CN101376813A - 高含水有机物的碳化处理方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明目的在于在高含水有机物碳化处理中，维持碳化物品质并且减少为得到在碳化炉的碳化处理用热量以及在干燥炉的干燥用热量而所需的辅助燃料的消费量。在干燥炉干燥处理高含水有机物后，在碳化炉进行碳化处理得到碳化物，且在燃烧炉利用燃烧用空气以及辅助燃料燃烧在碳化炉的碳化处理产生的干馏气体，将燃烧炉出口处燃烧废气温度保持为在碳化炉的碳化处理所需气体温度与在干燥炉的干燥处理所需气体温度之间进行燃烧，来自燃烧炉的燃烧废气分支为至少两个系统，将第1系统的燃烧废气管道的燃烧废气用碳化炉用燃烧装置追加加热至碳化处理所需气体温度，然后供应给碳化炉的碳化处理，将第2系统的燃烧废气管道的燃烧废气供应给干燥炉的干燥处理。

Description

高含水有机物的碳化处理方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种碳化处理方法及其装置，其用于对在污水处理场或粪尿处理场等产生的污泥、以及食品加工残渣、家畜粪尿等高含水有机物、尤其是含氮的高含水含氮有机物进行处理。

背景技术

为了碳化以污水污泥为代表的含有较高水分的有机物，一般在对作为原料的含有水分的有机物进行干燥处理后，对其进行碳化处理。此处，作为碳化处理的热源，一般使用的是使在碳化处理过程中产生的干馏气体燃烧后的燃烧废气(例如，专利文献1)。但是，在如此使用干馏气体时，碳化温度受干馏气体的量或其发热量影响。其结果是存在以下问题：碳化程度听其自然，存在碳化物制品的品质不安定的问题。

为了解决此问题，本专利申请人提出在专利文献2所述的碳化处理装置。图2为表示该碳化处理装置的一个例子的模式图。如图2所示，该碳化处理装置，主要由以下部分构成：对污水污泥进行脱水的脱水机10、干燥脱水污泥的干燥炉20、对干燥后的污泥进行碳化处理的外热式旋转炉型的碳化炉30、主要燃烧在碳化炉30产生的干馏气体并将该燃烧废气作为干燥炉20的热源的燃烧炉60、以及主要燃烧辅助燃料并将该燃烧废气作为碳化炉30的热源的燃烧炉70。

在干燥炉20处的干燥是如下这样进行的：向燃烧炉60供应来自碳化炉30的干馏气体、由LNG或柴油等化石燃料组成的辅助燃料、从干燥炉20排出且被循环气体预热器61加热了的废气、以及从风扇62供给的燃烧用空气，从管道63导入它们燃烧而得到的燃烧废气，使其与污泥直接接触。并且，超出干燥需要量的燃烧废气不再供应给干燥炉20，送往管道64的系统。

另一方面，在碳化炉30处的加热是如下这样进行的：在与燃烧炉60分别放置的燃烧炉70中，用来自管道71以及循环管道72的燃烧用空气燃烧辅助燃料，将由此得到的燃烧废气供给到碳化炉30的外筒，通过不与污泥直接接触而利用间接加热来进行。并且，来自管道71的空气，通过与空气预热器73处的废气进行热交换而被加热。

另外，在碳化炉30生成的干馏气体，除了从管道74导入燃烧炉60外，也根据需要通过管道75导入燃烧炉70。

如此，将干馏气体供应到向干燥炉20供给热源的燃烧炉60，得到必要热量，并且主要将辅助燃料供应到向碳化炉30供给热源的另外放置的燃烧炉70，得到必要热量，由此，在碳化炉30处的碳化温度不受干馏气体的量等影响，可以实现稳定化，因此能够得到高品质的碳化物。

