CN101698562A - 脱墨污泥高值化综合利用的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了脱墨污泥高值化综合利用的方法，包括如下步骤：热解：脱墨污泥在螺旋热解反应器中脱水干燥、热解，热解残渣被挤压破碎得到细小颗粒；控温燃烧：热解反应后的细小颗粒被输送进隔板式流化床内在氧化剂作用下控温燃烧，燃烧完全的固体灰渣被排出隔板式流化床，燃烧过程中产生的气体产物上升到隔板式流化床上端；烟气净化：控温燃烧产生的气体产物在二次风的作用下充分燃烧形成高温烟气，烟气中的有机污染物在高温作用下充分分解，其燃烧产物排出隔板式流化床；高温烟气一部分与空气混合输出到隔板式流化床底部作为一次风(流化床流化风)，另一部分输出到螺旋热解反应器作为螺旋热解反应器的加热热源。本发明将促进废纸制浆造纸业的清洁生产，促进节能、减排任务实施。
Description
技术领域
本发明涉及到环境工程技术领域，尤其是一种制浆造纸工业排出的脱墨污泥能源化利用、资源化回收方法及其装置。
背景技术
制浆造纸工业是国民经济的重要支柱之一，纤维资源短缺、能源消耗与环境污染是其可持续发展面临的主要问题。世界各国高度重视废纸资源的回收利用，2007年我国废纸制浆已经占造纸用浆的57％，废纸制浆可以节约自然资源，但造纸厂使用废纸作为造纸原料时，在脱墨步骤中会产生大量的废弃物，即脱墨污泥，造成新的环境污染。典型的浮选脱墨车间每生产一吨绝干浆，仅浮选脱墨工段就产生160～500kg湿污泥(或80～150kg干污泥)，根据我国废纸浆用量1600万吨计算，将面临约800万吨造纸脱墨污泥处理。国家环保局已将废纸制浆固体废弃物列入工业危险废弃物类。
目前国内外针对脱墨污泥的主要处理方法为填埋法和焚烧法，填埋法处理简便易行，投资少，但占用大量土地资源，而且脱墨污泥中含有少量的重金属元素，长此以往，有毒物质会在土壤中积累，影响土壤品质，对土壤、地下水造成严重的污染；焚烧法处理用其热能发电，设备投资大，运行成本高。如何加强脱墨污泥处置和管理已成为日益突出、不容忽视的严峻问题。
废纸制浆过程产生的脱墨污泥热值在18～25MJ/kg(干固物)，具有能源化利用价值，其中的无机组分主要是白土和碳酸钙，若回收后纯度很高，可以回用作造纸填料和涂布颜料。CN01126893.X公开了一种利用废纸造纸污泥制备烧结砖的方法，CN200410064856.1提出了一种全内燃轻质砖的制作方法，CN200510050528.0公布一种利用造纸污泥制造的建筑节能砖及其制造方法，CN200410096788.7公开了一种焚烧废纸脱墨湿污泥的方法，用于造纸行业产生的废弃物-脱墨污泥的处理，这些专利均是着眼于脱墨污泥的能源化利用或材料化应用，综合利用价值较低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术针对脱墨污泥的处理方法综合利用率低的技术问题，提供一种基于热化学转化原理、采用干燥热解与控温燃烧相结合，充分利用脱墨污泥中的能量资源，回收无机填料，实现脱墨污泥回收利用的综合处理方法及装置。
为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：脱墨污泥高值化综合利用的方法，包括如下步骤：
(1)热解：脱墨污泥在螺旋热解反应器中脱水干燥、热解，热解残渣被挤压破碎得到细小颗粒；
(2)控温燃烧：热解反应后的细小颗粒被输送进隔板式流化床内在氧化剂作用下控温燃烧，燃烧完全的固体灰渣被排出隔板式流化床，燃烧过程中产生的气体产物上升到隔板式流化床上端；
(3)烟气净化：控温燃烧产生的气体产物在二次风的作用下充分燃烧形成高温烟气，烟气中的有机污染物在高温作用下充分分解，其燃烧产物排出隔板式流化床；高温烟气一部分与空气混合输出到隔板式流化床底部作为一次风(流化床流化风)，另一部分输出到螺旋热解反应器作为螺旋热解反应器的加热热源。
