CN101365548B - 对有机材料进行热处理的设备及所用的方法 - Google Patents

Abstract

通过热空气对有机材料进行间接加热，其中热空气具有对有机材料进行处理所需的温度，该方法包括通过迫使由有机材料衍生的蒸汽和气体与燃烧器的火焰接触，以使其内的有机气体燃烧，从而使它们再循环到热空气回路里。用于执行该方法的设备包括双壁密封罐；外壁是绝缘的，内壁是导热的，由所述壁形成的空间限定出热空气回路。

Description

对有机材料进行热处理的设备及所用的方法

相关申请的交叉引用

没有相互关联的申请。

技术领域

本发明总体上涉及对有机材料进行热处理的方法和设备，更特别的是对各种有机材料进行蒸煮、脱水和/或消毒，以便将它们转变成可用作土壤肥料或甚至动物饲料添加剂的无菌产品，各种有机材料例如有：鸟粪、粪肥、屠宰场废料、孵化器废料、兽皮和畜体废料之类的有机废料，污水处理的淤泥，如鸡蛋残余之类的疫苗生产废料，被生物污染的有机物废料，以及其它类似材料。该方法和设备还适合对蔬类和蔬菜类物质进行脱水。

发明背景

已经提供了许多对有机物质进行热处理的方法和系统，尤其是提供了通过包含脱水、蒸煮和消毒的方法将有机废料热转化成最好有用的产品的方法和系统。

例如，来自市政污水处理的淤泥通常进行脱水，如果随后还要使用该有机物例如用于土壤增肥，还要经受某些形式的包括加热的消毒处理。因此有机材料可以进行蒸煮，并且为了这一目的，已经设立了许多工厂。

相似的系统被用于对其它有机废料和材料进行热处理。

然而，常规系统的缺点之一在于衍生出蒸汽和气体，这些蒸汽和气体带有有味的组分，甚至常常带有有毒物质，并且它们一般被直接排放到大气中。常规系统的缺点还有：它们一般比较复杂，需要大量人力，并且加热的方法也不经济。

此外，这些系统一般也不适合对被细菌和/或病毒(即来自疫苗生产的鸡蛋残余)和/或其它病原体污染的有机材料进行无害化处理和/或消毒。

因此需要一种能消除上述问题的设备。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于对有机废料进行热处理的改良系统，从而可以避免早期系统的缺点。

本发明的另一目的在于提供一种用于对有机材料进行热处理的改良设备。

本发明的又一目的在于提供一种用于对受到生物污染的有机材料进行热处理的设备。

本发明的另一目的在于提供一种用于对有机物质、尤其是有机废料进行热处理的设备，它能够对任何气味进行完全消除，减少人力需求，并且从能量的观点来看比早期的系统更经济。

所以，本发明的方法是一种通过热空气间接加热有机材料的方法类型，热空气具有处理有机材料所需的温度，该方法包括通过迫使由有机材料衍生的蒸汽和气体与燃烧器的火焰接触以便燃烧其内包含的有机气体，从而使该蒸汽和气体再循环到热空气回路内。

因此，不仅是气味被消除，而且衍生的蒸汽和气体的再循环使得热量消耗显著下降。

根据本发明，这些目的和其它目的在用于对有机材料、尤其是有机废料进行热处理的方法中得以实现，这些目的和其它目的在下文中会变得更清楚。该方法可能涉及到有机材料的脱水、消毒和蒸煮，以生产有用的固体。该方法包括搅拌与导热壁接触的密封室中的有机废料块，该导热壁被由燃烧器产生的燃烧气体从外部加热，密封室中的有机材料释放的蒸汽被供给到燃烧器中进行燃烧以产生燃烧器火焰。

通过使由固体材料衍生的所有气体和蒸汽连续地再循环到燃烧器火焰，例如，使这些蒸汽和气体与燃烧维持气体(空气)和燃料混合，就可以使这些蒸汽完全消除。此外，再循环的气体和蒸汽为燃烧过程贡献了热值，因此改善了设备的燃料经济性。最后，由于带味的气体或蒸汽通过燃烧被消除，因此排放到环境中的气体基本上不含有味、有毒、有生物污染和/或有毒的物质。

