污泥气化处理装置及污泥气化处理的方法与流程

1.本发明涉及固废处理技术领域，尤其涉及一种污泥气化处理装置及污泥气化处理的方法。


背景技术：

2.污泥是各种工业和生活污水处理过程中产生的沉淀物，是一种固液混合物，含有多种病原微生物、寄生虫、重金属及盐类等有害物质，如果不加处理或处理不当，会给环境带来严重危害。随着国家对污泥处理的重视，各种污泥处理的方法也是不断涌现，如从最早的卫生填埋、堆肥到现在的干化焚烧、污泥制砖、污泥制陶粒、热解碳化、热解气化等等，每种工艺和方法各有优劣，其中热解气化因有与焚烧相类似的减容量，同时能提高燃料品位及最后的烟气处理相对简单的优点，备受青睐。
3.纵观国内外的污泥热解气化技术及装备，均借鉴于煤炭热解气化的技术及装备，同时，由于污泥与煤炭在物化性状上的不同，工艺参数与装备也进行了很大的改进，总体上来看，一般是采用固定床与流化床两种炉型，固定床气化炉对污泥的颗粒度有一定的要求，污泥需要进行成型(污泥成型的成本较大)，达到一定的粒径后才能进炉，且进炉后的污泥在一个空间完成干燥、热解、还原气化、氧化燃烧的过程，最后的灰渣通过排渣机构排出，其料层一般分为干燥层、热解层、还原气化层、氧化燃烧层和灰渣层，由于物料及工艺参数的变化，各层的高度会有偏移，控制要求较高。流化床气化设备可以对细小的污泥颗粒进行气化，但对污泥的含水率有一定的要求，另外由于气流速度较高，返混料的量较大，原料转化较低。
4.综上所述，如何设计一种新型的污泥气化方法，以克服传统污泥气化方法成本较高和原料转化低的问题，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明实施例的主要目的在于提出一种污泥气化处理装置及污泥气化处理的方法，旨在提供一种污泥气化处理装置，在同一设备对污泥进行气化，并将气化后的污泥燃烧，提高污泥的转化率和降低处理成本。
6.本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种污泥处理设备，包括：气化炉、进料装置及布料装置，所述气化炉包括用于气化污泥的气化筒体和气化炉膛，所述气化筒体连接在所述气化炉膛上，并与所述气化炉膛连通；所述气化炉膛内设有用于燃烧被气化后的污泥的活动炉排；所述进料装置沿从上到下的方向设在所述气化筒体内，用于朝向所述气化筒体进料污泥；所述布料装置的一端连通于所述气化筒体，另一端连通于所述气化炉膛，用于将所述气化筒体内被气化后的污泥传送至所述活动炉排；其中，所述气化筒体的顶端设有出气口。
7.在本发明一实施例中，所述气化炉还包括：固定炉排、推料板及驱动器，所述固定炉排设在所述气化筒体与所述气化炉膛连接处，用于连通所述气化筒体和所述气化炉膛；
所述推料板沿所述固定炉排的长度方向可移动设置在所述固定炉排和所述气化炉膛的外壳上，用于将所述固定炉排上被气化后的污泥推送至所述布料装置；所述驱动器设在所述气化炉膛的外壳上，所述驱动器的驱动杆连接在所述推料板上，用于推动所述推料板在固定炉排上作往复运动。
8.在本发明一实施例中，所述气化筒体沿从上至下的方向具有干燥层、热解层、还原气化层；所述进料装置连通于所述干燥层，所述干燥层之下为所述热解层，所述热解层之下为所述还原气化层，所述还原气化层位于所述固定炉排的上侧；其中，污泥经过所述进料装置进入所述干燥层，经过所述干燥层干燥后进入热解层，经过所述热解层热解后进入所述还原气化层，最终被所述推料板推送至所述布料装置。
9.在本发明一实施例中，所述布料装置包括：布料壳体、调节片及调节轮，所述布料壳体设在所述气化炉的一侧，所述布料壳体形成有布料腔，所述布料腔对应所述固定炉排开设有用于连通所述气化筒体的第一开口；所述布料腔的下侧连通所述活动炉排；所述调节片可转动设在所述布料腔的内壁上，其与活动炉排之间的空隙形成所述第二开口，用于将被气化后的污泥均匀铺设在活动炉排上；所述调节轮可转动设在所述布料壳体上，并连接于所述调节片，用于调节所述调节片的角度。
10.在本发明一实施例中，所述进料装置包括：进料管、上隔板及下隔板，所述进料管连通于所述气化筒体；所述上隔板可移动设在所述进料管内，用于关闭或开启所述进料管；所述下隔板可移动设在所述进料管内，并位于所述上隔板的下方，用于关闭或开启所述进料管；其中，所述上隔板的下侧设有上料位计，所述下隔板下侧设有下料位计。
11.在本发明一实施例中，所述污泥处理设备还包括：排渣箱，所述排渣箱设在所述气化炉膛内远离所述布料装置的一端；其中，所述活动炉排一端设在所述布料装置的下侧，另一端朝向所述排渣箱延伸设置，所述活动炉排沿所述布料装置到所述排渣箱的方向设置。