本发明脱墨污泥的综合处理方法针对脱墨污泥中无机组分的活性受反应温度影响明显的情况，提出两步法的热化学转化工艺，首先在螺旋热解反应器中进行脱墨污泥的低温干燥热解，利用隔板式流化床产生的高温烟气对螺旋热解反应器外部加热，然后在隔板式流化床中进行热解固体残渣的控温燃烧，使其中的无机填料的活性得以保存。
所述螺旋热解反应器中的热解温度为450～600℃。优选为500～550℃，处于该温度下，可以保证脱墨污泥中大部分的挥发性有机物完全释放。
所述隔板式流化床内的控温燃烧温度为600～800℃。优选为750℃，处于该温度下，在保证较快的燃烧速度同时使回收利用的无机填料保持较高的活性。
所述氧化剂为空气或者空气和烟气的混合气体。
本发明还提供了一种脱墨污泥高值化综合利用的装置，包括有螺旋热解反应器、隔板式流化床，所述的螺旋热解反应器用于对脱墨污泥进行干燥热解，并将其破碎到一定的粒径，在所述螺旋热解反应器前端设有料斗，在所述螺旋热解反应器内设有用于碾碎并输送脱墨污泥的螺旋轴、外侧套设有外加热套，该螺旋热解反应器的后端通过螺旋进料器与隔板式流化床连接，所述外加热套上分别设有加热气入口、加热气出口；在所述隔板式流化床的上端开有流化床气体出口，该流化床气体出口分别连接有烟气出口、旋风分离器，所述旋风分离器与烟气出口连通；在所述隔板式流化床的至少一侧上、靠近隔板式流化床中间位置的喉口处设有二次风入口，在隔板式流化床中下部高速区一侧与螺旋进料器相连、在隔板式流化床下端低速区一侧上连接有螺旋卸料器、底端上设有一次风入口。
该装置还包括有星型卸料阀，该星型卸料阀设置在螺旋热解反应器的后端与螺旋进料器之间。脱墨污泥颗粒在星型卸料阀作用下连续进入螺旋进料器，星型卸料阀用于在螺旋热解反应器和螺旋进料器之间形成气密，防止窜气。
所述螺旋轴的垂直截面从靠近所述料斗的一端到靠近所述星型卸料阀的一端依次递增。脱墨污泥在干燥、热解过程中容易发生团缩结块，因此螺旋轴采用渐扩式结构，即在螺旋热解反应器前段，螺旋轴与螺旋热解反应器壳体间空隙较大，可以保证脱墨污泥顺利进料；在螺旋热解反应器后段，螺旋轴与螺旋热解反应器壳体间空隙较小，团缩结块的脱墨污泥在螺旋热解反应器壳体和螺旋轴之间被挤压破碎成适当粒径的小颗粒。
所述螺旋轴的最小直径与最大直径的比为1∶3～1∶1.5之间。
所述二次风入口处于该隔板式流化床纵向高度的五分之三至五分之四处。
由于脱墨污泥中的水分和灰分含量高，在热化学转换过程中易粘结、结团，因此通过采用螺旋轴热解反应器对脱墨污泥进行热解处理，将脱墨污泥碾碎成脱墨污泥小颗粒，然后将脱墨污泥小颗粒同入隔板式流化床内控温燃烧，能够回收得到高活性、低挥发物含量的脱墨污泥无机填料；采用部分烟气再循环和空气相结合，在隔板式流化床中进行分段布风，实现热解固体残焦的控温燃烧，保持最终回收的脱墨污泥无机填料的活性。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：本发明适用于造纸过程的脱墨污泥高值化综合处理，从脱墨污泥中回收能量和无机填料，将促进废纸制浆造纸业的清洁生产，提升行业的竞争力，促进节能、减排任务实施。
附图说明
图1为本发明脱墨污泥高值化综合利用的装置主视图；
附图标记说明：1-螺旋热解反应器，1-1-螺旋轴，2-隔板式流化床，3-料斗，4-外加热套，5-热解气出口，6-加热气入口，7-加热气出口，8-星型卸料阀，9-螺旋进料器，10-流化床隔板，11-螺旋卸料器，12-流化床喉口，13-二次空气入口，14-一次风入口，15-卸料口，16-流化床气体出口，17-旋风分离器，18-烟气出口，A-高速区，B-低速区。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
实施例：
本实施例提供了一种脱墨污泥高值化综合利用的方法，包括如下步骤：
