn)備和燃燒另外的燃料，并且將該熱與主要來源的熱組合。顯然，這是昂貴的方法，因?yàn)楸仨毥ㄔ焱暾牧硗獾臓t子。(ii)在單獨(dú)注入的情況下直接共燒；這意味著，使燃料準(zhǔn)備好用于燃燒(例如通過分開碾磨)，并且將該燃料用單獨(dú)的噴桿添加至火焰。這需要額外的規(guī)劃和投資，這仍然(經(jīng)常)是經(jīng)濟(jì)上不可行的；(iii)在沒有單獨(dú)注入的情況下直接共燒；在此情況下，將該另外的燃料與任選被破碎的(但是尚未粉末化的)煤混合，并且將該燃料物流指向碾磨站以制備用于爐子的粉末。考慮到成本，該最后提到的方法被認(rèn)為是優(yōu)選的方法。然而，通常認(rèn)可的是，對于大多數(shù)第二燃料無法使用該方法，或者例如，對于鋸屑，最大僅幾個百分?jǐn)?shù)。問題通常被認(rèn)為在于碾磨操作和/或燃燒，通過第二燃料未產(chǎn)生足夠的能量。
在B.Livingstone的論文“Direct injection advances biomass cofiring in large coal fired plants”；PEI(Power Engineering International),2008年7月1日(XP055139025)中可找到可比較的信息。該論文的主要焦點(diǎn)是經(jīng)研磨的生物質(zhì)的直接注入，其中將生物質(zhì)在區(qū)別于煤碾磨操作的碾磨操作中研磨。進(jìn)一步地，被認(rèn)為適宜使用的量看起來被顯著高估。
進(jìn)一步地，已知將作為絨毛的包含塑料的廢棄物共燒。這需要顯著的投資來處理所述絨毛，并且降低了燃燒器(燃燒爐，burner)的效率，因?yàn)轭w粒如此大，以致于燃盡時間增加。
在JP 2000/256504中，提出使用廢塑料作為另外的來源用于與煤一起研磨。未描述丸粒(pellet)，并且因此廢棄物物流將由非常像絨毛的不規(guī)則形式構(gòu)成。絨毛的使用嚴(yán)重妨礙所述廢棄物材料的運(yùn)輸。此外，煤與塑料材料的共研磨在錘式碾磨機(jī)(錘磨機(jī))中在室溫下進(jìn)行。因此，雖然描述了共研磨，但是該共研磨不是在像電廠中通常做的那樣研磨煤的工藝條件下。在其中將煤研磨的工藝中，使用加熱的氣體(通?？諝?，該氣體也被用于將經(jīng)研磨的顆粒鼓吹(或者運(yùn)輸)至爐子。該氣體通常被加熱直至至少約200℃或更高(入口溫度)，而出口溫度通常為約70℃或更高。在這樣的高溫下，可預(yù)計，塑料將熔融，導(dǎo)致加工問題。
US6635093、WO2008/107042和WO2010/012510描述了適合于在加注粉末狀煤燃料的爐子中使用的丸粒。為了實(shí)現(xiàn)合適的燃盡時間，重要的是，將丸粒研磨至主要地小于2mm的顆粒。碾磨在單獨(dú)的研磨機(jī)中進(jìn)行，并且示出了空氣湍流碾磨機(jī)。經(jīng)研磨的顆粒優(yōu)選地被直接鼓吹到火焰中。其它參考文獻(xiàn)提及錘式碾磨機(jī)、或者銷式碾磨機(jī)用于研磨丸粒。所有這些碾磨機(jī)均是高維護(hù)和/或在產(chǎn)量方面(相對)低的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的一個目的是提供將粉末狀煤與第二燃料一起使用來燒工業(yè)爐的工藝，其中所述第二燃料用作直接共燒燃料，而無需單獨(dú)的碾磨或者注入。
該目的通過提供如下的用于燒工業(yè)爐的工藝而實(shí)現(xiàn)：其中將煤或焦炭與以大于約3mm厚度的尺寸的丸粒的形式并且具有約16GJ/噸或更大的熱值的包括纖維素和塑料的第二燃料一起共研磨為具有如下粒度的粉末：其中所述粉末的約95重量％或更多具有小于2mm的粒度和其中粒度分布的d50在約5和約100μm之間，其中將所述粉末注入到所述爐子的火焰中。
本發(fā)明此外提供所述第二燃料在使用粉末狀煤或焦炭作為主要燃料的爐子中作為無需單獨(dú)注入的直接共燒燃料的用途。
優(yōu)選地，相對于所述煤或焦炭，使用約3重量％或更多的所述丸粒。更優(yōu)選地，使用約5重量％或更多，如例如，約5重量％、約7重量％、約10重量％、或者約15重量％。通常，所述量將為約30重量％或更少，和為了容易的加工，約20重量％或更少可為優(yōu)選的。