本发明的设备最好包括水平的细长双壁罐，其形成有半圆柱形底部并且其内部具有混合或搅拌装置，该混合或搅拌装置用于将有机材料靠着限定所述室的内壁运动。

根据本发明的一方面，内壁和外壁之间的空间被供给有来自燃烧器的燃烧气体，该燃烧器最好可以通向所述室的底部下方的空间。内壁由高导热率的材料制成，而外壁由热绝缘材料制成。

根据本发明的一个特点，所述罐设有至少一个、优选是多个可以密封的开口，这些开口与所述室相通，用于引入有机废料，它们最好位于所述罐的罐顶上，同时，另外的可以密封的开口在罐的底部、最好是在一个轴端处形成排放孔。

该设备还具有与所述室相通的管道，该管道优选地穿过罐顶，并且通向燃烧室。

在所述室内的搅拌或混合装置可以包括具有与罐的轴线重合或平行延伸的水平轴的混合器，该水平轴可以沿一个方向旋转以使有机材料沿着导热壁简单地移动，而沿相反方向的旋转使它的可以被形成适当形状的叶片用作输送元件，并且使有机材料朝向排放孔前进。然而，如果罐的形状不同，搅拌装置的构造应该相应地改变。

自然地，传感装置可以设置在所述室内、烟囱内和/或其它适当的位置，以确保在那里形成并保持所需的温度。

尽管可以操纵燃烧器以提供吸力，该吸力使衍生的蒸汽和气体再循环，但是一直认为在连接所述室和燃烧器的管道中设置鼓风机或类似物以向燃烧器强制供给所释放的蒸汽和气体是有利的。

实际上，根据当前已知的用于实现本发明的最佳方式，燃烧器的构造包括成截头圆锥形收敛的出口，该收敛的出口在其口部处具有向内收敛的截头圆锥形构造的加热耐火体，其收缩了该口部或孔口。被加热到炽热的该耐火体用于确保有机物质在没有进行燃烧或热解的情况下不会穿过该孔口。

此外，根据优选实施方式，两壁之间的空间最好设有网格或挡板，以确保热气体沿着壁有效地分布，并且穿过其进行最佳的传导，其中，燃烧气体穿过两壁循环以加热所述室内的物质。

最后，本发明的重要特征在于在罐的罐顶附近设置有换热器。穿过内、外壁之间的空间循环的燃烧气体被进一步带到换热器。在脱水过程中以及在燃料和衍生的气体及蒸汽的燃烧过程中使用的新鲜空气也被送给换热器。然后，来自燃烧气体的余热被部分地传递给新鲜空气。受热的新鲜空气然后被引入到罐中，因此增加了脱水过程的效率。

附图说明

图1是穿过根据本发明的用于加热有机物的设备的纵向垂直剖面图，该图是大致沿图2中的线I-I得到的；

图2是沿图1中的线II-II得到穿过图1的设备的横截面图；以及

图3是放大比例的截面图，显示了图1中的设备的燃烧器的细节。

具体实施方式

如图所示，本发明的设备1被构造成水平的细长的罐2，该罐形成有半圆柱形的底部和一对垂直的纵向壁，这对垂直的纵向壁从该半圆柱形底部升起并且在它的轴向端处封闭。槽形的罐2在其顶部处也被水平的罐顶6封闭。因此，当相对罐的水平轴线横向看时，罐通常具有马蹄形的横截面。

罐2是双壁结构，即包括内壁3和外壁4，其中，内壁3由热的良导体材料(例如金属或铜、钢、不锈钢或铝的金属合金)形成，外壁由绝热材料(例如耐火材料、陶瓷或类似物)形成。