(1)热解：脱墨污泥在螺旋热解反应器中脱水干燥、热解，热解残渣被挤压破碎得到细小颗粒；
(2)控温燃烧：热解反应后的细小颗粒被输送进隔板式流化床内在氧化剂作用下控温燃烧，燃烧完全的固体灰渣被排出隔板式流化床，燃烧过程中产生的气体产物上升到隔板式流化床上端；
(3)烟气净化：控温燃烧产生的气体产物在二次风的作用下充分燃烧形成高温烟气，烟气中的有机污染物在高温作用下充分分解，其燃烧产物排出隔板式流化床；高温烟气一部分与空气混合输出到隔板式流化床底部作为一次风(流化床流化风)，另一部分输出到螺旋热解反应器作为螺旋热解反应器的加热热源。
请参阅图1所示，本发明还提供了一种脱墨污泥高值化综合利用的装置，具体结构为：包括有螺旋热解反应器1、隔板式流化床2，螺旋热解反应器1用于对脱墨污泥进行干燥热解，并将其破碎到一定的粒径，在螺旋热解反应器1前端设有料斗3，在螺旋热解反应器1内设有用于碾碎并输送脱墨污泥的螺旋轴1-1、外侧套设有外加热套4，该螺旋热解反应器1的后端通过螺旋进料器9与隔板式流化床2连接，外加热套4上分别设有加热气入口6、加热气出口7；在隔板式流化床2的上端开有流化床气体出口16，该流化床气体出口与旋风分离器17连通，旋风分离器17与烟气出口18连通；在隔板式流化床2的至少一侧上、靠近隔板式流化床2中间位置的喉口12处设有二次风入口13，在隔板式流化床2中下部高速区一侧与螺旋进料器9相连、在隔板式流化床2下端低速区一侧上连接有螺旋卸料器11、底端上设有一次风入口14；
该装置还包括有星型卸料阀8，该星型卸料阀8设置在螺旋热解反应器1的后端与螺旋进料器9之间。脱墨污泥小颗粒在星型卸料阀8作用下连续进入螺旋进料器9。
与螺旋卸料器11还连接有卸料口15，脱墨污泥小颗粒在螺旋进料器9推动下被推入到隔板式流化床2内，隔板式流化床2内的脱墨污泥颗粒燃烧后的燃烧灰渣在螺旋卸料器11作用下从卸料口15排出。
螺旋轴1-1的垂直截面从靠近料斗3的一端到靠近星型卸料阀8的一端依次递增，该螺旋热解反应器1螺旋轴1-1的渐扩段(前段)占螺旋轴1-1总长度的60％，螺旋轴1-1最小直径与最大直径比值为1∶4；螺旋轴1-1后段与螺旋热解反应器1外壳内壁的缝隙为2mm。
本发明的具体运行过程如下：本实施例中输料机构为料斗3，脱墨污泥储存在料斗3内，脱墨污泥在螺旋轴1-1的螺叶作用下均匀连续的进入螺旋热解反应器1，通过控制螺旋轴1-1的转速，可控制物料在螺旋热解反应器1内的停留时间为20min，脱墨污泥在螺旋热解反应器1内干燥、热解(该热解温度为450～600℃，本实施例选取的热解温度为550℃)，干燥、热解产生的水蒸气和热解气从热解气出口5排出，热解气经除去水蒸气后可做能源化利用；外加热套4的加热热源为从加热气入口6供入的高温烟气(该高温烟气为从烟气出口18排出来的高温烟气)，高温烟气在外加热套4内与螺旋热解反应器1完成换热后从加热气出口7流出；
挤压破碎后的脱墨污泥颗粒(该颗粒的直径为0.2～1mm)在螺旋进料器9的作用下被推入隔板式流化床2内，在从一次风入口14供入的氧化剂作用下，脱墨污泥在隔板式气流床2的高速区A内控温燃烧(高速区内的流化速度为0.6m/s，该控温燃烧温度为600～800℃，本实施例选取的控温燃烧温度为750℃)，从一次风入口14供入的氧化剂可以是空气或者空气和烟气的混合物，通过调节再循环烟气的比例可以控制隔板式流化床2内的燃烧温度，本实施例中一次风烟气和空气混合比例为0.4，一次风当量比控制在0.7；燃烧完的燃烧灰渣在气流作用下进入隔板式气流床2的低速区B(其流化速度为0.1m/s)，并最终在螺旋卸料器11做用下从卸料口15排出，燃烧灰渣的主要成分是白土和碳酸钙，通过控制合适的燃烧温度可以是其保持较高的活性；
