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© 2014 Ondrej Zajonc,Jan Frydrych,Lucie Jezerska.由爱思唯尔公司出版信息工程研究院负责评选和同行评议可在www.sciencedirect.com上在线获取ScienceDirectIERI Procedia 8(2014)2 - 102014年农业与生物系统工程国际会议堆肥颗粒化的能源利用Ondrej Zajonca*,Jan Frydrychb,Lucie JezerskaaaVSB-Technical University of Ostrava,17.listopadu 15/2172,708 33 Ostrava,Czech RepublicbOSEVA发展和研究有限公司,Hamerska 698,756 54 Zubri,捷克共和国摘要对6个堆肥厂的7个堆肥样品进行了造粒试验。如果生产的堆肥符合农业用地的法律要求,则适合在土壤中施用。不能用于土壤或没有需求的低质量堆肥可作为能源,与高热值燃料共同焚烧。堆肥造粒代表了一种加工类型,使材料的处理测定所生产的粒料的机械性能。以颗粒耐久性指数表示的颗粒的平均耐久性为94.1%。以载荷值表示的平均颗粒硬度为17.5kg。以耐湿性指数表示的耐湿性的平均值为18.0%。这些颗粒的质量低于由云杉木材(云杉(Picea abiesL.))生产的颗粒© 2014作者。由爱思唯尔公司出版 这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/)。信息工程研究院负责评选和同行评议关键词:堆肥,能源利用,造粒1. 介绍堆肥是一种越来越流行的处理可生物降解废物的方法。堆肥应优先应用于土壤,以提高其质量[1],[2],[3],[4]。许多欧洲国家的农业正面临着碳循环中断和土壤有机碳(SOC)减少的问题[5]。* 翁德雷·扎荣茨。联系电话:电话:+420-597-329-431传真:+420-597-329-431电子邮件地址:ondrej. zajonc@vsb.cz。2212-6678 © 2014作者由爱思唯尔公司出版 这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/)。信息工程研究所负责的选择和同行评审Ondrej Zajonc等人/ IERI Procedia 8(2014)23施用堆肥是增加土壤总有机碳的一种方法[6]。在堆肥过程中,也会产生不符合农业和再耕作法律参数的堆肥(有害物质含量,质量不足)[7],或者对所生产的堆肥需求不足。如果这些堆肥符合法律要求,它们可以用于能源利用。堆肥的能源利用不适用于小型焚化炉(家用锅炉)。堆肥的一种可能的能量利用方法是以颗粒形式使用它们。造粒包括将材料调整为更紧凑的形式。造粒的优点是更容易处理,运输成本更低[8],燃烧装置的剂量更精确[9]。2. 材料和方法在[10]、[11]中已经研究了堆肥的能量特性。从六个堆肥厂采集了七个堆肥样品。生产堆肥的原材料主要包括城市绿化维护的废物、废水处理厂的污泥和木屑,还有一种堆肥是在家庭堆肥中生产的[10]。堆肥处理中最有问题的参数是水分;堆肥厂堆肥样品中的平均水分为57.3%(在冬季进行采样)。[10]第10段。为了 为了能够利用堆肥作为能源,它们需要被干燥到适合于处理和造粒的值(10 - 30%,取决于所使用的处理设备)。在造粒之前,在实验室干燥器中干燥至约6%。实际上,堆肥不需要干燥到如此低的值。干燥后,将堆肥在生物质锤式破碎机Green Energy 9FQ 50中破碎。堆肥的平均粒度分布列于表2中。将颗粒混合物润湿至合适值,然后造粒。表1.堆肥的进口原料堆肥样品标签入口原料Velka Polom稳定了废水处理厂的污泥、植物生产的废物、动物生产Rymarov 1 -草、叶、枝-碎屑(城市绿化维护产生的废物)2 -草、枝-碎屑(城市绿化维护产生的废物)3 -草、树叶、树枝-碎屑(城市绿化维护产生的废物)、污水处理厂的污泥Trinec(能源堆肥)城市绿化维护、木材切削产生的废物在家庭中生产的Vratimov堆肥。