空间5沿着罐2的底部和纵向侧形成在内壁3和外壁4之间，并且构成用于使热空气循环的空间5，所述热空气用于对接收在罐2内的有机材料进行脱水和最终蒸煮。

罐2的罐顶6是密封所述空间的壁，它也由绝热材料构成。

混合器被设置在罐2内，并且用7来表示。该混合器7具有与罐2的底部的轴线平行延伸或重合的轴7a，并且该轴7a通常被安装到罐2的端壁上。在其中一个端壁处，轴7a通过电动机和减速变速箱10被齿轮传动装置或者带传动装置驱动。液压扭矩限制器(未示出)也可以安装到轴7a上，以防止轴7a受到任何过大的应变。在罐2的相对的端壁上，轴7a的另一端具有轴颈轴承。该轴承载多个径向叶片7b，这些臂沿着轴7a在轴向上间隔开，并且在加热操作过程中用于使物料沿着内壁3旋转，并混合该物料。

第一装料口8设置在罐顶6中，并且被活动盖9密封闭合。第一装料口8一般用于固体或半固体废料。在罐顶6中还设置有阀门形式的第二装料口38，用于液体或至少可泵送的废料。在废料与罐2的外部没有任何直接接触的情况下，第二装料口38还允许直接填充罐2。当废料被细菌和/或病毒污染时，这一点特别重要。如果废料与罐2的外部有接触，那么来自废料的烟雾或粉尘就可能被分散在设备1周围的区域内，并实际污染该区域。

当设备1处于预热模式时，第二装料口38也可用于向罐2中填装水。下面对预热模式做进一步介绍。

罐2还具有排放孔11。排放孔与料槽23相通。排放孔11可以被活动塞12密封闭合。

设备1还设有具有燃烧室13的燃烧器14，该燃烧室穿过它的向前收敛的口部通向由内壁3和外壁4限定的空间的底部的下方的循环空间5。通过合适的喷嘴、喷雾机或注射器向燃烧器14供应燃料，该燃料可以是天然气或合成气、燃料油或其它易燃品。燃烧过程由燃烧室13内的虚线表示。燃烧的结果是燃烧气体的混合物，这些气体通过由内壁3和外壁4限定的空间5进行循环，从而在该过程中借助导热内壁3加热有机物料。当通过第一装料口8或第二装料口38引入到罐2内的有机材料被混合器7进行混合时，这些热的气体对这些材料进行加热、脱水和最终蒸煮，以生成衍生气体和蒸汽。

罐2的内部通过管道15与燃烧器14的燃烧室13相连接，管道15将由有机材料衍生而来的气体和蒸汽带到燃烧器14。

由于在燃烧室13内、在由燃烧产生的膨胀气体的稍微上游处例如通过文丘里效应可以产生负压，因此如箭头16所示，该吸力可足以通过管道15将由处理中的有机材料释放的气体和蒸汽抽到燃烧器14内。因此，由有机材料释放的气体和蒸汽就被送到燃烧器14的火焰，并燃烧生成至少大部分操作加热设备1所需的热量(卡路里)。然而，还可以在管道15内，最好是在罐2的罐顶6的附近处设置鼓风机19，以便改善衍生的气体和蒸汽从罐2到燃烧器14的循环。

因此，该系统具有双重的好处，即由有机材料衍生的并且带有气味的蒸汽和气体通过燃烧实际上被完全消除，另外，这些气体还被送到处于它们的蒸发温度的燃烧器14，这可以回收相当数量的热量(卡路里)。

通过在交错的位置处设置挡板18能使热量沿着罐2的内壁3分布得更好。挡板18仅在图2中做了图示。这些挡板18减少了燃烧气体在空间5内的流动，因此允许热量更好地在气体和有机材料之间传递。

为了加强脱水过程，通过泵40从罐2的外部摄取新鲜空气，并将其通过管路41引入罐2。然而，为了使脱水过程更有效且更快，在被送往罐2内部之前，优选地将新鲜空气送往位于罐2的罐顶6附近的换热器42。较热的新鲜空气具有更大的、吸收由有机材料衍生而来的蒸汽和其它气体的能力。此外，加热的空气有助于加热有机材料，从而促进它们脱水。

