基于自身热解产物燃烧供热的污泥干化热解装置及方法与流程

1.本发明涉及一种固废处理设备及方法，尤其涉及一种基于自身热解产物燃烧供热的污泥干化热解装置及方法。


背景技术：

2.随着我国城镇化水平不断提高，污水处理设施建设高速发展，但在污水处理过程中产生了大量的剩余污泥。由于污水处理厂的建设存在严重的“重水轻泥”现象，大多数污水处理厂中的污泥处理工艺还停留在传统的调制—脱水模式上，从处置方式来看卫生填埋占比超过50%。但污泥存在较大的不稳定性，污泥中有机成分一旦发生腐败变质，填埋后对环境会造成严重的二次污染；同时，污泥中的有用资源无法得到利用，导致了资源的浪费，不符合可持续发展的目标。热解和焚烧是污泥处置比较彻底的方式，也是目前污泥处置的发展方向，但污泥的热解和焚烧成本较高，是制约污泥处置技术发展的主要因素。
3.在现有的湿污泥处置工艺中，湿污泥通过热解和干化等工序形成干化污泥，热解工序与干化工序相互独立，处置流程复杂，烟气处理量大，设备占地面积大，投资和运行成本较高。


技术实现要素：

4.本发明的目的之一在于提供一种基于自身热解产物燃烧供热的污泥干化热解装置，能实现湿污泥热解产物的循环和燃烧，并用于重新加热污泥，一体化完成污泥的热解和干化处置。
5.本发明的目的之二在于提供一种基于自身热解产物燃烧供热的污泥干化热解方法，能利用湿污泥热解产物燃烧产生的热量加热湿污泥本身，较大程度的实现湿污泥的资源化利用。
6.本发明是这样实现的：一种基于自身热解产物燃烧供热的污泥干化热解装置，包括进料组件、出料组件、一体化处理室、换热盘管、烟道、燃烧器和烧嘴；一体化处理室的中心为热解室，进料组件设置在一体化处理室的顶部，热解室的上端进料口位于进料组件的正下方，热解室的下端出料口安装有出料组件，出料组件延伸至一体化处理室的下方；一体化处理室的上部为冷凝室，且冷凝室与热解室的上端连通，换热盘管设置在冷凝室内；一体化处理室的下部为燃烧室，燃烧室的顶部与冷凝室的底部共墙设置，燃烧室与热解室的下部共墙设置，燃烧室的底部设有烟道；若干个燃烧器分别间隔设置在一体化处理室的外壁上，且每个燃烧器的热解气进口连接至冷凝室，燃烧器的热解气出口连接至烧嘴，烧嘴安装在燃烧室内且面向热解室设置；燃烧器设有燃料补充进口。
7.所述的烟道外接至净化单元，净化单元内设有引风机，引风机使燃烧室内通过引风机保持微负压。
8.所述的冷凝室的底部呈倒锥形结构，倒锥形结构的底部设有排水管道，排水管道
延伸至一体化处理室的外部。
9.所述的换热盘管水平设置在冷凝室的烟气路径上，即换热盘管位于热解室的上端与燃烧器的烟气进口之间。
10.所述的进料组件包括湿污泥仓、给料机和进料管道，湿污泥仓设置在一体化处理室的顶部，湿污泥仓的出料口通过进料管道与一体化处理室连通，给料机设置在进料管道内，进料管道位于热解室上端进料口的正上方。
11.所述的出料组件包括破碎器、出料管道和双翻板阀，进料管道的上端通过破碎器与热解室的下端出料口连接，出料管道的下端延伸至一体化处理室的下方并安装有双翻板阀。
12.除所述的燃烧室与热解室共用的墙体外，燃烧室的内壁上设有耐火浇注料；燃烧室的外壁上设有保温层。
13.所述的燃烧室内间隔设有若干片换热肋片，若干片换热肋片分别纵向设置在燃烧室与热解室共用的墙体上。
14.一种基于自身热解产物燃烧供热的污泥干化热解方法，该方法采用基于自身热解产物燃烧供热的污泥干化热解装置实现，所述的基于自身热解产物燃烧供热的污泥干化热解方法包括以下步骤：步骤1：湿污泥进入热解室并在热解室内热解；步骤2：湿污泥热解的过程中释放热解产物，热解产物从热解室的上端进料口释放至冷凝室内，并与换热盘管换热形成含有可燃气体的热解气和冷凝水；步骤3：燃烧器从冷凝室内引出含有可燃气体的热解气并与空气混合，混合气体通过烧嘴点燃后将火焰送入燃烧室内，使火焰向热解室进行扩散式燃烧；步骤4：燃烧室内的温度通过扩散式燃烧的火焰保持高于热解室内的温度，使燃烧室通过共用的墙体向热解室内传递热量用于湿污泥的热解和干化；步骤5：烟道外接至净化单元，净化单元通过引风机将燃烧室内燃烧后的烟气排出压；步骤6：湿污泥热解和干化的一体化处理完成后，残渣通过出料组件排出。