12.在本发明一实施例中，所述活动炉排设置为往复炉排，所述往复炉排的一端设在所述布料装置的下侧，另一端延伸至所述排渣箱；
13.所述气化炉的一侧设置有炉排驱动装置，所述炉排驱动装置可推动连接于所述往复炉排，用于带动所述往复炉排沿所述布料装置到所述排渣箱的方向往复运动。
14.在本发明一实施例中，所述污泥处理设备还包括：进风箱和供氧风机，所述进风箱设在所述活动炉排的下侧，且所述进风箱上设有多个可调节风门；所述供氧风机设在所述气化炉的一侧，所述供氧风机通过通风管道连通于所述进风箱。
15.本发明还提出一种污泥气化处理的方法，采用如上所述的污泥气化处理装置对污泥进行处理，所述污泥气化处理的方法的步骤包括：
16.通过进料装置向气化筒体内进料污泥；
17.污泥在气化筒体中发生物理和化学反应；
18.反应后的污泥通过布料装置传送至活动炉排；
19.反应后的污泥在活动炉排上经过高温燃烧，燃烧成炉渣。
20.在本发明一实施例中，所述污泥在高温的气化筒体中发生化学反应的步骤包括：污泥在气化筒体内发生的化学反应包括：
21.c
nhx
＝nc x/2h2；
22.c
nhx
nh2o＝nco (x/2 n)h 2
；
23.c
xhy
oz＝zco y/2h2 (x-z)c。
24.本发明的技术方案，通过在气化炉内设置气化筒体和气化炉膛，气化筒体对污泥进行气化处理，经过气化处理的污泥通过布料装置传送至气化炉膛的活动炉排，经活动炉排对被气化后的污泥进行燃烧，以完全处理污泥，提高污泥的转化率，同时降低污泥的处理成本。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
26.图1为本发明所述污泥气化处理装置的结构示意图；
27.图2为本发明所述推料板在固定炉排上的结构示意图；
28.图3为本发明所述污泥气化筒体内的气流方向结构示意图。
29.附图标号说明：
[0030][0031]
具体实施方式
[0032]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其
他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033]
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0034]
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“若干”、“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0035]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0036]
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0037]
本发明提出一种污泥气化处理装置，旨在提供一种污泥气化处理装置，在同一设备对污泥进行气化，并将气化后的污泥燃烧，提高污泥的转化率和降低处理成本。
[0038]
下面将在具体实施例中对本发明提出的污泥气化处理装置的具体结构进行说明：
[0039]
在本实施例的技术方案中，如图1所示，一种污泥处理设备100，包括：气化炉10、进料装置20及布料装置30，气化炉10包括用于气化污泥的气化筒体11和气化炉膛12，气化筒体11连接在气化炉膛12上，并与气化炉膛12连通(通过固定炉排40连通)；气化炉膛12内设有用于燃烧被气化后的污泥的活动炉排121；进料装置20沿从上到下的方向设在气化筒体11内，用于朝向气化筒体11进料污泥；布料装置30的一端连通于气化筒体11，另一端连通于气化炉膛12，用于将气化筒体11内被气化后的污泥传送至活动炉排121；其中，气化筒体11的顶端设有出气口13。
[0040]
可以理解地，通过在气化炉10内设置气化筒体11和气化炉膛12，气化筒体11对污泥进行气化处理，经过气化处理的污泥通过布料装置30传送至气化炉膛12的活动炉排121，经活动炉排121对被气化后的污泥进行燃烧，以完全处理污泥，提高污泥的转化率，同时降低污泥的处理成本。
[0041]
具体地，污泥通过进料装置20进入气化筒体11内，气化筒体11中污泥在下降的过程中受高温(80-120摄氏度)的作用，不断脱水，并逐步干燥，其中水蒸气随热解燃气通过出气口13一起排出炉外；干燥后的污泥经过高温的燃气(200-450摄氏度)发生热解反应；热解后的污泥继续下降，在气化筒体11中在高温条件下(800-1200摄氏度)发生还原反应产生一氧化碳和氧气，污泥中的一些有机质分解成固体碳，并与其它无机灰渣混合成为污泥碳一起下沉至布料装置30，通过布料装置30将污泥碳运送至气化炉膛12的活动炉排121，使得污泥碳可以在活动炉排121上充分燃烧，其燃烧的热量可以用于气化筒体11的污泥进行气化；进而将污泥彻底处理，并有效降低污泥处理的成本。
[0042]
在一种可行的实施方式中，气化筒体11上设有筒体检修口，用于检修气化筒体11
内的结构件。
[0043]
在一种可行的实施方式中，气化炉膛12内设置有用于焚烧燃料的焚烧台，用于朝向气化筒体11提供高温的热量；
[0044]
如图3所示，气化炉10内的热量和气体流动方向为：气化炉膛12内产生高温热量和燃烧气体，通过固定炉排40传送至气化筒体11，高温的热量和燃烧的气体与污泥发生反应气化反应，反应后的气体通过出气口13排出气化炉10。
[0045]
在本实施例的技术方案中，如图1至图2所示，气化炉10还包括：固定炉排40、推料板50及驱动器60，固定炉排40设在气化筒体11与气化炉膛12连接处，用于连通气化筒体11和气化炉膛12；推料板50沿固定炉排40的长度方向可移动设置在固定炉排40和气化炉膛12上，用于将固定炉排40上被气化后的污泥推送至布料装置30；驱动器60固定在气化炉膛12的外壳上，驱动器60的驱动杆连接在推料板50上，用于推动推料板50在固定炉排40上作往复运动。
[0046]
可以理解地，气化炉10还包括固定炉排40、推料板50及驱动器60；固定炉排40设在气化筒体11与气化炉膛12连接处，用于连通气化筒体11和气化炉膛12；推料板50沿固定炉排40的长度方向可移动设置在固定炉排40和气化炉膛12上，用于将固定炉排40上被气化后的污泥推送至布料装置30；驱动器60固定在气化炉膛12的外壳上，驱动器60的驱动杆连接在推料板50上，用于推动推料板50在在固定炉排40上作往复运动。
[0047]
在一种可行的实施方式中，固定炉排40包括上炉排和下炉排，上炉排上设置用通孔或缝隙，可以用于将气化炉膛12内的烟气或氧气等其他通过通孔或缝隙传输至气化筒体11，下炉排的侧面设置用通风孔用于朝向上炉排的底部传送烟气或氧气等气体，且下炉排可以用于接收上炉排经过缝隙或通孔漏出的污泥渣料。或固定炉排40上设置有通孔或缝隙，且固定炉排40位于活动炉排121上上侧，当固定炉排40上的污泥渣料通过缝隙或通孔下落时，直接落到活动炉排121上进行充分燃烧。
[0048]
在一种可行的实施方式中，为了对固定炉排40上被气化后的污泥进行充分地推料，推料板50对应固定炉排40设置有两个以上，沿固定炉排40的上表面将被气化后的污泥推送至布料装置30。
[0049]
在一种可行的实施方式中，驱动器60为液压推动器，液压推动器的驱动杆连接于推料板50。
[0050]
在一种可行的实施方式中，驱动器60为电动推动器或气压推动器。
[0051]
在本实施例的技术方案中，如图1所示，气化筒体11沿从上至下的方向具有干燥层111、热解层112、还原气化层113；进料装置20连通于干燥层111，干燥层111连通于热解层112，热解层112连通于还原气化层113，还原气化层113位于固定炉排40上；其中，污泥经过进料装置20进入干燥层111，经过干燥层111干燥后进入热解层112，经过热解层112热解后进入还原气化层113，最终被推料板50推送至布料装置30。
[0052]
可以理解地，气化筒体11内的污泥沿从上至下的方向依次为干燥层111、热解层112、还原气化层113；进料装置20连通于干燥层111，干燥层111连通于热解层112，热解层112连通于还原气化层113，还原气化层113位于固定炉排40上；其中，污泥经过进料装置20进入干燥层111，经过干燥层111干燥后进入热解层112，经过热解层112热解后进入还原气化层113，最终被推料板50推送至布料装置30，污泥在气化筒体11的发生的反应有：
[0053]cnhx
＝nc x/2h2；
[0054]cnhx
nh2o＝nco (x/2 n)h2；
[0055]cxhy
oz＝zco y/2h2 (x-z)c。
[0056]
上述是污泥中的有机质在高温下主要反应原理，除分解为小分子气体外，也会裂解成其他小分子有机物，此类小分子有机物在高温下呈气态，低温下为液态，成分复杂，一般统称为焦油；在系统中除了上述主反应外，高温烟气及有机质高温热解气通过高温碳层时还可以发生复杂的还原反应转换成含co、h2、ch4等成分的可燃气体，具体的化学反应有：