换热器42的热量来自燃烧气体。实际上，换热器42被用于将保存在燃烧气体中的一部分热量传递给新鲜空气，其中，这些燃烧气体在内壁3和外壁4之间的空间5内一直循环。

因此，当新鲜空气从外部被泵送来时，它被送往位于另一盘状管47附近的盘状管45，燃烧气体通过该另一盘状管47进行循环。这些盘状管45和47最好由诸如铜之类的导热材料制成。当新鲜空气在盘状管45内循环而燃烧气体在盘状管47内循环时，一部分热量被从燃烧气体传递到新鲜空气。在盘状管45的端部，被加热的新鲜空气被送到罐2的内部，以便与衍生的气体和蒸汽混合，从而加速脱水过程。该新鲜空气还被用在燃烧室13中，用于燃烧燃料和衍生的蒸汽和气体。

此外，由于盘状管47位于罐2的内部，因此它还会将燃烧气体的一部分热量传递到罐2的内部中已有的环境空气中，从而进一步促进脱水过程。

因此，本设备1具有极高的能量效率这一直接优点。通过从燃烧气体中再循环尽可能多的热量，可以加速脱水过程或减少燃料消耗。

最后，盘状管47的端部与烟囱17相连接，气体通过该烟囱被排到大气中。

可以在烟囱17的内部安装鼓风机49，以便调节位于外壁3和内壁4之间的空间5内的气体的流动，并防止出现可能损害设备或阻碍脱水过程的任何过压。

为了消除燃烧器14的燃烧室13内的再循环蒸汽不燃烧的任何风险，在燃烧室13的口部的中心(见图3)、即燃烧火焰的紧前方设置有一耐火体21。因此，该耐火体被火焰连续地保持在炽热状态。另外，燃烧器的口部被形成为朝向孔口收敛的截锥状，从而将所有的气体推向耐火体21，并沿着耐火体21推动它们。这些气体与耐火体的接触保证了可能的未被燃烧的气体几乎完全地燃烧或热降解。

此外，还发现燃烧室13的截锥形口部能够产生反压力，该反压力能促使再循环蒸汽与燃烧器14的火焰更好地混合。

另如图3所示，燃烧器14的燃烧室13还可以设置有折流板22，它们能有效防止燃烧气体特别是通过管道15的任何回流。

尽管有耐火体21，但是某些有机材料、尤其是病毒及其它病原体在燃烧室13内仍然有可能逃过完全消除。为了防止病毒及其它病原体逃逸到大气内，设备1包括预热模式。在预热模式下，清水或其它中性的且一般无毒的液体被引入到罐2的内部，然后设备1被启动。当检测到设备1、尤其是罐2和烟囱17的内部达到预定温度(即优选的灭杀温度)时，有机废料被引入到罐2的内部。罐2的和烟囱17的热量保证在没有被消灭的情况下没有病毒及其它病原体会逃逸出设备1。温度优选通过分别位于罐2和烟囱17的内部的温度传感器25和51来检测。

当设备1是冷的时，如果受到生物污染的废料被引入到设备1内，那么一些病毒及其它病原体就可能由于到设备1的热量不足以提供灭杀能力而逃过完全消除。因此，这些病毒及其它病原体会被排到大气中，从而严重污染设备1周围的区域。

根据本发明的另一特征，混合器7的每个叶片7b都形成有朝向排放孔11定向的横向斜面(在图中不可见)，以便当混合器7沿第一方向旋转时，使有机材料朝向排放孔11偏转。然而，当混合器7沿相反方向旋转时，叶片7b不提供轴向力。当有机材料通过排放孔11一排出时，它们就会被接收到料槽或料斗23内。