专利文献1：日本特开平11—37645号公报

专利文献2：日本特开2005—200522号公报

但是，若通过在燃烧炉70主要燃烧辅助燃料而得到在碳化炉30处的碳化处理所需的热量，通过燃烧在碳化炉30产生的干馏气体而得到在干燥炉20处的干燥处理所需的热量，则在燃烧炉60燃烧干馏气体而得到的热量，相对于在干燥炉20中的干燥处理所需的热量过剩。因此，超过干燥处理需要量的燃烧废气被送往管道64，即使在循环气体预热器61与来自干燥炉20的废气进行热交换，或者在空气预热器73与外部空气进行热交换，也产生热量损失。另外，因为像这样发生热量损失，所以向碳化炉30的热源即燃烧炉70供应的辅助燃料的量也增加。因此，从碳化处理装置整体来看，存在每碳化物生成量的辅助燃料(化石燃料)的消费量高的问题。

发明内容

因此本发明鉴于上述问题点，目的在于提供一种高含水有机物的碳化处理方法及其装置，其在维持碳化物品质的同时，可以减少为了得到用于在碳化炉的碳化处理的热量以及用于在干燥炉的干燥的热量所需的辅助燃料的消费量。

为达成所述目的，作为本发明的一个实施方式，是一种高含水有机物的碳化处理方法，对高含水有机物进行干燥处理，对经过该干燥处理后的高含水有机物进行碳化处理，其特征在于，利用燃烧用空气以及辅助燃料燃烧在所述碳化处理产生的干馏气体，使其燃烧废气温度保持为在所述碳化处理所必要的气体温度与所述干燥处理所必要的气体温度之间的温度，将该燃烧废气分支到至少2个系统，将第1系统的燃烧废气追加加热至所述碳化处理所必要的气体温度，然后供应给所述碳化处理，将第2系统的燃烧废气供应给所述干燥处理。

优选的是所述第2系统的燃烧废气与在所述干燥处理产生的干燥废气的一部分混合，在达到所述干燥处理所必要的气体温度之后，供应给所述干燥处理。另外，优选将所述燃烧废气分支到至少3个系统，并且用第3系统的燃烧废气加热在所述干燥处理产生的干燥废气的一部分，之后供应给所述干馏气体的燃烧。

作为本发明的另一个实施方式，是一种高含水有机物的碳化处理装置，其利用干燥装置对高含水有机物进行干燥处理，利用碳化炉对经过该干燥处理后的高含水有机物进行碳化处理，其特征在于，具备：燃烧炉，该燃烧炉利用燃烧用空气以及辅助燃料燃烧来自所述碳化炉的在所述碳化处理产生的干馏气体，且将其燃烧废气的出口温度控制为在所述碳化炉的碳化处理所必要的气体温度与在所述干燥装置的干燥处理所必要的气体温度之间的温度来进行燃烧；燃烧废气管道，其将该燃烧炉出口的燃烧废气分支供应给至少两个系统，所述燃烧废气管道的第1系统的管道与所述碳化炉的碳化处理用的气体入口侧连接，第2系统的管道与所述干燥装置的干燥处理用的气体入口侧连接，在所述第1系统的管道设有燃烧废气加热装置，所述燃烧废气加热装置将该第1系统的管道的燃烧废气追加加热至在所述碳化炉的碳化处理所必要的气体温度。

关于本发明的高含水有机物的碳化处理装置，优选还具备干燥废气循环管道，所述干燥废气循环管道连接所述干燥装置的干燥废气出口和所述第2系统的管道，将所述第2系统的管道的燃烧废气与在所述干燥装置产生的干燥废气混合，达到在所述干燥装置的干燥处理所必要的气体温度。另外，优选所述燃烧废气管道分支为至少三个系统，该高含水有机物的碳化处理装置还具备：该第3系统的管道；干燥废气管道，其向所述燃烧炉供应在所述干燥装置产生的干燥废气；热交换器，其利用所述第3系统管道的燃烧废气加热所述干燥废气管道的干燥废气，之后供应给所述燃烧炉。