所述碾磨優(yōu)選地在輥式碾磨機(jī)(也稱為碗式碾磨機(jī)或者滾筒研磨機(jī))或者球磨機(jī)中發(fā)生，因?yàn)檫@些碾磨機(jī)在維護(hù)方面低并且具有高的產(chǎn)量。錘式碾磨機(jī)、空氣湍流碾磨機(jī)(超級轉(zhuǎn)子)或者銷式碾磨機(jī)在維護(hù)方面高、和/或在產(chǎn)量方面低，并且當(dāng)將丸粒和煤一起在這樣的碾磨機(jī)中研磨時不是得到小尺寸丸粒顆粒以及小尺寸煤顆粒。鑒于這些問題，優(yōu)選不使用錘式碾磨機(jī)、空氣湍流碾磨機(jī)(超級轉(zhuǎn)子)或者銷式碾磨機(jī)。
預(yù)料不到的是，可將包含塑料的丸粒、和包含甚至相對大量塑料的丸粒在碾磨操作中共研磨，因?yàn)樵撃肽ゲ僮魇窃诟哂谒鐾枇Ｖ写嬖诘乃芰夏?主要是聚乙烯)的熔融溫度的溫度下進(jìn)行的。實(shí)驗(yàn)顯示，未觀察到輥式碾磨機(jī)的壁或者筒的積垢(fouling)，即使當(dāng)于在例如電廠中的研磨操作中常用的溫度下操作時也是如此。
使用具有顯著量的塑料的丸粒的優(yōu)點(diǎn)是，熱值可顯著高于(即使是干燥的)木丸粒的熱值。因此，與使用木丸粒相比，未必?fù)p害、或者至少較少損害所述燃燒器的效率。進(jìn)一步地，這些丸?？蔀橄鄬χ旅芎陀驳?，意味著這些可被容易和有效地運(yùn)輸。
結(jié)果也是預(yù)料不到的，因?yàn)槊耗肽ピO(shè)備典型地被設(shè)計用于碾磨相對硬的、脆的材料。所述燃料丸粒由于塑料的存在而比煤或焦炭韌性得多，并且因此典型地在不同碾磨機(jī)中(例如根據(jù)EP2307531B1在空氣湍流碾磨機(jī)(超級轉(zhuǎn)子)中)研磨。然而，本發(fā)明顯示，在通常用于研磨100％的煤和/或焦炭的設(shè)備中、更特別地在輥式碾磨機(jī)或球磨機(jī)中，通過如下，可將這樣的韌性的、更具彈性的丸粒研磨：將這些與煤和/或焦炭共研磨。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明涉及用于燒工業(yè)爐的工藝，其中將煤或焦炭與以大于約3mm厚度的尺寸的丸粒的形式并且具有約16GJ/噸或更大的熱值的包括纖維素和塑料的第二燃料一起共研磨為具有如下粒度的粉末：其中所述粉末的約95重量％或更多具有小于2mm的粒度并且其中粒度分布的d50在約5和約100μm之間，其中將所述粉末注入到所述爐子的火焰中。
在根據(jù)本發(fā)明的工藝中，以所需要的比例，將所述煤(或焦炭)和所述丸粒混合，之后進(jìn)入所述研磨機(jī)，或者將兩者均進(jìn)料至所述研磨機(jī)。因此，所述研磨機(jī)的出口包含所述煤(或焦炭)和所述丸粒兩者的小的-經(jīng)研磨的-顆粒。將該小顆粒的物流鼓吹到所述爐子的火中。
所述研磨機(jī)、或者碾磨機(jī)可為輥式碾磨機(jī)、球磨機(jī)、或者其它類型的研磨機(jī)。在歐洲，輥式碾磨機(jī)是最常用的；這些研磨機(jī)也被稱作碗式碾磨機(jī)、滾筒研磨機(jī)或者立輥式碾磨機(jī)。球磨機(jī)不同于碗式碾磨機(jī)，因?yàn)樵谇蚰C(jī)中，研磨是由自由移動的球形物體導(dǎo)致的，而在碗式碾磨機(jī)中，研磨是由相對于所述碾磨機(jī)的外表面處于固定位置(除了可能地一些橫向運(yùn)動等)的輪或者圓柱形/圓錐形物體導(dǎo)致的。下文中，表述輥式碾磨機(jī)和碗式碾磨機(jī)可互換地使用。
在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明的工藝包括使用輥式碾磨機(jī)。
在另一實(shí)施方式中，本發(fā)明的工藝包括使用球磨機(jī)。
通常，使用煙煤，但是所述爐也可用粉末狀焦炭或者其它品質(zhì)的煤和焦炭來燒。煙煤的使用是優(yōu)選的。