入厂原料:稻草、牛粪、兔羊粪、锯末、燕麦渣、土豆、鸡粪。Kuncicky u Basky草,城市绿化维护2.1. 堆肥造粒堆肥造粒的一个有问题的参数是造粒混合物的水分。在测试的样品中,造粒的最佳值在25 - 30%(体积)之间,由此可以清楚地看出,样品需要在其能量利用之前进行干燥。最佳湿度值取决于堆肥成分。将堆肥在Green Energy JGE 120压片机上造粒。然后将粒料在实验室干燥器中反复干燥。最后,测量所监测的参数(耐久性,4Ondrej Zajonc等人/ IERI Procedia 8(2014)2硬度、耐湿性)为了验证造粒机对颗粒质量的影响,将一个堆肥样品另外在KAHL 14-175造粒机上造粒。2.2. 球团参数的确定测量表示为粒料耐久性指数(PDI)的粒料耐久性。耐久性代表运输过程中机械或气动混洗后的破碎量[12]Holmen NHP 100设备。将100 g样品放入测试仪中,其中丸粒在形状像具有穿孔壁的倒金字塔的腔室中循环确定的时间段(60 s),其中丸粒彼此撞击并撞击腔室壁。丹药的碎片落在了密室之外。然后将最终样品通过筛目尺寸为3.15 mm的筛子进行筛分。在评估前后测量样品重量。PDI计算为评估后体重与评估前体重的百分比(1)。PDI规格2100M1(一)其中,m2-试验后的样品重量; m1-试验前的样品重量[13],[14]。测试重复五次。根据评估结果计算平均值。硬度代表压碎或变形颗粒所需的力[12]。硬度较高的颗粒质量更好,单位体积质量更高[15]。通过KAHL ak14硬度测试仪测量粒料的硬度。将颗粒插入压缩表面之间,通过逐渐压缩颗粒直至其破裂来模拟颗粒上的负载。从秤上读取以kg表示的负载值。耐湿性表示为所谓的湿指数(WI)。当测定湿重指数时,将测试的粒料称重,然后浸没在水中30秒。测试后,再次称量颗粒。湿化指数计算为在干燥之前颗粒的重量差异的百分比。在测试之前,先从颗粒重量开始测试(2)[16]。威斯康星州2m 100M1(二)2.3. 评价堆肥参数评价指标包括堆肥中C、H、N、O、S、水分、主要生物质组分(木质素、纤维素、半纤维素)含量、灰分和热值。这些是材料能量利用的最重要参数。个体参数见表2、3和图1 [10]。3. 结果和讨论3.1. 堆肥参数表2.粉碎造粒前后堆肥的粒度分布百分比 摩拉维亚Ondrej Zajonc等人/ IERI Procedia 8(2014)25粒度[mm]<0.25个单位0.25-0.50.5-1.0个1.0-1.61.6-2.0秒2.0- 两千五2.5- 三点一刻>3.15粉碎前[%]24.618.518.89.99.96.94.76.8粉碎后[%]26.926.125.815.13.12.01.00表3.堆肥的近似和最终参数[1]堆肥)巴斯基评估的堆肥的热值范围为5,706 kJ/kg(d.m.)对于由废水处理厂污泥产生的堆肥,用于能源堆肥(添加木屑的堆肥)。平均热值为8,611千焦/千克(干重)。这些值是在干燥的堆肥中测量的。堆肥在交付状态下的热值在537(w.m.)7,936 kJ/kg [10]。堆肥在交付状态下的平均热值为2,378 kJ/kg。用于能源利用的堆肥应在有遮蔽的区域制备,以防止由于降水而过度浇水。由于较低的平均热值(d.m.),堆肥应与高热量燃料混合使用。这可以通过堆肥和更多热量燃料的混合物的造粒来实现[11]或仅堆肥造粒,然后将它们与更多热量燃料(煤,木屑)混合。堆肥的灰分含量在40 - 65%之间[10]。堆肥样品的平均灰分含量为53.4%。由于灰分含量高,碳含量低,这种燃料的质量低于植物质或煤。这就是为什么堆肥需要与更高质量的燃料共同焚烧。相比之下,黑煤中的灰分含量为29.16%,松木中为3.45%,玉米中为7.37%[17]。中欧能源草的灰分含量在5 -10%之间[18]。灰分的组成取决于堆肥的组成,因为灰分从堆肥的入口组分保留在堆肥中。这就是为什么不同堆肥中的灰分成分可能会有所不同。灰分含量随着成熟期的延长而增加。生物质中的灰分含量是有问题的,因为灰分的熔点较低,这可能导致灰分含量的烧结- [19],[20],[21],[22],[23]。这是由碱金属K、Na的含量和Si的含量引起的[24]、[25]、[26]。就像其他类型的生物质[27]一样,通过堆肥与煤的共燃烧可以抑制灰分的烧结。该变型也更适合于需要用具有较高热值的燃料焚烧堆肥。生物质的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素[28],[29]。木质素含量在12 - 24%之间[10]。木质素平均含量为18.8%。软木的木质素含量在25 - 35%之间,硬木的木质素含量为18 - 25%[30]。松木中的木质素含量为26.7%,角木中的木质素含量为20.1%,核桃木中的木质素含量为25.9%[31]。草的木质素含量范围在14 - 19%[32]。对于在中欧栽培的能源草,木质素含量在12 - 21%之间样品水分[%]灰分[%]热值(d.m.)[千焦/千克]热值(w.m.)[千焦/千克]C[%]H[%]O[%]N[%]S [%]Velka Polom 72.2544.139,57199426.33.423.92.2<0.1Rymarov 1 60.5356.828,4071,92623.43.114.52.1<0.1Rymarov 2 57.3364.155,7061,11621.02.810.12.0<0.1Rymarov 3 41.5765.145,8632,46919.92.710.61.7<0.1Trinec(能量28.8840.4512,0927,93626.93.626.92.2<0.1弗拉季莫夫77.3146.2010,20453727.83.920.51.6<0.1孔茨基u63.0556.608,4371,66725.13.612.71.9<0.16Ondrej Zajonc等人/ IERI Procedia 8(2014)2[18].木质素在生物质中用作粘合剂[33]。木质素具有较低的塑化值,范围为77 - 128 °C [34]。由于材料的摩擦和压缩,在造粒期间达到约100 °C的温度。木质素在堆肥造粒过程中起粘合剂的作用。堆肥含有易于变形的颗粒,因此可以完全不使用粘合剂造粒。堆肥中的纤维素含量在15 - 24%之间[10]。平均纤维素含量为19.1%。松木中的纤维素含量为49.8%,角木中的纤维素含量为48.9%,核桃木中的纤维素含量为47.8%[31]。在中欧种植的能源草中纤维素含量在42 - 56%之间[18]。堆肥的半纤维素含量在5 - 16%之间[10]。半纤维素平均含量为8.9%。松木的半纤维素含量为20.8%,角木为23.3%,核桃木为22.1%[31]。中欧种植的能源草中的半纤维素含量在20 - 34%之间[18]。图1.一、堆肥中生物质含量的灰分和主要成分[10]堆肥的氮含量在1.55 - 2.23%之间[10]。堆肥的平均氮含量为1.95%。木材中氮的规定含量为0.1 - 0.5%,草本生物质为0.5 - 4.0%[35]。中欧能源草的规定含量为0.6 - 1.75%[18]。燃料中的氮含量是导致NOx排放的参数之一[35]。堆肥与煤的共燃烧也是有利的,因为堆肥中的氮含量较高。3.2. 球团矿力学性能颗粒耐久性指数范围为89.4 - 97.5%。平均耐久性值为94.1%。非木质颗粒的捷克标准CSN EN 14961-6列出了96.0%的最小值[36]。只有Velka Polom a)、Vratimov和Trinec(能源堆肥)样品生产的颗粒才符合该标准要求的值。较低的耐久性是由于使用了灰分含量较高的堆肥。灰分含量越高,球团的耐久性越低所有样品的灰分均不符合10%的限值[36]Ondrej Zajonc等人/ IERI Procedia 8(2014)27捷克标准CSN EN 14961-6中规定的内容。颗粒的耐久性取决于颗粒混合物的水分和堆肥成分。图二.灰分对PDI看来最佳水分值在25 - 30%之间。该值可能会因堆肥成分而异。由于生产的颗粒中的水分值较高,因此不建议使用更高的值。低于25 - 30%的水分值可用于具有更高含量的生物质主要组分(木质素、纤维素、半纤维素)的堆肥。根据文献,蘑菇废料堆肥造粒的最佳水分为20%[37]。在评价的样品中,机械阻力随着堆肥中主要生物质组分的含量的增加而增加。颗粒硬度表示为颗粒负载(kg),范围为10.1至27.4 kg负载。平均硬度值为17.5 kg。相比之下,云杉木颗粒的硬度为21公斤[18]堆肥中的颗粒质量低于植物生物质中的颗粒。Western指数值介于8.9 - 29.2%之间。平均Weekly指数值为18.0%。为了进行比较,来自两个生产商的云杉木颗粒的所提供的Wedge指数值为WI = 59.6%和WI =83.2%[18]。表4.堆肥颗粒堆肥标签造粒混合物的水分[%]PDI(60秒)硬度WI(not最佳湿度)[%][load单位:公斤][%]Kuncicky u Basky a)26.491.220.218.3Kuncicky u Basky b)39.995.817.98.9Rymarov 129.495.718.413.8Rymarov 2 a)25.289.419.612.6Rymarov 2 b)27.890.110.226.18Ondrej Zajonc等人/ IERI Procedia 8(2014)2Rymarov 2 c)36.294.310.129.2Rymarov 323.092.814.518.6Velka Polom a)31.596.818.315.7Velka Polom b)28.994.918.120.9弗拉季莫夫43.3897.517.89.3Trinec(能源堆肥)25.997.127.424.8a)、b)、c)4. 结论不符合土壤施用的法定质量要求或需求不足的堆肥可用于能源利用。造粒是一种可能的利用形式。为了将堆肥干燥到所需的值,可以使用废热来减少所需的能量输入用于堆肥造粒。这个问题也可以通过在有遮蔽的堆肥厂中堆肥生物质来解决,以防止由于大气降水而导致的水分增加。由于灰的熔点较低, 适合于球团与煤共燃。这就是为什么不建议在小锅炉中燃烧堆肥。混合燃烧也适合于增加热值;平均热值为7,890千焦/千克(干重)。热值在5,706千焦/千克至12,092千焦/千克(干重)之间。造粒混合物的最佳水分约为25 - 30%(w./ w.)。造粒的最佳水分值取决于堆肥的组成,并可能因不同的堆肥而异。球团矿的耐久性随灰分含量的增加而降低。以颗粒耐久性指数表示的平均耐久性为94.1%。三个颗粒样品符合CSN EN 14961 - 6中测定的耐久性值(96.0%)。没有一个颗粒样品符合标准要求的灰分含量。在造粒过程中,堆肥和木屑的混合物,机械阻力值为97.1%。以重量负荷值表示的平均颗粒硬度为17.5kg。以耐湿性指数表示的耐湿性的平均值为18.0%。确认本文件是在“科学研究优先事项中的新创造性团队”项目(注册号:CZ.1.07/2.3.00/30.0055)的框架内编写的,该项目得到了竞争力教育业务方案的支持,并得到了欧洲社会基金和捷克共和国国家预算的共同资助。本文得到了捷克共和国教育、青年和体育部研究项目的支持:中心ENET CZ.1.05/2.1.00/03.0069。本文得到了捷克共和国教育、青年和体育部的研究项目的支持:MSMT SGS SP2014/54研究催化剂和技术参数对热化学降解设备中产生的工艺气体的性质和产率的影响。引用[1] [10]杨文,杨文.施用城市固体废物堆肥对砂质土壤的农业和生态影响。土壤生物学和生物化学。2007;39:6-8.[2] Ragaá S E A,Magid H M A,Abdel-Aal S I,Rabie R K.优化沙土的物理性质,Ondrej Zajonc等人/ IERI Procedia 8(2014)29在沙特阿拉伯利用城市垃圾堆肥提高生产力。干旱环境杂志。1995; 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