根据本发明，利用燃烧用空气以及辅助燃料燃烧在碳化处理产生的干馏气体，将该燃烧废气温度保持在碳化处理所需的气体温度与干燥处理所需的气体温度之间的温度，燃烧废气分支为至少2个系统，将第1系统的燃烧废气追加加热至所述碳化处理所需的气体温度，然后供应给碳化处理，第2系统的燃烧废气供应给干燥处理，由此，在碳化炉的碳化处理中，使用干馏气体的燃烧废气的一部分，可以减少碳化处理所需的辅助燃料。另外，碳化处理所需的热量，除了干馏气体的燃烧废气以外，可以通过燃烧辅助燃料等来调整，因此可以不对干燥处理所需的热量带来影响，可以稳定控制碳化物的品质。因此，在维持通过碳化处理得到的碳化物的品质的同时，可以减少为了得到碳化处理用热量以及干燥用热量的必要的辅助燃料的消费量。并且，燃烧炉的燃烧条件独立于作为碳化处理的热源而要求的条件，可以在最合适的燃烧条件(完全燃烧以及低NO_X、低N₂O)下运转。

附图说明

图1是表示本发明的高含水有机物的碳化处理装置的一个实施方式的模式图；

图2是表示以往的高含水有机物的碳化处理装置的一个例子的模式图。

图中，

10—脱水机；20—干燥炉；23—循环管道；24—热交换器；30—碳化炉；40—燃烧炉；41—第1系统的燃烧废气管道；42—第2系统的燃烧废气管道；43—第3系统的燃烧废气管道；45—热交换器；50—碳化炉用燃烧装置。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的一个实施方式。图1是关于本发明的一个实施方式的高含水有机物的碳化处理装置的系统图。在该实施方式中，作为高含水含氮有机物，将污水污泥作为处理对象。

如图1所示，关于本实施方式的碳化处理装置，主要由以下部分构成：对污水污泥进行脱水的脱水机10；通过使热风直接接触于脱水后的污水污泥而对其进行干燥的干燥炉20；对干燥后的污水污泥进行碳化处理的碳化炉30；主要燃烧在碳化炉30产生的干馏气体的燃烧炉40；以及进一步燃烧来自燃烧炉40的高温的燃烧废气，在追加加热后送入碳化炉30的碳化炉用燃烧装置50。

干燥炉20虽然优选使热风直接接触的方式，但是不限于此，只要不燃烧脱水污泥就可以进行干燥就可以。干燥炉20具备：导入脱水污泥的污泥入口；排出干燥后的污泥的污泥出口；导入热风的热风入口；以及排出由干燥处理生成的干燥废气的废气出口。

碳化炉30虽然优选使热风间接接触的外热式旋转炉型的碳化炉，但是只要是可以实现本发明目的，也可以选择其他形式的碳化炉。碳化炉30具备：导入污泥的污泥入口与排出生成的碳化物的碳化物出口；导入热风的热风入口；排出用于碳化处理的热风的废气出口；以及排出由碳化处理生成的干馏气体的干馏气体出口。

脱水机10的污泥出口与干燥炉20的污泥入口由管道11连接，作为该管道11，优选为可以通过压送泵(图示省略)压送脱水污泥的配管。干燥炉20的污泥出口与碳化炉30的污泥入口通过管道21连接，作为该管道21，优选为可以搬运干燥后的污泥的传送设备。碳化炉30的干馏气体出口与燃烧炉40的燃料入口，通过碳化炉30生成的干馏气体的配管即管道31连接，在该管道31设有从干馏气体中分离除去碳化物的旋风分离器(cyclone)32。在碳化炉30的碳化物出口以及旋风分离器32的底部，分别设有排出碳化物6的管道33、34。

向燃烧炉40的燃料入口，除了供给来自碳化炉30的干馏气体，还供应LNG(天然气)或柴油等化石燃料构成的辅助燃料，以及在空气预热器38被加热了的燃烧用空气。在空气预热器38设有用于供应空气的风扇13。燃烧炉40构成为，通过将在燃烧炉出口处的燃烧废气温度控制成处于在碳化炉30的碳化处理所必要的气体温度(例如，1100±50℃)与在干燥炉20的干燥处理所必要的气体温度(例如，830℃±50℃)之间的温度(例如，950℃±50℃)，从而进行燃烧。

