中藥藥渣拌水煤漿混燒工藝研究

第37卷第4期太陽(yáng)能學(xué)報Vol. 37, No. 42016年4月ACTA ENERGIAE SOLARIS SINICAApr.,2016文章編號:02540096(2016)040979-06中藥藥渣拌水煤漿混燒工藝研究毛宏雷,韓向新,嚴君偉,劉建國,姜秀民(上海交通大學(xué)機械與動(dòng)力工程學(xué)院,上海200240)摘要:以某藥廠(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中采集的中藥藥渣廢棄物樣品為研究對象,通過(guò)實(shí)驗分析的方法,結合自有成熟的水煤漿流化懸浮燃燒技術(shù),分析中藥藥渣拌水煤漿混合燃燒處理工藝的可行性。研究結果表明:中藥藥渣為高水分、高可燃揮發(fā)分、低熱值、低灰熔點(diǎn)的固體廢棄物。拌水煤漿流化懸浮混合燃燒處理工藝可使中藥藥渣在進(jìn)行無(wú)害化處理的同時(shí)進(jìn)一步利用其中潛在的能量。低溫燃燒可有效避免結焦和熱力型NO,產(chǎn)生,可有效控制SO2的排放,具有處理量大、處理中藥藥渣的種類(lèi)范圍廣、能量合理回收利用等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞:中藥;植物藥;中藥藥渣;水煤漿;流化床鍋爐中圖分類(lèi)號:TQ5462文獻標識碼:A0引言水沖淋后會(huì )污染堆放處周?chē)沫h(huán)境。焚燒法是解決大量中藥藥渣最可行的方法。但目前植物中藥生產(chǎn)伴隨著(zhù)大量中藥藥渣的產(chǎn)生。據統提取后的固體廢棄物投入轉窯焚燒爐直接燃燒計,中國每年產(chǎn)生的含水分植物類(lèi)中藥藥渣可達數存在中藥藥渣燃燒不充分、效率低等問(wèn)題。為解百萬(wàn)噸2),這些中藥藥渣含水量較高且含有一些營(yíng)決以上問(wèn)題,本文考慮將中藥藥渣作為燃料與水養物質(zhì)3,極易腐敗并引發(fā)蚊蟲(chóng)滋生,成為多種傳煤漿混合投入流化床鍋爐中進(jìn)行燃燒處理,在對染病的溫床,加之一些中藥藥渣含有有毒重金屬,其進(jìn)行無(wú)害化處理的同時(shí)進(jìn)一步利用其潛在的如不妥善處理,會(huì )對土壤和水源造成極大破壞。能量。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,我國中成藥生產(chǎn)表現出生產(chǎn)地區相對集中的特點(diǎn),如圖1所示,產(chǎn)地主要集1中藥藥渣燃燒特性中在華中和東北地區,這兩個(gè)地區產(chǎn)量合計超過(guò)全11工業(yè)分析、元素分析和發(fā)熱量測定國總產(chǎn)量的50%。目前中藥藥渣處理的形式主要包括填埋、焚燒、固定區域堆放等,其中堆放為主要為合理確定中藥藥渣廢棄物燃燒處理裝置的形式6。由于中藥藥渣多堆放在田地、山區,受雨行參數,首先需了解該廢棄物的一些基本特性包括工業(yè)分析、元素分析和發(fā)熱量測定等。本文以某藥廠(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中采集得到的中藥藥渣廢棄口華中29%團東北239物樣品為研究對象,并將其與其他中藥藥渣進(jìn)行□西南18%比較。E華南13%利用碳氫測定儀、氮測定蒸餾裝置和硫測定裝曰華東12%目華北3%置按照GBT476-2008和GB/T2142007標準對西北2%中藥藥渣樣品進(jìn)行元素分析,測定樣品中C、HN、S圖1中藥生產(chǎn)分布圖的質(zhì)量含量;利用恒溫式氧彈量熱法發(fā)熱量測定裝Fig. I The distribution of herb production置按照GBT213-2003標準對樣品的發(fā)熱量進(jìn)行通信作者:韓向新(1974—),男,博士、副教授,主要從事油頁(yè)巖、工業(yè)有機廢棄物綜合利用與流化床燃燒技術(shù)開(kāi)發(fā)方面的研究。