所述研磨機(jī)可用加熱的氣體操作，以干燥所述粉末狀煤(其可具有相對于干材料最高達(dá)10-12重量％的水分)。而且，所述加熱的氣體將所述煤預(yù)熱，使得在燃燒期間的熱釋放更高效。該氣體(通?？諝?流還被用于將所述粉末(由對煤進(jìn)行研磨和在本發(fā)明中還由經(jīng)研磨的丸粒得到的粉末)運(yùn)輸?shù)剿鰻t子中。所述氣體在進(jìn)入時通常具有超過200℃的溫度。所述研磨機(jī)由此在升高的溫度下操作，這也是由于由研磨本身導(dǎo)致的熱耗散。所述碾磨機(jī)中的溫度可容易達(dá)到120℃或更高，并且預(yù)計，包含塑料的丸粒的共研磨將導(dǎo)致所述研磨機(jī)的表面的積垢，因?yàn)榫垡蚁┰诩s100-120℃熔融。然而，在如本專利申請中所描述的測試中未觀察到積垢。
因此，在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述研磨機(jī)是用流動氣體操作的，其中所述流動氣體在進(jìn)入所述碾磨機(jī)時處于約164℃或更高的溫度。
該流動氣體用于將所述煤和所述第二燃料兩者的經(jīng)研磨的顆粒鼓吹到所述爐子中。
本發(fā)明的工藝優(yōu)選地用流動氣體進(jìn)行以運(yùn)輸所述粉末，該流動氣體在進(jìn)入所述碾磨機(jī)時具有超過200℃的溫度。通常，在所述碾磨機(jī)的入口處所述流動氣體的溫度將為約300℃或更低、優(yōu)選地約250℃或更低。
離開所述研磨機(jī)的材料的輸出溫度通常將為約60℃或更高，并且優(yōu)選為約70℃或更高。輸出溫度通常將為約130℃或更低、優(yōu)選約110℃或更低。
離開所述研磨機(jī)的所述材料的輸出溫度優(yōu)選地將為約77℃-約90℃。
將與所述煤或焦炭一起使用的丸粒的量可在大的范圍內(nèi)變化。顯然，當(dāng)使用越多的丸粒時，來自煤或焦炭的CO2排放減少，因?yàn)槿紵嗽蕉嗟脑傺h(huán)材料。
優(yōu)選地，相對于所述煤或焦炭，使用約3重量％或更多的所述丸粒。更優(yōu)選地，使用約5重量％或更多，如例如約5重量％、約7重量％、約10重量％、或者約15重量％等。然而，小于3重量％仍然容許使用CO2中性的另外的燃料，并且因此不排除這樣的低的量。通常，第二燃料的最大量沒有限制，除非出于技術(shù)原因，例如碾磨設(shè)備實(shí)現(xiàn)不了良好的粒度，碾磨設(shè)備經(jīng)歷在研磨機(jī)中材料的積累，和/或積垢開始在碾磨設(shè)備中累積。因此，通常，預(yù)計，將使用約30重量％或更少、例如約20重量％或更少的第二燃料。
研磨之后的粒度將很大程度上取決于所述燃燒器的要求。大顆粒(例如最高達(dá)5mm)將幾乎不存在，但是少量這樣的顆粒的存在可無害。優(yōu)選地，不存在或者存在約1重量％或更少的5mm或更大的顆粒。優(yōu)選地，在所述粉末狀燃料中存在約2重量％或更少的約3mm或更大的顆粒。大于2mm的顆粒的量通常為約5重量％或更少、優(yōu)選約3重量％或更少、更優(yōu)選約2重量％或更少、和最優(yōu)選約1重量％或更少。
這些較大的粒度(即大于2mm的尺寸)是對在兩個維度中具有這樣的大的尺寸的顆粒測量的。所述較大的顆粒通常為塑料箔顆粒，并且這些顆粒的厚度通常為至多200μm。因此，優(yōu)選地，在篩分實(shí)驗(yàn)中具有超過2mm尺寸的所述顆粒的約95％或更多在一個維度中具有約500μm或更小、優(yōu)選地約200μm或更小的尺寸。
優(yōu)選地，在碾磨之后大于90μm的顆粒的量為約50％或更少、優(yōu)選地約30重量％或更少。通常，大于90μm的顆粒的量為約5重量％或更多、優(yōu)選地約10重量％或更多。該量優(yōu)選地是通過在物理篩子上面篩分而測量的。
優(yōu)選地，碾磨之后的d90為約0.5mm或更低、更優(yōu)選地約0.3mm或更低、和最優(yōu)選地0.2mm或更低。
優(yōu)選地，碾磨后的d50為50μm或更低、更優(yōu)選地約40μm或更低。優(yōu)選地，d50為約10μm或更高。
d90和d50可由通過用63、90、200、315、630、1000、2000、3150和5000μm的標(biāo)準(zhǔn)篩的篩分分析測量的粒度分布而計算。小于60μm的d50是外推值；通常，當(dāng)將尺寸在對數(shù)坐標(biāo)上作圖時，在所述篩子中的顆粒的量與尺寸顯示出很大程度上線性的關(guān)系。也可用激光粒度計數(shù)器測量粒度分布。
上述優(yōu)選的粒度是經(jīng)良好研磨的煤的特征，而不管是否存在丸粒。
本發(fā)明中使用的丸粒包括纖維素和塑料并且通常具有約3mm厚度或更大的尺寸，通常具有約16GJ/噸或更大的熱值，并且優(yōu)選地具有約15w％或更少的相對于干丸粒的水分百分?jǐn)?shù)并且優(yōu)選地具有約20重量％或更少的灰分含量。
優(yōu)選地，所述丸粒的堆密度(振實(shí))為約350kg/m3或更高、優(yōu)選地約400kg/m3例如約430或450kg/m3。通常，密度為約600kg/m3或更低，例如約550kg/m3或更低?？勺⒁獾剑q毛(適合于燃燒的非造粒的(非丸粒狀)廢棄物)通常具有在150和200kg/m3之間的密度并且有時略微更高，但是據(jù)發(fā)明人所知，從未高于300kg/m3。
優(yōu)選地，所述丸粒的強(qiáng)度為約5kgf或更大、優(yōu)選地約8kgf或更大、更優(yōu)選地約10kgf或更大。通常，所述強(qiáng)度為約40kgf或更小、經(jīng)常約25kgf或更小。然而可具有甚至更硬的丸粒(例如具有最高達(dá)70kgf或更小、例如60kgf或更小的強(qiáng)度)。具有約30kgf或更小的強(qiáng)度可為優(yōu)選的。硬度可用可得自Amandus Kahl GmbH&Co KG,Hamburg的Kahl丸粒硬度測試儀測量。足夠的強(qiáng)度具有如下優(yōu)點(diǎn)：所述丸粒具有相對高的密度，其容許高效的運(yùn)輸，并且所述強(qiáng)度排除在運(yùn)輸期間大量細(xì)粒的形成。Kahl丸粒硬度測試儀是工業(yè)上的標(biāo)準(zhǔn)測試方法之一。
所述丸粒的熱值優(yōu)選為約18GJ/噸或更大、20GJ/噸或更大，并且可為例如21GJ/噸、22GJ/噸或者約23GJ/噸。所述熱值通常為約25GJ/噸或更小。所述熱值取決于所述丸粒中的塑料材料的量，并且越高的熱焓反映越高的塑料含量。熱值將因灰分的量而被降低。
所述丸粒的相對于干燥丸粒的水分含量為約15重量％或更少、優(yōu)選約10重量％或更少、和最優(yōu)選約7重量％或更少。通常，所述水分含量將為約1重量％或更多、和經(jīng)常地約2重量％或更多。
所述丸粒的灰分含量通常為約20重量％或更少、優(yōu)選地約18重量％或更少、更優(yōu)選地約15重量％或更少、和最優(yōu)選約13重量％或更少。通常，所述灰分含量將為約4重量％或更多，并且經(jīng)常地約6重量％或更多，但是較低的灰分含量是優(yōu)選的。
所述丸?？捎蓮U棄物混合物制備。纖維素/塑料廢棄物混合物例如源自工業(yè)、家庭、城市或者市政廢棄物。該物流經(jīng)常包括相對高百分?jǐn)?shù)的惰性材料、特別是沙子。而且，存在來自紙再循環(huán)過程的廢棄物。在后一情況下，所述廢棄物混合物(所謂的擯棄(reject)物流)是由在紙再循環(huán)過程中制漿和分離出紙漿之后獲得的，并且除了塑料之外仍然包括紙廢棄物。
用于本方法中的纖維素/塑料廢棄物顆粒的混合物可為任何包括纖維素和熱塑性材料的廢棄物混合物。優(yōu)選地，纖維素和熱塑性材料構(gòu)成所述廢棄物混合物的組分的重要部分，并且優(yōu)選地它們總計構(gòu)成所述廢棄物混合物的至少30重量％、更優(yōu)選至少40重量％、和最優(yōu)選至少50重量％，基于所述固體組分的總量。然而，可使用包括約70重量％或更多、或者甚至約80重量％的纖維素/塑料廢棄物材料的經(jīng)預(yù)處理的廢棄物物流。
通常，所述纖維素/塑料廢棄物混合物源自家庭廢棄物(包括市政和城市廢棄物)和/或工業(yè)廢棄物物流。所述纖維素材料可源自例如紙、紙板、紙杯、木頭、尿布、繃帶、和織物，例如棉、粘膠纖維和人造絲。所述纖維素材料可包括有機(jī)材料，例如面包、肉和蔬菜廢棄物等，其實(shí)際上被視為纖維素纖維。