[0057]
c o2＝co2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
co2 c＝2co
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2c o2＝2co
[0058]
2co o2＝2co2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2h2o c＝co2 2h2ꢀꢀꢀꢀꢀ
h2o co＝co2 h2[0059]
c 2h2＝ch4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
co2 h2＝co h2o
ꢀꢀꢀꢀꢀ
h2o c＝co h2。
[0060]
在本实施例的技术方案中，如图1所示，布料装置30包括：布料壳体31、调节片32及调节轮33，布料壳体31设在气化炉10的一侧，布料壳体31形成有布料腔，布料腔对应固定炉排40开设有用于连通气化筒体11的第一开口311；布料腔的下侧连通活动炉排121；调节片32可转动设在布料腔的内壁上，与活动炉排121之间的空隙形成第二开口312，用于将气化后的污泥均匀铺设在活动炉排121上；调节轮33可转动设在布料壳体31上，并连接于调节片32，用于调节调节片32的角度。
[0061]
可以理解地，布料壳体31设在气化炉10的一侧，布料壳体31形成有布料腔，布料腔对应固定炉排40开设有用于连通气化筒体11的第一开口311；被气化后的污泥从第一开口311进入布料腔，被气化后的污泥从布料腔内流动至活动炉排121上，被气化后的污泥随活动炉排121移动至第二开口312处，调节片32阻挡在活动炉排121的上侧限定活动炉排121上被气化后的污泥的高度，可以通过调节轮33调节调节片32的角度，进而调节活动炉排121上被气化后的污泥的高度。
[0062]
在一种可行的实施方式中，布料壳体31上设置有布料检修口34，位于布料壳体31的顶部，用于在布料壳体31内的调节机构发生故障时，可以通过布料检修口34进行维修。
[0063]
在本实施例的技术方案中，如图1所示，进料装置20包括：进料管21、上隔板22及下隔板24，进料管21连通于气化筒体11；上隔板22可移动设在进料管21内，用于关闭或开启进料管21；下隔板24可移动设在进料管21内，并位于上隔板22的下方，用于关闭或开启进料管21；其中，上隔板22的下侧设有上料位计23，下隔板24下侧设有下料位计25。
[0064]
可以理解地，进料管21连通于气化筒体11；上隔板22可移动设在进料管21内，用于关闭或开启进料管21；下隔板24可移动设在进料管21内，并位于上隔板22的下方，用于关闭或开启进料管21；其中，上隔板22的下侧设有上料位计23，下隔板24下侧设有下料位计25。
[0065]
具体地，在进料时，污泥进入进料管21，通过打开上隔板22将污泥进料至上隔板22和下隔板24之间的空隙中，并通过打开下隔板24的方式将污泥进料至气化筒。其中，上料位计23用于感应上隔板22和下隔板24之间的污泥位置，当污泥的高度达到上料位计23所在位置时，关闭上隔板22，停止上隔板22进料；当进料管21中污泥的高度下降到下料位计25的位置，打开下隔板24进料，进料结束，当下隔板24关闭后，开启上隔板22将污泥进料至上隔板22和下隔板24之间。
[0066]
在本实施例的技术方案中，如图1所示，污泥处理设备100还包括：排渣箱70，排渣箱70设在气化炉膛12内远离布料装置30的一端；其中，活动炉排121一端设在布料装置30的
下侧，另一端朝向排渣箱70延伸设置，且活动炉排121沿布料装置30到排渣箱70的方向倾斜设置。
[0067]
可以理解地，排渣箱70设在气化炉膛12内远离布料装置30的一端；其中，活动炉排121一端设在布料装置30的下侧，另一端朝向排渣箱70延伸设置，且活动炉排121沿布料装置30到排渣箱70的方向倾斜设置。
[0068]
具体地，被气化后的污泥被布料装置30传送至活动炉排121，被气化后的污泥在活动炉排121上燃烧，并被活动炉排121朝向排渣箱70方向移动，当被气化后的污泥被充分燃烧后，直接被活动炉排121传送至排渣箱70，通过绞龙、刮板机等排渣机构将灰渣送出气化炉。
[0069]