15.所述的湿污泥的含水率为60-80%，残渣的含水率为0%。
16.本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：1、本发明的装置由于设有共墙设置的热解室、燃烧室和冷凝室，将湿污泥的热解产物在一体化处理室通过燃烧器循环，并在燃烧室内燃烧用于为热解室内的湿污泥加热，实现湿污泥的一体化热解和干化处理，在保证湿污泥处理效果的基础上降低了装置成本，减小了装置体积，提高了处置效率。
17.2、本发明的装置由于设有排水管道和烟道，能对冷凝水和燃烧后的烟气进行收集和后续处理，不造成二次污染，具有良好的环境效益和广阔的推广应用前景。
18.本发明能将湿污泥热解的产物引出并燃烧后，并在燃烧室内形成扩散式火焰，使燃烧室内的热量向热解室传递，用于加热污泥本身，充分利用了污泥自身的化学能，实现了湿污泥的热解和干化一体化处理，热解干化后的残渣可工业应用，较大程度的实现了污泥的资源化利用。
附图说明
19.图1是本发明基于自身热解产物燃烧供热的污泥干化热解装置的剖视图；图2是本发明基于自身热解产物燃烧供热的污泥干化热解方法的流程图。
20.图中，1湿污泥仓，2给料机，3进料管道，4破碎器，5出料管道，6双翻板阀，7换热盘管，8冷凝室，9排水管道，10燃烧室，11热解室，12烟道，13燃烧器，14烧嘴，15换热肋片。
具体实施方式
21.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
22.请参见附图1，一种基于自身热解产物燃烧供热的污泥干化热解装置，包括进料组件、出料组件、一体化处理室、换热盘管7、烟道12、燃烧器13和烧嘴14；一体化处理室的中心为热解室11，进料组件设置在一体化处理室的顶部，热解室11的上端进料口位于进料组件的正下方，热解室11的下端出料口安装有出料组件，出料组件延伸至一体化处理室的下方；一体化处理室的上部为冷凝室8，且冷凝室8与热解室11的上端连通，换热盘管7设置在冷凝室8内；一体化处理室的下部为燃烧室10，燃烧室10的顶部与冷凝室8的底部共墙设置，燃烧室10与热解室11的下部共墙设置，燃烧室10的底部设有烟道12；若干个燃烧器13分别间隔设置在一体化处理室的外壁上，且每个燃烧器13的热解气进口连接至冷凝室8，燃烧器13的热解气出口连接至烧嘴14，烧嘴14安装在燃烧室10的内壁上且面向热解室11设置；燃烧器13设有燃料补充进口（图中未示出），用于添加补燃燃料辅助燃烧。湿污泥通过进料组件进入一体化处理室的热解室11内进行热解，在热解过程中产生的热解产物即湿热解气进入冷凝室8内，换热盘管7内通入循环冷却水，热解产物经过换热盘管7冷凝形成热解气和冷凝水，热解气被引入燃烧器13内与空气混合后通过烧嘴14点燃并喷入燃烧室10内，使燃烧室10内的热量向热解室11内传递，实现湿污泥的热解产物燃烧后为自身热解供热。
23.所述的通过烟道12外接至净化单元（图中未示出），净化单元内设有引风机，燃烧室10内通过引风机保持微负压。净化单元可采用常规的烟气净化处置和排放设备，通过引风机在燃烧室10内形成30pa左右的微负压，可防止烟气泄漏，且保证了装置内阻力不会太大。
24.所述的冷凝室8的底部呈倒锥形结构，倒锥形结构的底部设有排水管道9，排水管道9延伸至一体化处理室的外部。倒锥形结构便于冷凝室8内冷凝水的汇聚和引流，从而通过排水管道9快速排出至外部的污水收集装置中，污水收集装置可将污水净化后排出，避免环境污染。
25.所述的换热盘管7水平设置在冷凝室8的烟气路径上，即换热盘管7位于热解室11的上端与燃烧器13的烟气进口之间，可使热解产物在流动过程中与换热盘管7充分接触，达到快速冷凝的目的。
26.所述的进料组件包括湿污泥仓1、给料机2和进料管道3，湿污泥仓1设置在一体化处理室的顶部，湿污泥仓1的出料口通过进料管道3与一体化处理室连通，给料机2设置在进料管道3内，进料管道3位于热解室11上端进料口的正上方，确保湿污泥向热解室11内的有序进料。优选的，给料机2可采用螺旋给料机，使进料速度和进料量精确可控。
27.所述的出料组件包括破碎器4、出料管道5和双翻板阀6，进料管道5的上端通过破碎器4与热解室11的下端出料口连接，出料管道5的下端延伸至一体化处理室的下方并安装
有双翻板阀6。破碎器4可对湿污泥热解干化后的残渣进行破碎，便于残渣的后续利用。
28.除所述的燃烧室10与热解室11共用的墙体外，燃烧室10的内壁上设有耐火浇注料，耐火保温层可防止燃烧室10内的热量向燃烧室10外部和冷凝室8内传递，保证燃烧室10内的热量为热解室11污泥热解的供热，且不影响冷凝室8内的冷凝效果。优选的，耐火浇注料可采用三氧化铝轻质浇注料。
29.所述的燃烧室10的外壁上设有保温层，可进一步保证燃烧室10内的热量不向外传递。优选的，燃烧室10外壁上的保温层可采用岩棉等材料制成。
30.所述的燃烧室10内间隔设有若干片换热肋片15，若干片换热肋片15分别纵向设置在燃烧室10与热解室11共用的墙体上。换热肋片15能增加燃烧室10与热解室11共用墙体的面积，在有限的墙体传热面积基础上增加换热面积，提高传热效率，保证燃烧室10内热量向热解室11的高效传递。优选的，换热肋片15可采用409ss材质制成的矩形薄板，换热肋片15的厚度为1-2mm。
31.优选的，燃烧室10与热解室11共用的墙体可采用耐热合金钢（例如12cr1movr）制成，厚度为10-14mm。
32.请参见附图1和附图2，一种基于自身热解产物燃烧供热的污泥干化热解方法，该污泥干化热解方法采用基于自身热解产物燃烧供热的污泥干化热解装置实现。所述的基于自身热解产物燃烧供热的污泥干化热解方法包括以下步骤：步骤1：湿污泥进入湿污泥仓1并通过给料机2经进料管道3自上而下进入热解室11，湿污泥在热解室11内热解，根据湿污泥的特性，热解室11内的热解温度可设定为400-600℃。
33.步骤2：湿污泥热解的过程中释放热解产物，热解产物从热解室11的上端进料口释放至冷凝室8内，并与换热盘管7内的循环冷却水对流换热，形成含有可燃气体的热解气和冷凝水。
34.所述的湿污泥在热解室11内的停留时间为20-30min，随着湿污泥停留时间的累积，湿污泥热解过程中依次释放水蒸汽、h2、co以其他油气等热解产物，确保热解产物的充分释放。
35.所述的热解产物中的水蒸汽在与换热盘管7对流换热后冷凝成90℃以下的冷凝水，并通过冷凝室8底部的排水管道9排出至污水收集装置，通过收集装置对冷凝水进一步处理后排放，确保冷凝水不造成二次污染。
36.步骤3：燃烧器13从冷凝室8内引出含有可燃气体的热解气并与空气混合，混合气体通过烧嘴14点燃后将火焰送入燃烧室10内，使火焰向热解室11进行扩散式燃烧。
37.燃烧器13通过鼓风设备引入空气，空气与热解气中的co、h2等可燃气体混合进入烧嘴14中并通过点火装置点燃，烧嘴14将火焰扩散至燃烧室10内并向热解室11延伸，为燃烧室10提供热量。扩散式燃烧有较长的火焰和较高的辐射效率，同时防止回火，保证了安全性，在燃烧室10内通过辐射和对流将热量经共用的墙体传到热解室11内。可将燃烧室10内部预留较大空间，可避免烧嘴14喷出的火焰冲撞热解室11与燃烧室10的共墙，也能使高温烟气从燃烧室10的外侧向热解室11缓慢扩散，以实现充分换热。
38.若湿污泥的热值较低，可通过燃烧器13的燃料补充进口添加补燃燃料，用于辅助燃烧，确保热解室11内湿污泥的热解和干化效果。
39.步骤4：燃烧室10内的温度通过扩散式燃烧的火焰保持在500-650℃，燃烧室10内的温度高于热解室11内的温度，使燃烧室10通过共用的墙体向热解室11内传递热量用于湿污泥的热解和干化。
40.步骤5：烟道12外接至净化单元，通过净化单元的引风机将燃烧室10内燃烧后的烟气排出，通过后续的净化单元对烟气进行净化等处置，并使燃烧室10保持微负压，防止烟气泄漏，保持燃烧室10内处于合适的阻力范围。
41.步骤6：湿污泥热解和干化完成后，残渣通过出料组件排出。
42.残渣通过破碎器4破碎至小粒径后，打开双翻板阀6，破碎后的残渣通过出料管道5排出。
43.所述的湿污泥的含水率为60-80%，残渣的含水率为0%。
44.实施例1：请参见附图1，热解室11的上部周向环绕设置冷凝室8，热解室11的下部周向环绕设置燃烧室10，燃烧室10的内圈与热解室11的下部共用墙体，燃烧室10的顶部与冷凝室8的底部共用墙体，且热解室11的顶部与冷凝室8之间连通，构成封闭式的一体化处理室。
45.燃烧室10与热解室11的共用墙体采用厚度为14mm的12cr1movr耐热合金钢制成，该共用墙体的燃烧室侧纵向连续焊接厚度为2mm的矩形薄板作为换热肋片15。除燃烧室10与热解室11的共墙外，在燃烧室10的内壁上设置耐火保温材料，在燃烧室10的外壁上设置保温材料，确保燃烧室10的热量仅向热解室11内传递，充分利用热解气燃烧产生的热量。
46.在燃烧室10的外壁上周向均布多个燃烧器13，每个燃烧器13均配置有鼓风机和至少一个烧嘴14，鼓风机用于引入空气，烧嘴14用于点燃烟气并向燃烧室10内喷入扩散式火焰，将热量向热解室11方向传递。冷凝室8内周向均布多个换热盘管7，换热盘管7横向设置在热解产物的流动路径上，与热解产物充分接触，用于冷凝热解产物形成热解气和冷凝水。
47.请参见附图1和附图2，基于自身热解产物燃烧供热的污泥干化热解方法是：步骤1：将含水率为60-80%的湿污泥倒入漏斗状的湿污泥仓1，并通过螺旋式的给料机2经进料管道3送入热解室11内，湿污泥在热解室11内停留30min并在550℃的环境下热解。
48.步骤2：随着湿污泥热解的进行，依次产生热解产物：水蒸汽、h2、co、油气，沿附图1中箭头方向，热解产物在热解室11内向上释放并进入冷凝室8内，热解产物在冷凝室8内向下流动至燃烧器13。热解产物在向下流动过程中经过换热盘管7，换热盘管7内通入循环冷却水用于将热解产物冷却至90℃以下，形成含有可燃气体的热解气和冷凝水。冷凝水经过倒锥形的冷凝室8底部汇聚并通过排水管道9排出至污水收集装置，经过污水净化处理后外排。
49.步骤3：沿附图1中箭头方向，燃烧器13从冷凝室8引出含有可燃气体co、h2的热解气，同时通过鼓风设备引入空气，空气与co、h2混合后通过烧嘴14的点火装置点燃，并喷入燃烧室10内，需要时通过燃料补充进口喷入补燃燃料以辅助燃烧。
50.步骤4：火焰在燃烧室10内向热解室11扩散式燃烧，将燃烧室10的温度维持在650℃，从而使燃烧室10内的热量通过共用墙体和换热肋片15向热解室11内传递，将湿污泥热解产生的热解产物燃烧后的热量重新用于加热湿污泥，从而同时实现湿污泥的热解和干化，提高湿污泥的处置效率，且降低处置能耗和成本。
51.步骤5：燃烧室10内燃烧后的烟气通过烟道12经净化单元的引风机沿图1所示箭头方向引出，且使燃烧室10内保持30pa微负压状态，确保烟气的流动。净化单元对烟气进行净化处理后外排。
52.步骤6：湿污泥的热解和干化一体化处理完成后，含水率为0%的残渣通过破碎器4破碎至较小的粒径，打开双翻板阀6，破碎后的残渣通过出料管道5排出，残渣可工业利用。
53.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。