所述熱塑性材料可源自例如包裝材料例如聚合物箔材料。原則上，在所述纖維素/塑料混合物中可存在所有類型的熱塑性聚合物。通常存在的熱塑性聚合物的實(shí)例為(取代的)聚烯烴；聚苯乙烯；聚酯例如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)；聚酰胺，以及其共聚物和混合物。所述熱塑性材料還可包括鹵化的聚合物例如聚(氯乙烯)(PVC)，雖然這不是優(yōu)選的。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，將大部分含氯的聚合物材料除去。
所述纖維素/塑料廢棄物混合物中的熱塑性材料通常主要基于聚乙烯均聚物和/或共聚物。通常，所述熱塑性材料包括至少60重量％、優(yōu)選至少70重量％、更優(yōu)選至少75重量％和最優(yōu)選至少80重量％的聚乙烯均聚物和/或共聚物。
可用于獲得用于制造合適丸粒的纖維素/塑料廢棄物混合物的工業(yè)廢棄物物流是在紙再循環(huán)過程中在分離出大多數(shù)紙漿之后獲得的紙擯棄物流。如與市政廢棄物物流一樣，該廢棄物物流包含塑料箔、金屬、和其它不期望的材料。
通常，用于與本方法一起使用的纖維素/塑料廢棄物顆粒的混合物包括10-85重量％的熱塑性材料和15-90重量％的纖維素材料，各自基于所述纖維素和熱塑性材料的總干重。所述混合物的實(shí)際組成邊界取決于所述混合物的初始水分含量和所述混合物在其離開干燥器時的期望的水分含量。
在本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施方式中，使用由市政廢棄物(MSW，市政固體廢棄物)獲得的廢棄物物流。這樣的物流通常包含15-30％的水分，和常常20-25％的水分。此外，該物流包含相對多的惰性材料、常常約15重量％或者更多，和經(jīng)常地15-20重量％。而且，該物流可包含一些有機(jī)材料，對于本發(fā)明而言其可被認(rèn)為等同于纖維素纖維。優(yōu)選地，所述廢棄物材料的有機(jī)組分(排他性地，基于纖維素的廢棄物，例如紙和紙板)總計達(dá)小于30重量％、優(yōu)選地小于20重量％、和更優(yōu)選地小于10重量％。
在本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施方式中，使用由紙再循環(huán)廢棄物得到的廢棄物物流。這樣的物流通常包含30-65重量％的水分、和常常40-60重量％的水分。另外，該物流包含相對高的量的含氯的材料、常常約1重量％或更多和常常1-2重量％、但是有時甚至2.5重量％或更多。惰性材料的量通常比MSW中小，并且通常小于15重量％、和常常小于10重量％(基于干物質(zhì))。
混合廢棄物物流、和例如將紙擯棄物添加至MSW廢棄物、將塑料級分添加至紙擯棄物等等可為有用的。
可將纖維素/塑料廢棄物混合物加工成燃料丸粒。為了獲得可燃燒的材料，所述纖維素/塑料廢棄物混合物的處理包括若干純化步驟。對于來自紙加工的廢棄物物流-其包含大量水-通過壓力將部分水從所述纖維素/塑料廢棄物混合物除去。
對于廢棄物的大多數(shù)來源，通常，通過熱干燥將水分除去。但是，如果使用足夠干燥的廢棄物物流，干燥不是必要的。
除了纖維素和熱塑性材料之外，用于本方法中的纖維素/塑料廢棄物顆粒的混合物還包括其它材料例如金屬、石頭、例如沙子、陶瓷材料或者玻璃。優(yōu)選的是，將這些污染物盡可能除去，因?yàn)樗鼈兛煞恋K所述纖維素/塑料廢棄物混合物的進(jìn)一步加工，例如造粒步驟；和獲得有用的燃料。由于這些材料無法燃燒(下文中也稱為不可燃材料)，它們使燃料的熱值降低并且使灰分含量提高。所述纖維素/塑料廢棄物混合物還可包含熱固化性材料(樹脂)，其通常是可燃的并且因此不需要被除去。然而，這些樹脂質(zhì)材料通常難以造粒，并且因此也優(yōu)選地將較大部分除去和/或研磨為小顆粒(例如小于10mm的尺寸)。