排出在燃烧炉40产生的燃烧气体的燃烧废气管道分支为三个系统，即：向碳化炉用燃烧装置50供应该燃烧废气的一部分的第1系统的燃烧废气管道41；向干燥炉20供应的第2系统的燃烧废气管道42；以及向热交换器24供应的第3系统的燃烧废气管道43。在第1、第2以及第3系统的燃烧废气管道41、42、43上，分别设有可以调节该燃烧废气的供应量的阀门(图示省略)。

对碳化炉用燃烧装置50，除了供应来自燃烧炉40的燃烧废气以外，还供应LNG(天然气)或柴油等化石燃料构成的辅助燃料，以及从风扇15通过管道51输送的燃烧用空气。在碳化炉用燃烧装置50进一步产生的燃烧废气，被送往碳化炉30的热风入口。另外，在本实施方式中，作为用于对来自燃烧炉40的燃烧废气进行追加加热的装置，设置了利用辅助燃料进行进一步燃烧的碳化炉用燃烧装置50，但是不限于该种燃烧装置，只要是能够把来自燃烧炉40的燃烧废气加热至在碳化炉30处的碳化处理所需的温度的装置即可。

碳化炉30的废气出口，通过供应用于碳化处理的燃烧废气的废气管道37，与对向燃烧炉40供应的燃烧用空气进行预热的空气预热器38连接，并且通过风扇14，顺次连接于进行所需的净化处理的废气处理装置18和向大气中排出废气的烟囱17。

干燥炉20的废气出口，通过供应干燥废气的干燥废气管道22连接于热交换器24，并且通过管道25连接于燃烧炉40。在管道22设有干燥废气用的风扇12。另外，在干燥废气管道22设有循环管道23，该循环管道23将干燥废气的一部分供应给第2系统的燃烧废气管道42。在该循环管道23以及干燥废气管道22分别设有能够调节该干燥废气的供应量的阀门。

第3系统的燃烧废气管道43，连接于干燥废气的热交换器24，并且通过管道44，顺次连接于制造防止白烟用加热空气的热交换器45、废气处理装置18、以及烟囱17。在热交换器45设有向热交换器45供应空气的风扇16。通过使用于防止白烟而被加热的空气与废气混合，在降低废气湿度的同时提高废气温度，形成不产生白烟的条件，之后从烟囱17排出。

下面，说明利用该实施方式的高含水有机物的碳化处理装置，对污泥进行碳化处理的方法。首先，向脱水机10导入污水污泥，进行脱水直至污水污泥的水分变为大致80％。另外，作为本发明对象的污泥，只要是通过碳化处理可以固体燃料化的有机性的污泥，就不限于污水污泥，例如，也适用食品污泥、造纸污泥、楼坑污泥、消化污泥、活性污泥等。

接着，将脱水后的污水污泥送往干燥炉20。在干燥炉20中，进行干燥直至污泥的水分被干燥至约30％。在干燥炉20的干燥是通过使来自燃烧炉40的通过第2系统的燃烧废气管道42导入的燃烧废气与污泥直接接触而进行的。

此时，来自燃烧炉40的燃烧废气的温度，是高于干燥处理所需的气体温度的高温。因此，通过混合第2系统管道42的燃烧废气与从干燥炉20供应并在循环管道23循环的干燥废气(200℃±50℃)，可以降低其温度。通过将燃烧废气的温度降至830℃±50℃后再供应给干燥炉20，从而不会使干燥炉20内处于过度的环境，可以提高干燥炉20的耐热性。

在干燥炉20干燥后的污水污泥通过管道21导入碳化炉30。在碳化炉30中，在缺氧的环境下将污水污泥加热至约300～600℃进行碳化处理，生成干馏气体和固体燃料即碳化物6。碳化物6通过管道33排出。该碳化炉30中的加热是利用燃烧废气进行的，所述燃烧废气是将来自燃烧炉40的第1系统管道41的燃烧废气追加加热至在碳化炉用燃烧装置50进行碳化处理所必要的气体温度即1100℃±50℃的燃烧废气。该燃烧废气供应至碳化炉30的外筒，不与污泥直接接触。