hanxiangxin@sjtu.edu.cn980太陽(yáng)能學(xué)報37卷測定。根據收到樣品全水分含量和干燥后樣品的的收到基結果。按照國標測定的工業(yè)分析、元素分測試結果將上述干燥基測試結果換算成含全水分析和發(fā)熱量分析結果參見(jiàn)表1。表1藥渣的工業(yè)分析發(fā)熱量分析和元素分析Table 1 The ultimate analysis, heat analysis and proximate analysis of the herb residue工業(yè)分析%元素分析低位發(fā)熱量名稱(chēng)M V A FC [C] [H] [O] [N] [S] [H/C]2 Q, ne/kJ.kg"收到基674019.6411.5114414.571.844.200.430.051.52361560空氣干燥基18059.1734.694.3543.8955512.651.280.141.516705.40丹參中藥藥渣空氣干燥基”36274211.0221.1543.3158444151.780.28162兩面針中藥藥渣空氣干燥基”711242691152042254703430501613注:1.通過(guò)差減法得到;2.原子比據上述實(shí)驗結果,該中藥藥渣含水量很高,約升至1050℃時(shí)樣品體積已明顯收縮,但形狀未發(fā)生為70%。中藥藥渣樣品中的揮發(fā)分較一般生物質(zhì)顯著(zhù)變化;試樣冷卻后,發(fā)現試樣顆粒變硬且不易低且灰分較高,加上其較高的水分含量,使其發(fā)熱破碎。據此可判斷出藥渣熔點(diǎn)應高于1050℃,但不量比一般生物質(zhì)低,該中藥藥渣收到基低位發(fā)熱量會(huì )過(guò)高,因此燃燒該類(lèi)藥渣的燃燒溫度應盡量控制約為標煤的124%。對于空氣干燥基,從實(shí)驗結果在950℃以下,以免產(chǎn)生結焦。和參考文獻[7,8]中所列的數據較易得出,揮發(fā)分所占比例較高,為主要可燃物類(lèi)型。而從元素分析1.3流化床燃燒實(shí)驗來(lái)看,中藥藥渣樣品成分主要由C、H、O這3種元為考察灰渣中重金屬元素對環(huán)境的影響需對中素組成,以C元素含量最高。HC原子比較高,著(zhù)藥藥渣原樣和燃燒后灰分的重金屬元素含量進(jìn)行火容易,N和S含量較低。測定。流化床燃燒實(shí)驗在如圖3所示的小型流化1.2熱顯微鏡實(shí)驗床實(shí)驗臺系統上進(jìn)行。首先將小塊狀的空氣干燥利用德國 Leitz l-A型熱顯微鏡對制作成標準基中藥藥渣破碎成一定粒徑范圍的樣品;再向小型試樣的樣品進(jìn)行測定。圖2a為熱顯微鏡實(shí)驗過(guò)程流化床實(shí)驗臺加人石英砂床料采用電加熱法將小中試樣著(zhù)火點(diǎn)測定監視圖,發(fā)現中藥藥渣樣品的著(zhù)型流化床實(shí)驗臺加熱至700℃;最后將藥渣逐漸送入火點(diǎn)約為155℃,說(shuō)明該中藥藥渣著(zhù)火點(diǎn)較低,易點(diǎn)燃。圖2b~圖2d為熱顯微鏡實(shí)驗過(guò)程中試樣灰熔點(diǎn)測定監視圖,可知中藥藥渣樣品從950℃開(kāi)始收縮a.中藥藥渣著(zhù)火點(diǎn)測定b.850℃灰熔點(diǎn)測定1.空氣壓縮機2壓力表3.質(zhì)量流量控制器4.流量顯示儀c.950℃灰熔點(diǎn)測定d.1050℃灰熔點(diǎn)測定5調壓器6.溫控儀7.流化床體8.布袋除塵器圖2中藥藥渣著(zhù)火與灰熔融特性監視圖9冷卻器10.真空泵11煙囪ig. 2 The monitoring images of herb residue ignition圖3小型流化床實(shí)驗臺系統point and ash melting characteristicsFig. 3 Lab-scale circulating fluidized bed system4期毛宏雷等:中藥藥渣拌水煤漿混燒工藝研究98l小型流化床實(shí)驗臺,并在床內燃燒穩定后切斷外部免使燃料結焦,影響床內物料的流化狀態(tài)。小流化電源,通過(guò)調節藥渣給料量使床內保持穩定燃燒;實(shí)床試燒實(shí)驗的燃燒狀態(tài)表明:在700℃床溫下,不會(huì )驗結束后,收集底渣和飛灰樣品。實(shí)驗結果顯示,在產(chǎn)生明顯的結焦現象,流化床運行比較穩定。經(jīng)流無(wú)外界熱量輸入的條件下,中藥藥渣樣品以一定的化床燃燒后,由于有機物大量被氧化分解析出,灰給料速率投入爐膛,可在該床溫下穩定燃燒。分中各種重金屬含量勢必有所增大,其中Ca、K、Na利用iCAP6000 Radial等離子體發(fā)射光譜儀測在底渣和飛灰中的含量均有所增大。與中藥藥渣定中藥藥渣、流化床燃燒底渣和飛灰中的重金屬含相比,Ca在底渣和飛灰中的含量均顯著(zhù)增大,K、Na量,分析K、Na、Ca、Be、Cd、Cr、Ni、Pb、Sn等9種重更多地富集于飛灰中,而含量較高的元素Cr及Ni金屬元素,結果如表2所示。從測試結果來(lái)看,該則更多地富集于底渣中,Be、Cd、Pn、Sn等元素含量中藥藥渣廢棄物中Ca、K、Na、Cr含量較高,其他重相對較少。對比《農用污泥中污染物控制標準》金屬元素較少。K、Na元素含量較高使樣品的灰熔(GB4284-84),底渣中Cr、Ni的含量超出國家標點(diǎn)較低,流化床燃燒過(guò)程中應注意勿使床溫過(guò)高以準,在排放前需做進(jìn)一步處理。表2中藥藥渣樣品的重金屬含量分析(mg/kg)Table 2 The analysis of heavy metal of the herb residue samples( mg/kg)樣品[K][Na[ Be] [Cd] [Cr] [Ni] [Pb] [Sn中藥藥渣12370259802073.00.0157.013.0底渣165903678.04936.04.02382049010.02648.06412.04696.03.0255.018.0金屬回收率%42447.356.642.735.441.534.12中藥藥渣拌水煤漿流化懸浮燃燒也為中藥藥渣的焚燒處理提供了新思路。根據熱顯微鏡和金屬元素研究結果,中藥藥渣灰熔點(diǎn)低,處理工藝燃燒裝置溫度不宜過(guò)高。流化床是混燒工藝的-工業(yè)焚燒法不僅可有效處理城市污泥、油污種重要技術(shù),且為低溫燃燒,利用該技術(shù)已能很泥、生物質(zhì)廢物和工業(yè)廢物等諸多固體廢棄物,好地處理各類(lèi)固體廢棄物。結合自有成熟的水煤而且可對處理廢棄物過(guò)程中所產(chǎn)生的能量加以利漿流化懸浮燃燒技術(shù),本文提出采用中藥藥渣伴用,因此可考慮釆用該方法處理中藥藥渣。但目前水煤漿流化懸浮燃燒工藝,工藝流程如圖4所示,植物提取后的固體廢棄物大多投入轉窯焚燒爐直主要包括流化懸浮燃燒裝置、臥式分離回輸燃盡裝接燃燒,其缺點(diǎn)為:1)制藥產(chǎn)生的植物藥渣結構松置、換熱器和尾部煙氣凈化裝置等。散,且可燃揮發(fā)分含量高,熱解產(chǎn)生的可燃揮發(fā)分熱交換器在350℃時(shí)即可釋放約80%揮發(fā)時(shí)間短,一般鍋本煤落煙氣處理裝置爐難以提供足夠空氣助燃。當采用自然通風(fēng)時(shí),爐膛內O2擴散速度慢,大量未燃盡的有機揮發(fā)物隨氣床料→煙氣排出流排出產(chǎn)生黑煙,造成空氣污染;2)由于中藥藥渣密度較小,一部分未經(jīng)充分燃燒的炭粒進(jìn)入煙道,產(chǎn)生飛揚黑絮,進(jìn)一步加重環(huán)境污染問(wèn)題;3)當中圖4中藥藥渣與水煤漿循環(huán)流化床混合焚燒處理工藝路線(xiàn)圖藥藥渣逐漸燃盡時(shí),空氣量過(guò)剩,過(guò)剩的空氣流會(huì )ig. 4 The routing of the co-firing of herb residue with帶走部分熱量,降低熱效率。coal-water slurry in a circulating fluidized bed根據前文研究結果可知,中藥藥渣是一種高水分、低熱值燃料,需高熱值燃料輔助燃燒。近年來(lái)流化懸浮燃燒裝置床料由石英砂與石灰石混水煤漿和其他固體廢棄物(如污泥、垃圾、油泥沙和合而成根據所處理的中藥藥渣的S含量來(lái)確定石英其他生物質(zhì)混燒)的方法被公認為是一種無(wú)公害、經(jīng)砂與石灰石的比例,保證爐內Ca/S物質(zhì)的量之比為濟的廢棄物處理和能源回收利用的有效方法,該法2-4。通過(guò)物料輸送裝置,將所制床料送入流化懸太陽(yáng)能學(xué)報浮燃燒裝置。啟動(dòng)時(shí),用外熱源加熱床料,通過(guò)調結合自有成熟的水煤漿流化懸浮燃燒技術(shù),本節送風(fēng)量使床料處于流化狀態(tài),當床料溫度升至文提出了中藥藥渣拌水煤漿流化懸浮燃燒工藝:運600℃以上后,再將中藥藥渣伴水煤漿從燃燒室頂行溫度800~950℃,可有效避免爐內結焦、結渣現象部或側墻逐漸給入,進(jìn)行流化懸浮燃燒,流化床運和熱力型NO的產(chǎn)生;石英砂與石灰石混合而成的行溫度最終達到800~950℃。因藥渣含水量的不床料在鍋爐運行溫度下生成的CaO可與SO2反應,同,其熱值波動(dòng)較大,為保證藥渣的正常燃燒和鍋大幅降低SO2的排放;在燃燒室上方布置臥式分離爐的穩定運行,需調整藥渣水煤漿混合質(zhì)量比例,回輸燃盡裝置,保證燃料在矮小燃燒裝置內循環(huán)燃使低位熱值不低于10000丿kg6。石灰石在運行燒,提高燃燒效率;在尾部煙道出口布置煙氣凈化溫度下可鍛燒生成CaO,CaO與煙氣中的SO2反應裝置,進(jìn)一步脫出煙氣中的NO、SO2和重金屬元生成CaSO4,大幅降低了SO2的排放。流化床運行素等。溫度較低,可避免熱力型NO.的產(chǎn)生。在流化懸浮燃燒裝置密相區是否設置埋管受[參考文獻]熱面以及受熱面積的大小應依據密相區的能量平1]楊磊,夏祿華,張衷華,等植物提取生產(chǎn)中固形衡來(lái)定;在稀相區和尾部煙道設置受熱面。中藥廢棄物生態(tài)化利用的現狀及發(fā)展趨勢[J].現代化工,藥渣伴水煤漿燃燒所產(chǎn)生的熱量,可傳給各級受2008,28,(4):00140017熱面內的工質(zhì),加熱后的工質(zhì)作為生產(chǎn)的熱源或1] Yang Lei, Xia Luha, Zhang Zhonghua, et al. 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This technology can take herb residue in the harmless disposal and make use of the potential energyat the same time. Low temperature combustion can avoid effectively coking, reduce the production of thermal NO,, andeffectively control the release of the SO2. The technology has processing capacity, processing a wide range of types ofherb residues and rational energy utilization etc. advantagesKeywords: herb; plant medicine; herb residue; coal-water slurry: fluidized bed boiler