如图1所示，混合器的叶片7b的自由端可以具有挠性元件，例如链24，以便刮擦罐2的内壁3，并因此限制有机材料粘附到罐2的内壁3上。

最后，图1所示的设备1还优选地设有至少两个与控制器26相连的温度传感器25和51。控制器26通过燃烧器喷嘴30的燃料阀28可以保持罐2和/或烟囱17内所需的温度。如果需要，其它传感器(即温度、压力、湿度传感器)和探测器(尤其是化学品的和病原体的)也可以安装在设备1上。

显然，上述的优选实施方式的特征实质上不能被认为是限制性的。实际上，罐的形状、混合器的构造和某些元件的布置都可以变化。从此，本发明的有效范围将在所附的权利要求书中限定。

Claims (11)

1.一种用于对有机材料进行热处理的设备，所述设备包括：

a.具有底部且包括内壁和外壁的罐，其中，内壁由导热材料形成，外壁由绝热材料形成，且所述内壁和所述外壁限定了一空间；

b.封闭所述罐的罐顶，所述罐顶与所述内壁一起形成适合接收有机材料的处理室；

c.至少一个与所述处理室相通的装料口，所述有机材料能通过该装料口被引入到所述处理室内；

d.通向所述空间的燃烧器，该燃烧器用于维持适合生成燃烧气体的火焰，所述燃烧气体通过所述空间进行循环，用于通过所述内壁加热所述有机材料；

e.在所述处理室和所述燃烧器之间延伸的管道，用于将由所述有机材料衍生的气体带到所述火焰；

f.在所述处理室和所述设备的外部之间延伸的管路，用于将新鲜空气引入到所述处理室内；

g.位于所述处理室内部的混合器；

h.与所述空间和所述管路相连接的换热器，所述换热器位于所述处理室内部。

2.如权利要求1所述的设备，还包括至少一个温度传感器。

3.如权利要求1所述的设备，其中，所述罐还包括适合被密封闭合的排放孔。

4.如权利要求1所述的设备，其中，所述换热器还包括第一盘状管和第二盘状管，所述第一盘状管与所述空间相连接，用于输送所述燃烧气体，所述第二盘状管与所述管路相连接，用于输送所述新鲜空气，所述第一盘状管和第二盘状管相邻，用于将所述燃烧气体的一部分热量传递到所述新鲜空气。

5.如权利要求4所述的设备，其中，所述第一盘状管进一步与一烟囱相连接，用于将所述燃烧气体运送到所述设备的外部，所述第二盘状管进一步与所述处理室相连，用于将所述被加热的新鲜空气运送到所述处理室内部。

6.一种用于对被生物污染的有机材料进行热处理的方法，所述方法包括如下步骤：

a.提供适合对有机材料进行热处理的设备，所述设备至少包括：罐，所述罐在内壁和外壁之间限定了一空间；封闭所述罐的罐顶，所述罐顶与所述内壁一起形成处理室；至少一个与所述处理室相通的装料口；通向所述空间的燃烧器；在所述处理室和所述燃烧器之间延伸的管道；在所述处理室和所述设备的外部之间延伸的管路，用于将新鲜空气引入到所述处理室内；与所述空间和所述管路相连接的换热器，所述换热器位于所述处理室内部；和温度传感器；

b.将液体引入到所述处理室的内部；

c.用所述燃烧器预热所述设备；

d.等待直到所述处理室的内部达到灭杀温度；

e.将被生物污染的有机材料引入到所述处理室的内部；

f.用所述燃烧器对位于所述处理室的内部的所述被生物污染的有机材料进行热处理。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述液体是基本中性的液体。

8.如权利要求7所述的方法，其中，所述基本中性的液体是水。

9.如权利要求6-8中任何一项所述的方法，其中，所述方法还包括如下步骤：

a.回收由处理中的所述被生物污染的有机材料衍生的气体和蒸汽；

b.将所述气体和所述蒸汽带到所述燃烧器以使所述气体和所述蒸汽燃烧。

10.如权利要求6-8中任何一项所述的方法，其中，所述被生物污染的有机材料是来自疫苗生产的废料。

11.如权利要求9所述的方法，其中，所述被生物污染的有机材料是来自疫苗生产的废料。

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