用于碳化处理而降温至700℃左右的燃烧废气，从碳化炉30通过管道37导入空气预热器38。在空气预热器38，利用该燃烧废气将来自风扇13的燃烧用空气预热至380℃左右，然后送入燃烧炉40。在空气预热器38进一步被降温至300℃左右的燃烧废气，被风扇14送入废气处理装置18，在进行必要的净化处理后，从烟囱17向大气中排出。

另一方面，在碳化炉30生成的干馏气体，通过管道31导入旋风分离器32，在旋风分离器32分离除去碳化物6之后，导入燃烧炉40。在旋风分离器32分离了的碳化物6通过管道34排出。在燃烧炉40，利用来自空气预热器38的预热后的燃烧用空气，对干馏气体与由LNG(天然气)或柴油等化石燃料组成的辅助燃料进行燃烧，生成950℃±50℃的燃烧废气，该燃烧废气的温度处于在碳化炉30的碳化处理所需的气体温度与在干燥炉20的干燥处理所需的气体温度之间。该燃烧废气分支为3个系统，第1系统管道41的燃烧废气送往碳化炉用燃烧装置50，第2系统管道42的燃烧废气送往干燥炉20。

在碳化炉30处的碳化度，由碳化温度以及碳化所需时间等复合因素决定。即，为了控制碳化度，只要控制：向碳化炉30的外筒供应的燃烧废气的温度或流量、污泥的供应量、在碳化炉30内部的污泥的搅拌强度或移动速度等的一个或几个的组合即可。特别是在使用碳化物6做燃料时，有必要将影响作为燃料的价值(包括自发热性等安全性)的发热量、燃料比、灰量比率等控制在适当范围，为此，碳化装置的温度控制必不可少。

相对于供应给碳化炉30的原料的性状(水分量、发热量、有机成分比例等)、产生的干馏气体的性状、产生量的变动，作为在碳化炉30的碳化处理所必要的热源，在干馏气体的燃烧废气的一部分即第1系统管道41的燃烧废气的基础上，可以通过在碳化炉用燃烧装置50燃烧辅助燃料来进行任意调整，因此相对于干馏气体的变动等，也不会对在干燥炉20的干燥处理需要的热量带来影响，可以稳定地控制碳化物6的品质。另外，与只用辅助燃料的燃烧作为碳化炉30的热源的情况相比，使用干馏气体的燃烧废气的一部分，通过在碳化炉用燃烧装置50燃烧辅助燃料进行追加加热，可以减少碳化处理需要的辅助燃料的量。

另外，燃烧炉40的燃烧条件可以独立于作为在碳化炉30的碳化处理的热源而要求的条件进行运转。因此，在燃烧炉40中，可以在最合适的条件(完全燃烧以及低NO_X、低N₂O)下燃烧来自碳化炉30的干馏气体，可以谋求避免产生二恶碤等有害物质，可降低公害以及成为大气温室化的原因的气体的排放。

一方面，第3系统管道43的燃烧废气被送往热交换器24，将来自干燥炉20的管道22的干燥废气加热至530℃±50℃。热交换后的燃烧废气通过管道44被用作为了制造成为白烟防止用热源的空气而在热交换器45制造高温空气的热源。白烟防止用空气与热交换后的废气，被送往废气处理装置18进行所需的净化处理后，在热交换器45处与用于白烟防止而被加热了的空气混合，从而在降低废气湿度的同时提高废气温度，在形成不产生白烟的条件后，从烟囱17向大气中排出。另一方面，加热后的干燥废气，通过管道25导入燃烧炉40，供应给在燃烧炉40的燃烧。于是，可以在燃烧炉40完全燃烧包含于干燥废气中的有害物质而将其除去，并且在干燥废气导入燃烧炉40之前通过被燃烧炉40的燃烧废气预热，其结果可以减少对燃烧炉40提供的辅助燃料的消费量。