通常，至少除去重質(zhì)的、大的和/或不可燃的材料，例如大的石頭、混凝土、金屬塊等。對于該目的而言，篩分可為合適的，另外在分揀帶上的手工分揀、或者其中通過空氣分級將輕質(zhì)(紙-塑料)級分從其它材料分揀出來的過程也是合適的。對于紙擯棄廢棄物物流，該步驟通常不是必要的。此外，從廢棄物處理公司(例如從材料回收或者分揀設(shè)施)可得到?jīng)]有這樣的重質(zhì)材料的廢棄物物流。優(yōu)選地，在該階段用磁體和渦電流系統(tǒng)可將大的鐵和非鐵金屬部分除去。
在進(jìn)一步的預(yù)加工步驟中，將所述廢棄物在撕碎機(jī)中處理以獲得一定尺寸的顆粒材料，例如所有部分小于200mm、優(yōu)選地約150mm或更小，例如約100mm、約120mm或者約80mm。通常，所述尺寸是作為長度給出的，這暗示著所述材料的95重量％在一個維度上具有所給長度的最大尺寸?？蓪⑺霾牧锨懈畛蛇€更小的塊(例如小于50mm)，但是由于導(dǎo)致過度磨損并且可損傷所述撕碎機(jī)的固體材料殘留物例如玻璃、石頭等的存在，這不是優(yōu)選的。在所述方法的該階段中，所述切割通常以約60mm或更大、優(yōu)選地約80mm或更大的塊發(fā)生。當(dāng)然，所述廢棄物物流將始終還是包含較小的部分，但是這些不必在所述撕碎機(jī)中切碎。
含氯的箔部分的除去通常在單獨(dú)的步驟中進(jìn)行。這樣的分離步驟優(yōu)選地包括含氯的箔或部分的光學(xué)分揀。例如NIR分析設(shè)備對帶上的含氯的組分(部件)進(jìn)行定位，之后自動除去裝置具體地將所述塑料部分取出。所述除去裝置可為將塑料塊從所述帶吹下的壓縮空氣，或者可為拾取裝置。另外，為了高效分離，優(yōu)選地，所述箔部分的尺寸為約60mm或更大。通常，所述尺寸將為小于25cm、優(yōu)選地約15cm或更小。許多較小的部分(例如小于30mm)也可被掃除(purify)，但是，實(shí)現(xiàn)高效掃除是更困難的。
通常，將所述廢棄物物流干燥，例如在帶式干燥器上、或者在滾筒篩干燥器中干燥，至合適百分?jǐn)?shù)的水分，其容許制備具有所需量的水分的丸粒。通常，將所述廢棄物物流干燥至5-20重量％的水分百分?jǐn)?shù)(基于干重)。造粒可以導(dǎo)致具有小于15重量％水分、優(yōu)選小于10重量％水分的丸粒的方式進(jìn)行。
在干燥之后，可視需要進(jìn)行風(fēng)力篩分、小金屬部分的除去、含氯的塑料的進(jìn)一步除去等等。
在一個具體實(shí)施方式中，所述丸?？捎善渲袩崴苄圆牧系暮繛橹辽?0重量％的纖維素/塑料混合物制成。在該實(shí)施方式中，由所述纖維素/塑料廢棄物混合物可獲得高熱值燃料。在制造丸粒之前，添加一些熱塑性材料(通常不含氯)以提高由所述纖維素/塑料廢棄物混合物獲得的燃料的熱值、和/或以降低所述纖維素/塑料廢棄物混合物的氯含量可為期望的。
在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，所述丸粒包含足夠的塑料材料(其在造粒步驟期間充分熔融)，使得所述丸粒是疏水性的(即，排斥水)。這具有如下優(yōu)點(diǎn)：所述丸?？蓛H僅在戶外保存，而無需掩護(hù)物等(如例如在與所述煤或焦炭相同的燃料庫中那樣)。通常，所述丸粒在它們包含約40重量％的塑料、優(yōu)選約50重量％的塑料時是足夠疏水性的。
在還另外的實(shí)施方式中，所述丸?？捎扇缦碌睦w維素/塑料廢棄物混合物制成：其中纖維素占20-70重量％和熱塑性材料占70-20重量％。對于這樣的混合的廢棄物物流的高效處理存在特定需要，因?yàn)殡y以以高效方式將纖維素或塑料分離出來。
所述纖維素/塑料顆粒的混合物的進(jìn)一步加工尤其是包括在存儲之前壓實(shí)。后者壓實(shí)方法優(yōu)選地在造粒裝置中進(jìn)行，所述造粒裝置產(chǎn)生具有優(yōu)選約20mm或更小、更優(yōu)選約16mm或更小、例如6、8或2mm直徑的丸粒。通常，所述丸粒的尺寸將為約3mm或更大。非常適用的方法描述于EP-A-1083 212中以及US-A-5,342,418中。具有合適的造粒方法的其它參考文獻(xiàn)包括WO2008/106993和EP-B-2307531。
所述丸?？扇菀状鎯瓦\(yùn)輸至另一地點(diǎn)供進(jìn)一步使用。
在另一實(shí)施方式中，壓實(shí)成具有約25mm或更小的直徑(厚度)的丸粒是以軟丸粒的形式進(jìn)行的。這樣的丸粒仍然可良好地運(yùn)輸并且也可用于例如水泥窯中而無需研磨。
如在本發(fā)明的背景技術(shù)部分中所解釋的，在熱電廠中使用工業(yè)爐來發(fā)電。該類型的工業(yè)爐對于燃盡時間是特別苛刻的。本發(fā)明的工藝在燒發(fā)電用工業(yè)爐的工藝中是特別適合的。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及如下丸粒在使用粉末狀煤作為主要燃料的工業(yè)爐中作為第二燃料的用途：所述丸粒包括纖維素和塑料，具有大于約3mm厚度的尺寸，并且具有約16GJ/噸或更大的熱值，其中所述丸粒由于與所述煤一起研磨而用作無需單獨(dú)注入的直接共燒燃料。
所述工業(yè)爐優(yōu)選為用于發(fā)電的爐子。
所述丸粒的該用途優(yōu)選地用其優(yōu)選項(xiàng)描述于上文的丸粒、以優(yōu)選項(xiàng)如以上描述的工藝進(jìn)行。技術(shù)人員將理解，所有這些優(yōu)選項(xiàng)可組合。
通過以下實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明，所述實(shí)施例不能被認(rèn)為是本發(fā)明的限制。
實(shí)驗(yàn)A-C和實(shí)施例1-5
用煙煤(美國蒸汽鍋爐用煤0x50mm，因此包括細(xì)粒的煤和最高達(dá)5cm的煤)和根據(jù)EP-A-1 083 212制造的丸粒進(jìn)行共碾磨實(shí)驗(yàn)。
在所述研磨實(shí)驗(yàn)之前篩分大于30mm的煤顆粒，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室研磨機(jī)無法處理大于30mm的尺寸。然而，這些實(shí)施例中使用的進(jìn)料是與去往電廠中的碾磨機(jī)的進(jìn)料可比較的。所使用的煤包含11.3重量％的水分、11.2％的灰分、和26GJ/噸總熱值。
所述丸粒包含3.0-3.3％的水分和11.8重量％灰分(基于干燥丸粒)。所述丸粒中塑料和纖維素的量分別為25重量％或更多和35重量％或更多。有機(jī)材料的評價不是那么容易，并且所述數(shù)字是下限值，因?yàn)榭纱嬖诟嗟乃芰匣蚶w維素材料。所述塑料級分中聚乙烯的量為約70％。熱值為21GJ/噸。使用8和12mm直徑的丸粒尺寸。測試7個8mm丸粒和4個12mm丸粒的硬度。各個丸粒的讀數(shù)(Khal)對于8mm丸粒在16和21kgf之間，和對于13mm丸粒在13和21kgf之間。
使用Technical Laboratory碗式碾磨機(jī)SM04/2。首先，將所述碗式碾磨機(jī)用400kg/h的煙煤加載量校準(zhǔn)，以具有約15重量％的R90(即，大于90μm的顆粒)，其為與電廠條件類似的狀態(tài)。在大量實(shí)驗(yàn)中，在稱取丸粒和所述煤之后將丸粒添加至所述煤，之后添加至旋轉(zhuǎn)進(jìn)料器以保證所述碾磨機(jī)中的正確濃度。
所述研磨機(jī)設(shè)置為分別127rpm的碗轉(zhuǎn)速與800rpm的電機(jī)轉(zhuǎn)速、50巴研磨壓力和20巴背壓。有效力為11.4KN。旋轉(zhuǎn)分級器裝備有8個翼(24個翼是可能的)并且對于煤以134rpm翻轉(zhuǎn)(turning)，而不是在所述實(shí)驗(yàn)中旋轉(zhuǎn)。擋環(huán)高度為20mm。分級器溫度設(shè)置為86℃。1043m3的氣體流量運(yùn)輸0.4kg燃料/m3氣體。入口處氣體的溫度為217℃，和出口89℃。這導(dǎo)致用于煙煤研磨的碾磨機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行。在短時間內(nèi)記錄了恒定參數(shù)。對于最佳條件，通過改變氣體流量(約5％)而略微調(diào)整該工藝。1.7kW的功耗(比功耗4.3kWh/t)以及在碗和液壓缸之間幾乎沒有距離表明研磨過程容易。
作為參照，將所述碾磨機(jī)用僅煙煤(400kg/h，設(shè)置1)在條件(氣體流量1051m3/h，89℃分級器溫度，5.8kWh/t)下再次校準(zhǔn)。所述碗式碾磨機(jī)平穩(wěn)地運(yùn)行(約1-5kW的功耗幅度)而沒有任何湍動。當(dāng)通過恒定的工藝參數(shù)指示穩(wěn)態(tài)時，取樣得到黑色粉塵，其特征在于如下的粒度分布：19.9％大于90μm(R90值)、和1.7％的水分和在1mm(0.03％殘留物)和63μm(66.5％通過)之間。產(chǎn)品的顯微分析顯示球形煤碎片并且定性地證實(shí)這些結(jié)果。
在第一共碾磨設(shè)置(實(shí)施例1)中，將5％的具有8mm直徑的丸粒與煙煤混合并且添加至所述碾磨機(jī)。碾磨機(jī)的聲音和振動變高是研磨過程的第一證據(jù)。與校準(zhǔn)狀態(tài)相比，運(yùn)行沒有之前平穩(wěn)但是是可接受的。工藝參數(shù)顯示平衡狀態(tài)，即使信號的強(qiáng)度放大并且以下參數(shù)改變也是如此。特別是功耗和甚至更特別地比功耗證明成功碾磨(平均3.5kW，8.8kWh/t，間歇性的在10kW以上)?；赗90值(22.8％)，樣品3的粒子(grain)尺寸分布增加很少程度(最大粒子(corn)3.15mm，0.11％)。產(chǎn)品的水分處于與參照樣品中相同的范圍中。顯微術(shù)揭示了在所述球形煤顆粒內(nèi)長絲的某些份額。所述纖維的尺寸為大約1-2mm(長度)和0.01毫米(直徑)。
隨著丸粒的量漸增(實(shí)施例2和3)，工藝參數(shù)的幅度和周期性(功耗、方式(way)、氣流壓力)朝著較低值略微變化。由于丸粒的越高輸入導(dǎo)致在所述碾磨機(jī)中體積大的(大量的，voluminous)中間體，因此壓力差在可接受和可管理范圍內(nèi)變高。結(jié)果，樣品幾乎未顯示出朝著粗粒子的趨勢(22.6％和27.7％R90，氣體流量：約1020m3/h)，最大粒子(corn)變成5mm(0.3％和0.2％)并且干燥行為幾乎相同(1.7％水分)。
對于接下來的試驗(yàn)(trial)系列的實(shí)驗(yàn)，將所述碾磨機(jī)進(jìn)行氣體吹掃并且用100％煙煤校準(zhǔn)。在實(shí)施例4中，將95％煤和5％的12mm丸粒的混合物插入到所述工藝中。由于在碗和液壓缸之間形成了4mm碎粉(grist)層并且功耗以及比功耗與實(shí)施例1(3.5kW和8.8kWh/t)相比降低(2.6kW和6.5kWh/t)，因此在此情況下，共碾磨看上去更有效和高效。在坐標(biāo)格內(nèi)的圖形的幾何形狀和位置幾乎相同(最大粒子(corn)尺寸更高：5mm，0.03％殘留物)并且是相同結(jié)果(21.6％R90，1057m3/h氣體流量)的證明。對于該樣品而言，與對于源自共研磨工藝的其它樣品相比，顯微鏡研究的結(jié)果是相同的：顯微長絲分散在球形顆粒內(nèi)。最后，在實(shí)施例5中，丸粒的份額增加至10％加載量。而功率參數(shù)顯示相同的量(2.8kW，7.0kWh/t)和品質(zhì)。經(jīng)由篩分分析發(fā)現(xiàn)粗粒子(34.9％R90，1022m3/h氣體流量)。這證實(shí)了對于其中發(fā)現(xiàn)相同效果的實(shí)施例3所進(jìn)行的觀察。
結(jié)果總結(jié)于接下來的兩張表中：
結(jié)論
-研究證明了將煤和5-10重量％的量的具有8mm和12mm直徑的丸粒共碾磨的可行性。
-各設(shè)置的干燥效果幾乎相同(1.7％-2.0％水分，在分級器之后的出口空氣溫度90℃-74℃)。
-顯微研究證明丸粒的成功研磨，因?yàn)榭稍诿悍蹓m內(nèi)看到μm級別的長絲。
-當(dāng)在所述試驗(yàn)之后操作所述SM04研磨機(jī)時，未發(fā)現(xiàn)內(nèi)表面被熔融的塑料涂覆，即使將最高達(dá)200℃-225℃的熱氣體鼓吹到所述碾磨機(jī)中也是如此。在研磨期間，所述碾磨機(jī)內(nèi)的溫度變得暫時在至少125℃。
經(jīng)研磨的燃料粉末良好地適合用于燒工業(yè)爐。