在本实施例的技术方案中，如图1所示，活动炉排121设置为往复炉排，往复炉排的一端设在布料装置30的下侧，另一端延伸至排渣箱70；气化炉10的一侧设置有炉排驱动装置122，炉排驱动装置122可转动连接于往复炉排，用于带动往复炉排沿布料装置30到排渣箱70的方向作往复运动。
[0070]
可以理解地，活动炉排121设置为往复炉排，往复炉排的一端设在布料装置30的下侧，另一端延伸至排渣箱70；气化炉10的一侧设置有炉排驱动装置122，炉排驱动装置122可转动连接于往复炉排，用于带动往复炉排沿布料装置30到排渣箱70的方向作往复运动。
[0071]
在一种可行的实施方式中，气化炉膛12设置有用于检修炉膛内部的炉膛检修口123。
[0072]
在本实施例的技术方案中，如图1所示，污泥处理设备100还包括：进风箱80和供氧风机90，进风箱80设在活动炉排121的下侧，且进风箱80上设有多个可调节风门；供氧风机90设在气化炉10的一侧，供氧风机90通过通风管道连通于进风箱80。
[0073]
可以理解地，为了使得气化炉膛12内的燃料能够更加充分地燃烧，在活动炉排121的下侧设置有进风箱80，用于朝向气化炉膛12内提供氧气，进风箱80设置有风门，并在进气口设置调节装置，用于调节风门的大小，以便于控制气化炉膛12内氧气的量，进而控制气化炉膛12内燃料的燃烧速度和强度。供氧风机90设在气化炉10的一侧，供氧风机90通过通风管道连通于进风箱80。
[0074]
本发明还提出一种污泥气化处理的方法，采用如上的污泥气化处理装置对污泥进行处理，污泥气化处理的方法的步骤包括：
[0075]
s10：通过进料装置20向气化筒体11内进料污泥；
[0076]
s20：污泥在气化筒体11中发生物理和化学反应；
[0077]
可以理解地，污泥通过进料装置20进入气化筒体11内，气化筒体11中污泥在下降的过程中受高温(80-120摄氏度)的作用，不断脱水，并逐步干燥，其中水蒸气随热解燃气通过出气口13一起排出炉外；干燥后的污泥经过高温的燃气(200-450摄氏度)发生热解反应；热解后的污泥继续下降，在气化筒体11中在高温条件下(800-1200摄氏度)发生还原反应产生一氧化碳和氧气，污泥中的一些有机质分解成固体碳。
[0078]
s30：反应后的污泥通过布料装置30传送至活动炉排121；
[0079]
可以理解地，有机质分解得到的固体碳与其它无机灰渣混合成为污泥碳一起下沉至布料装置30，通过布料装置30将污泥碳运送至气化炉膛12的活动炉排121，
[0080]
s40：反应后的污泥碳在活动炉排121上经过高温燃烧，燃烧成炉渣。
[0081]
可以理解地，反应得到的污泥碳可以在活动炉排121上充分燃烧，其燃烧的热量可以用于气化筒体11的污泥进行气化；进而将污泥彻底处理，并有效降低污泥处理的成本。
[0082]
在本实施例的技术方案中，污泥在高温的气化筒体11中发生化学反应的步骤包括：污泥在气化筒体11内发生的化学反应包括：
[0083]cnhx
＝nc x/2h2；
[0084]cnhx
nh2o＝nco (x/2 n)h2；
[0085]cxhy
oz＝zco y/2h2 (x-z)c
[0086]
上述是污泥中的有机质在高温下主要反应原理，除分解为小分子气体外，也会裂解成其他小分子有机物，此类小分子有机物在高温下呈气态，低温下为液态，成分复杂，一般统称为焦油；在系统中除了上述主反应外，高温烟气及有机质高温热解气通过高温碳层时还可以发生复杂的还原反应转换成含co、h2、ch4等成分的可燃气体，具体的化学反应有：
[0087]
c o2＝co2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
co2 c＝2co
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2c o2＝2co
[0088]
2co o2＝2co2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2h2o c＝co2 2h2ꢀꢀꢀꢀꢀ
h2o co＝co2 h2[0089]
c 2h2＝ch4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
co2 h2＝co h2o
ꢀꢀꢀꢀꢀ
h2o c＝co h2。
[0090]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。