实施例

对图1所示的高含水有机物的碳化处理装置进行假定的过程模拟(process simulation)，计算出辅助燃料。设脱水污泥的性状为：含水率为76％～78％；可燃部分比率为76～85％—DS；LHV为17.2～19.2MJ/kg—DS。然后在假定脱水污泥的处理量为100t/天的规模的系统下进行模拟。另外，设作为辅助燃料使用的城市煤气的LHV为41.6MJ/Nm³。

该模拟的结果，明确了辅助燃料消费量的减少。辅助燃料的消费量(在脱水污泥100t/天时)的计算结果如表1所示。在本系统中，通过在另外放置的燃烧炉主要调节辅助燃料，从而确认到不受在碳化炉产生的干馏气体量的变化影响，可以稳定维持碳化需要的热源。作为比较例也列出图2所示的装置的计算结果。

【表1】

Claims (6)

1.一种高含水有机物的碳化处理方法，对高含水有机物进行干燥处理，对经过该干燥处理后的高含水有机物进行碳化处理，其特征在于，

利用燃烧用空气以及辅助燃料燃烧在所述碳化处理产生的干馏气体，使其燃烧废气温度保持为在所述碳化处理所必要的气体温度与所述干燥处理所必要的气体温度之间的温度，将该燃烧废气分支到至少2个系统，将第1系统的燃烧废气追加加热至所述碳化处理所必要的气体温度，然后供应给所述碳化处理，将第2系统的燃烧废气供应给所述干燥处理。

2.如权利要求1所述的高含水有机物的碳化处理方法，其特征在于，

将所述第2系统的燃烧废气与在所述干燥处理产生的干燥废气的一部分混合，在达到所述干燥处理所必要的气体温度之后，供应给所述干燥处理。

3.如权利要求1或权利要求2所述的高含水有机物的碳化处理方法，其特征在于，

将所述燃烧废气分支到至少3个系统，并且用第3系统的燃烧废气加热在所述干燥处理产生的干燥废气的一部分，之后供应给所述干馏气体的燃烧。

4.一种高含水有机物的碳化处理装置，其利用干燥装置对高含水有机物进行干燥处理，利用碳化炉对经过该干燥处理后的高含水有机物进行碳化处理，其特征在于，

具备：燃烧炉，该燃烧炉利用燃烧用空气以及辅助燃料燃烧来自所述碳化炉的在所述碳化处理产生的干馏气体，且将其燃烧废气的出口温度控制为在所述碳化炉的碳化处理所必要的气体温度与在所述干燥装置的干燥处理所必要的气体温度之间的温度来进行燃烧；燃烧废气管道，其将该燃烧炉出口的燃烧废气分支供应给至少两个系统，

所述燃烧废气管道的第1系统的管道与所述碳化炉的碳化处理用的气体入口侧连接，第2系统的管道与所述干燥装置的干燥处理用的气体入口侧连接，

在所述第1系统的管道设有燃烧废气加热装置，所述燃烧废气加热装置将该第1系统的管道的燃烧废气追加加热至在所述碳化炉的碳化处理所必要的气体温度。

5.如权利要求4所述的高含水有机物的碳化处理装置，其特征在于，

还具备干燥废气循环管道，所述干燥废气循环管道连接所述干燥装置的干燥废气出口和所述第2系统的管道，将所述第2系统的管道的燃烧废气与在所述干燥装置产生的干燥废气混合，达到在所述干燥装置的干燥处理所必要的气体温度。

6.如权利要求5或权利要求6所述的高含水有机物的碳化处理装置，其特征在于，

所述燃烧废气管道分支为至少三个系统，该高含水有机物的碳化处理装置还具备：

该第3系统的管道；

干燥废气管道，所述干燥装置产生的干燥废气供应给所述燃烧炉；

热交换器，将所述干燥废气管道的干燥废气用所述第3系统管道的燃烧废气加热后，供应所述燃烧炉。

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