脱墨污泥燃烧产生的烟气在通过流化床喉口12时，在从二次风入口13供入的过量二次风作用下充分燃烧(本实施例二次风过量空气系数为1.3)，脱墨污泥燃烧产生的烟气中的有机污染物在燃烧高温作用下充分分解，燃烧产物从流化床气体出口16进入旋风分离器17内，经过旋风分离器17脱出烟气中的颗粒物后，从烟气出口18流出，从烟气出口18流出的烟气一部分进入外加热烟气加热气入口6，一部分进入一次风入口14。
本实施例隔板式流化床2中的高速区A和低速区B之间由流化床隔板10隔开。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
Claims (10)
1.一种脱墨污泥高值化综合利用的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)热解：脱墨污泥在螺旋热解反应器中脱水干燥、热解，热解残渣被挤压破碎得到细小颗粒；
(2)控温燃烧：热解反应后的细小颗粒被输送进隔板式流化床内在氧化剂作用下控温燃烧，燃烧完全的固体灰渣被排出隔板式流化床，燃烧过程中产生的气体产物上升到隔板式流化床上端；
(3)烟气净化：控温燃烧产生的气体产物在二次风的作用下充分燃烧形成高温烟气，烟气中的有机污染物在高温作用下充分分解，其燃烧产物排出隔板式流化床；高温烟气一部分与空气混合输出到隔板式流化床底部作为一次流化床流化风，另一部分输出到螺旋热解反应器作为螺旋热解反应器的加热热源。
2.根据权利要求1所述的脱墨污泥高值化综合利用的方法，其特征在于：所述螺旋热解反应器中的热解温度为450～600℃，脱墨污泥在螺旋热解反应器内的停留时间为10min～30min。
3.根据权利要求2所述的脱墨污泥高值化综合利用的方法，其特征在于：所述隔板式流化床内的控温燃烧温度为600～800℃。
4.根据权利要求1到3中任一所述的脱墨污泥高值化综合利用的方法，其特征在于：所述氧化剂为空气或者空气和烟气的混合气体。
5.一种脱墨污泥高值化综合利用的装置，其特征在于：包括有螺旋热解反应器(1)、隔板式流化床(2)，在所述螺旋热解反应器(1)前端设有料斗(3)，在所述螺旋热解反应器(1)内设有用于碾碎并输送脱墨污泥的螺旋轴(1-1)、外侧套设有外加热套(4)，该螺旋热解反应器(1)的后端通过螺旋进料器(9)与隔板式流化床(2)连接，所述外加热套(4)上分别设有加热气入口(6)、加热气出口(7)；在所述隔板式流化床(2)的上端开有流化床气体出口(16)，该流化床气体出口(16)连接旋风分离器(17)，所述旋风分离器(17)与烟气出口(18)连通；在所述隔板式流化床(2)的至少一侧上、靠近隔板式流化床(2)中间位置的喉口(12)处设有二次风入口(13)，在隔板式流化床(2)中下部高速区一侧与螺旋进料器(9)相连、在隔板式流化床(2)下端低速区一侧上连接有螺旋卸料器(11)、底端上设有一次风入口(14)。
6.根据权利要求5所述的脱墨污泥高值化综合利用的装置，其特征在于：还包括有星型卸料阀(8)，该星型卸料阀(8)设置在螺旋热解反应器(1)的后端与螺旋进料器(9)之间。
7.根据权利要求6所述的脱墨污泥高值化综合利用的装置，其特征在于：所述螺旋轴(1-1)的垂直截面从靠近所述料斗(3)的一端到靠近所述星型卸料阀(8)的一端依次递增。
8.根据权利要求7所述的脱墨污泥高值化综合利用的装置，其特征在于：所述螺旋轴(1-1)的最小直径与最大直径的比为1∶3到1∶1.5之间。
9.根据权利要求8所述的脱墨污泥高值化综合利用的装置，其特征在于：所述螺旋轴(1-1)的前段渐扩段占螺旋轴(1-1)总长度的50％～80％，螺旋轴(1-1)后段与螺旋热解反应器(1)外壳内壁的缝隙在1mm～3mm之间。
10.根据权利要求5到9中任一所述的脱墨污泥高值化综合利用的装置，其特征在于：所述二次风入口(13)处于该隔板式流化床(2)纵向高度的五分之三至五分之四处。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |