CN102531323A

CN102531323A - 一种污泥快速热干化处理装置和方法

Info

Publication number: CN102531323A
Application number: CN2011104502592A
Authority: CN
Inventors: 吴中华; 吴龙
Original assignee: Tianjin University of Science and Technology
Current assignee: Tianjin University of Science and Technology
Priority date: 2011-12-29
Filing date: 2011-12-29
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明涉及一种污泥快速热干化处理装置，其由可控爆炸燃烧器、污泥输送机构、后干燥器组成，可控爆炸燃烧器由燃烧室、点火器、空气进气管路、燃气进气管路、尾管、夹套组成，燃烧室固装在夹套内，燃烧室上固装有空气进气管路、燃气进气管路和点火器，尾管固装在夹套内，尾管一端与燃烧室相连通，尾管另一端伸出夹套外与后干燥器相连通，污泥输送机构固装在夹套外部上方，污泥输送机构末端伸向夹套内与尾管连通。本发明污泥快速热干化处理装置具有结构简单、干燥快速、干化能耗低、污泥颗粒大小均匀、颗粒不易沾壁等优点，而且，热干化处理方法具有工艺简单，易于实现，效果好的优点，是一种具有较高创新性的污泥快速热干化处理装置。

Description

一种污泥快速热干化处理装置和方法

技术领域

本发明属于污泥处理与资源化利用设备领域，特别涉及一种污泥快速热干化处理装置和方法。

背景技术

污泥是市政污水处理产生的固体废弃物，含有大量的有机物和致病细菌群，如处理不当易对城市环境和居民健康产生不利影响。截至2009年底，全国共有城镇污水处理厂3134座，总处理能力11160万立方米/天，当年产生含水率80％的污泥2124万吨/年。2015年我国城镇污泥量预计将达3143万吨/年。因此，对城市污泥进行安全、规范化处理处置，实现污泥减量化、无害化和资源化，是我国城市发展面临的重要挑战之

国内外目前处理污泥的方式主要有填埋、热干化、焚烧、排海和堆肥农用，但在经济发达国家和地区，污泥热干化已可大规模地实现污泥减量化、无害化，同时具有占地面积小、设备集中、运行管理自动化程度较高、对环境影响小等优点，正获得越来越多的实际应用。干化后的污泥可填埋、制作农用肥、园林和建材利用或直接焚烧。目前，国内外已商业应用污泥热干化方式可归纳为带式、转盘式、桨叶式、转筒式、流化床、喷雾等干燥工艺，不同热干化工艺各有优缺点。

喷雾干燥是通过机械作用，将需要干燥的物料，分散成很细的像雾一样的微粒(增大水分蒸发面积，加速干燥过程)与热空气接触，在瞬间将大部分水分除去，使物料中的固体物质干燥成粉末。目前，应用喷雾干燥方式处理污泥工艺并不多见。中国专利文献CN2871525Y描述一种污泥浆喷雾干燥处理工艺。在垃圾焚烧炉烟道后方砌筑一喷雾干燥筒，污泥浆由泵输送，经喷嘴喷入喷雾干燥筒内与热烟道气接触而干燥。该方法主要利用垃圾焚烧产生的热能干燥污泥。中国专利文献CN101117261A描述了一种污泥喷雾干燥焚烧处理工艺。污泥经过加水打浆后，由泵输送，经喷嘴喷入喷雾干燥塔内干燥脱水；干污泥进入回转焚烧炉内焚烧，产生的烟气被引入喷雾干燥塔内用于干燥湿污泥。上述的污泥喷雾干燥工艺都采用机械或气力式喷嘴，而目前喷嘴雾化比较适合处理低粘度液态物料如水、牛奶和溶液，而难以处理高粘度膏糊状市政污泥。因此，在前述喷雾干燥工艺中，污泥需加水进行打浆处理，制成污泥浆后，经泵输送至喷嘴进行喷雾干燥。但是，污泥加水制成污泥浆将显著增加污泥中水分含量，提高了污泥干燥能耗。对于低价值市政污泥，降低其热干化能耗一直是该领域研究热点之一。另外，应用喷嘴对污泥浆雾化时，污泥浆和喷嘴之间的激烈摩擦将造成喷嘴磨损，需要经常更换喷嘴，造成停工而降低生产效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用可控爆炸燃烧器产生的高温高速振荡冲击气流直接雾化并快速干燥污泥的污泥快速热干化处理装置和方法。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种污泥快速热干化处理装置，其特征在于：由可控爆炸燃烧器、污泥输送机构、后干燥器组成，可控爆炸燃烧器由燃烧室、点火器、空气进气管路、燃气进气管路、尾管、夹套组成，燃烧室固装在夹套内，燃烧室上固装有空气进气管路、燃气进气管路和点火器，尾管固装在夹套内，尾管一端与燃烧室相连通，尾管另一端伸出夹套外与后干燥器相连通，污泥输送机构固装在夹套外部上方，污泥输送机构末端伸向夹套内与尾管连通。

而且，所述污泥输送机构由料仓、螺旋送料器、调速电机、物料分布板组成，螺旋送料器固装在夹套上，螺旋送料器末端与夹套内的尾管相连通，料仓固装在螺旋送料器进料口端，物料分布板固装在螺旋送料器出料口端，调速电机与螺旋送料器传动连接。

而且，所述物料分布板上制有6-15毫米出泥孔20-40个。

而且，所述后干燥器上半部分为圆筒形，下半部分为圆锥形，在上半部筒壁上制有与内壁相切的尾气进口，尾管另一端伸出夹套外连接至该尾气进口，后干燥器顶部制有尾气出口，后干燥器底部制有污泥干燥颗粒出口。

而且，在燃烧室上空气进气管路与燃气进气管路成90°方向布置，点火器与燃气进气管路成45°方向布置，点火器与空气进气管路成135°方向布置。

而且，所述尾管为长圆筒状，尾管直径为40-50mm，尾管长度为1000mm至3500mm。

而且，在夹套上制有空气进气口，夹套与后干燥器之间有热空气导管连通。

而且，所述空气进气管路上装有空气流量控制器，所述燃气进气管路上装有燃气流量控制器，在空气进气管路及燃气进气管路上均安装有可控频率的电磁阀，或者安装有由可控转速的电机带动的旋转阀，以控制空气供给频率及燃气供给频率。

一种污泥快速热干化处理方法，其特征在于：该方法的步骤为：

(1)将污泥料装入料仓，采用螺旋式送料器输送污泥物料，通过物料分布板将污泥挤成条状，该条状污泥输送至可控爆炸燃烧器的尾管内；

(2)气态燃料和空气按照一定频率间歇地由空气进气管路和燃气进气管路进入燃烧室混合，被点火器(首次点火)或从尾管回流的高温燃气点燃后，爆炸燃烧并产生高温高速振荡的尾气流，将条状污泥破碎成细小颗粒，并利用爆炸产生的高温使细小颗粒脱去部分水分；

(3)采用后干燥器利用旋风干燥和可控爆炸燃烧器的余热对脱去部分水分的细小颗粒再次脱水干燥。

而且，所述的气态燃料的供给频率为40-100Hz，所述的空气的供给频率为40-100Hz。

本发明的优点和有益效果为：

1.本发明污泥快速热干化处理装置，污泥雾化干燥不需加水打浆，一方面节省打浆机和泵等设备，另一方面节省污泥加水增加的干燥能耗和打浆过程机械能耗，因此，本发明整体装置结构简单，污泥干化能耗低。

2.本发明污泥快速热干化处理装置，由于是在可控爆炸燃烧器尾管内由高温高压振荡的尾气流对污泥进行雾化，增加了污泥和气流接触面积，另一方面，由于尾气流的高温(可达800℃)以及振荡对污泥颗粒表面传热边界层撕扯作用，尾气流与污泥颗粒热质传递速度快，从而可实现污泥快速干燥。

3.本发明污泥快速热干化处理装置，污泥进入可控爆炸燃烧器尾管后受到均匀冲击气流的剪切作用，相比传统离心和压力式喷嘴污泥颗粒大小比较均匀。

4.本发明污泥快速热干化处理装置，在雾化干燥过程中，污泥颗粒在燃烧器尾管内由于快速干燥，污泥颗粒表面水分瞬间蒸发，干的颗粒表面使污泥颗粒不易沾壁；另外，由于冲击气流对尾管内壁的少量沾壁颗粒具有清理作用，因而，尾管内壁显得很整洁，避免了喷雾干燥常见沾壁现象。

5.本发明污泥快速热干化处理装置不需要喷嘴，因而避免了其他喷雾干燥常发生的因喷嘴堵塞和损耗而停机现象，提高了生产效率。

6.本发明污泥快速热干化处理装置具有结构简单、干燥快速、干化能耗低、污泥颗粒大小均匀、颗粒不易沾壁等优点，而且，热干化处理方法具有工艺简单，易于实现，效果好的优点，是一种具有较高创新性的污泥快速热干化处理装置和方法。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的物料分布板结构示意图。

1-空气进气口、2-空气进气管路、3-空气流量控制器、4-点火器、5-燃烧室、6-物料分布板、7-螺旋送料器、8-料仓、9-调速电机、10-夹套、11-尾管、12-热空气导管13-尾气出口、14-后干燥器、15-干燥颗粒出口、16-燃气进气管路、17-燃气流量控制器、18-出泥孔。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种污泥快速热干化处理装置，其由可控爆炸燃烧器、污泥输送机构、后干燥器14组成，可控爆炸燃烧器由燃烧室5、点火器4、空气进气管路2、燃气进气管路16、尾管11、夹套10组成，燃烧室固装在夹套内，燃烧室上固装有燃气进气管路、空气进气管路和点火器，尾管固装在夹套内，一端与燃烧室相连通，一端伸出夹套外与后干燥器相连通，污泥输送机构固装在夹套外部上方，污泥输送机构末端伸向夹套内与尾管连通，后干燥器固装在夹套外部，后干燥器上部与尾管连通，夹套与后干燥器之间有热空气导管12连通。

污泥输送机构由料仓8、螺旋送料器7、调速电机9、物料分布板6组成，螺旋送料器固装在夹套上，螺旋送料器末端与夹套内的尾管相连通，料仓固装在螺旋送料器进料口端，物料分布板固装在螺旋送料器出料口端，调速电机与螺旋送料器传动连接。

物料分布板上制有6-15毫米出泥孔18(20-40个)。

后干燥器上半部分为圆筒形，下半部分为圆锥形，在上半部筒壁上制有与内壁相切的尾气进口，顶部制有尾气出口13，底部制有污泥干燥颗粒出口15。

燃烧室为短圆筒状，在燃烧室侧面，空气进气管路与燃气进气管路成90°方向布置，点火器与燃气进气管路成45°方向布置，点火器与空气进气管路成135°方向布置。

空气进气管路上装有空气流量控制器，燃气进气管路上装有燃气流量控制器。

尾管为长圆筒状，尾管直径为40-50mm，尾管长度为1000mm至3500mm，尾管长度可调，当尾管长度不同时，可控燃烧器运行频率不同。

点火器采用火花塞或电热棒形式，点火器用于初始点火，点火成功后关闭，可控爆炸燃烧器自激吸气稳定运行。

夹套，外壁经过保温处理，夹套上制有空气进气口，夹套与后干燥器之间有热空气导管连通。

在空气进气管路上装有空气流量控制器，所述燃气进气管路上装有燃气流量控制器，在空气进气管路及燃气进气管路上均安装有可控频率的电磁阀，或者安装有由可控转速的电机带动的旋转阀，以控制空气供给频率及燃气供给频率。

一种污泥快速热干化处理方法：该方法的步骤为：

(2)气态燃料和空气按照一定频率间歇地由空气进气管路和燃气进气管路进入燃烧室混合，被点火器(首次点火)或从尾管回流的高温燃气点燃后，爆炸燃烧并产生高温高速振荡的尾气流，将条状污泥破碎成细小颗粒，并利用爆炸产生的高温使细小颗粒脱去部分水分；气态燃料的供给频率为40-100Hz。空气的供给频率为40-100Hz。气体燃料和空气供给频率一致。

燃烧器的声学共振频率为一个定值，大小主要取决于燃烧器结构和尺寸，其计算公式为。

f = \frac{C}{2 π} \sqrt{\frac{A}{L \cdot V}}

f：燃烧器的声学共振频率

C：燃烧室气体温度下的声速(m/s)，

A：尾管截面积(m²)，

L：尾管长度(m)，

V：燃烧室体积(m³)

燃烧器实际运行过程中，通过精确调整空气和燃料供给频率，使燃烧器运行频率等于声学共振频率。此时，燃烧器内部流场产生共振、声波能最大，燃烧速率加快到达爆燃状态，燃烧器各项运行指标发生突变，只有工作在该状态下的燃烧器才可称为可控爆炸燃烧器。当燃烧器运行频率不等于声学共振频率，为普通脉动进气燃烧器，燃烧室内发生一般性燃烧，各项工作性能指标一般。本发明所采用的燃烧器是可控爆炸燃烧器，其运行频率、空气和燃料供给频率等于燃烧器声学共振频率。根据燃烧室和尾管的尺寸结构可以预算出燃烧器的声学共振频率，从而给出气态燃料和空气的供给频率。也由于此时燃烧室发生的爆炸性燃烧，周期性爆炸频率也等于燃烧器声学共振频率。

气态燃料和空气的供给频率可以通过可控频率的电磁阀控制单向阀的开闭来实现，也通过可控转速的电机带动旋转阀的开合来实现。

在本实施例中，可控爆炸燃烧器内按照一定声学谐振结构设计，采用周期性爆炸燃烧方式，与传统稳态燃烧器相比，具有燃烧强度大、燃烧效率高(98％以上)、空气过量系数小、燃烧尾气氧气含量低、传热效率高等优点。可控脉动燃烧器设计功率为25千瓦，实验所用燃料为液化石油气(LPG)，尾管长度为3.5米时，可控燃烧器运行频率为49.6赫兹。空载运行时，测得燃烧室气体温度为1150度、尾管出口气体温度为650度。实际运行时的其他操作条件如下：80％初始湿含量污泥进料量为每小时24千克，污泥进料位置在距离燃烧室末端0.5米处，物料分布板孔径为6毫米时，在尾管出口处测得污泥颗粒索特直径分别为1.39毫米，污泥颗粒湿含量为55-57％。污泥颗粒在可控爆炸燃烧器尾管内的停留时间为0.5秒左右，即在半秒时间内脱去污泥颗粒25％水分。污泥颗粒在后干燥器内进一步干燥到湿含量17％左右，整个干燥时间在7-10秒内完成。

本发明污泥快速热干化处理装置的工作原理为：

本发明污泥快速热干化处理装置工作时，气态燃料和空气按照一定频率间歇地由空气进气管路和燃气进气管路进入燃烧室，燃气流量和空气流量分别由装在燃气进气管路上的燃气流量控制器和装在空气进气管路上的空气流量控制器控制，进入燃烧室内的燃气和空气快速混合，混合气被点火器(首次点火)或从尾管回流的高温燃气点燃后，爆炸燃烧并产生高温、高速、振荡的冲击尾气流。高速冲击尾气流通过尾管排出燃烧室。调速电机带动螺旋送料器将料仓内的污泥进行输送，并通过螺旋送料器出口端的物料分布板挤成细条状进入尾管。在尾管内，高速冲击尾气流将细条状污泥破碎成细小湿颗粒，同时，细小湿颗粒与高温尾气流接触而脱去部分水分。干燥后的细颗粒随尾气流进入后干燥器。由空气进口进入夹套内的空气和部分循环尾气(由空气进口进入夹套内气体可以是空气，或者空气与部分循环尾气的混合气，主要用于吸收燃烧器壁面散发的热量。将部分旋风分离器排出的废气，与空气混合后，从进口处进入夹套。引入尾气的目的是利用部分尾气余热)的混合气，吸收可控爆炸燃烧器通过高温外壁散发的热量而升温，热空气通过热空气导管进入后干燥器。后干燥器利用旋风干燥和通过热空气导管进入的热空气对随尾气进入的脱去部分水分的细小颗粒再次脱水干燥。经一定时间的脱水干燥，尾气从上部尾气出口排出进入尾气处理系统，干燥污泥颗粒从下部干燥颗粒出口进入收集设备。

本发明污泥快速热干化处理方法的基本原理为：

将污泥料装入料仓，采用螺旋式送料器输送污泥物料，通过物料分布板将污泥挤成条状，该条状污泥输送至可控爆炸燃烧器的尾管内，条状污泥便于由高速尾气流冲击成细小颗粒。气态燃料和空气按照一定频率间歇地由空气进气管路和燃气进气管路进入燃烧室混合，被点火器(首次点火)或从尾管回流的高温燃气点燃后，爆炸燃烧并产生高温高速振荡的尾气流，尾气流将条状污泥破碎成细小颗粒，并利用爆炸产生的高温使细小颗粒瞬间脱去部分水分失去粘性，避免了颗粒粘壁和相互粘连，便于输送和二次干燥脱水。采用后干燥器利用旋风干燥和可控爆炸燃烧器的余热对脱去部分水分的细小颗粒再次脱水干燥，细小污泥颗粒在高温气流的吹动下，在后干燥器内快速旋转，颗粒越来越干燥并逐步下沉进入干燥颗粒收集设备，尾气从上部尾气出口排出进入尾气处理系统。

Claims

1.一种污泥快速热干化处理装置，其特征在于：由可控爆炸燃烧器、污泥输送机构、后干燥器组成，可控爆炸燃烧器由燃烧室、点火器、空气进气管路、燃气进气管路、尾管、夹套组成，燃烧室固装在夹套内，燃烧室上固装有空气进气管路、燃气进气管路和点火器，尾管固装在夹套内，尾管一端与燃烧室相连通，尾管另一端伸出夹套外与后干燥器相连通，污泥输送机构固装在夹套外部上方，污泥输送机构末端伸向夹套内与尾管连通。

2.根据权利要求1所述的污泥快速热干化处理装置，其特征在于：所述污泥输送机构由料仓、螺旋送料器、调速电机、物料分布板组成，螺旋送料器固装在夹套上，螺旋送料器末端与夹套内的尾管相连通，料仓固装在螺旋送料器进料口端，物料分布板固装在螺旋送料器出料口端，调速电机与螺旋送料器传动连接。

3.根据权利要求1所述的污泥快速热干化处理装置，其特征在于：所述物料分布板上制有6-15毫米出泥孔20-40个。

4.根据权利要求1所述的污泥快速热干化处理装置，其特征在于：所述后干燥器上半部分为圆筒形，下半部分为圆锥形，在上半部筒壁上制有与内壁相切的尾气进口，尾管另一端伸出夹套外连接至该尾气进口，后干燥器顶部制有尾气出口，后干燥器底部制有污泥干燥颗粒出口。

5.根据权利要求1所述的污泥快速热干化处理装置，其特征在于：在燃烧室上空气进气管路与燃气进气管路成90°方向布置，点火器与燃气进气管路成45°方向布置，点火器与空气进气管路成135°方向布置。

6.根据权利要求1所述的污泥快速热干化处理装置，其特征在于：所述尾管为长圆筒状，尾管直径为40-50mm，尾管长度为1000mm至3500mm。

7.根据权利要求1所述的污泥快速热干化处理装置，其特征在于：在夹套上制有空气进气口，夹套与后干燥器之间有热空气导管连通。

8.根据权利要求1所述的污泥快速热干化处理装置，其特征在于：所述空气进气管路上装有空气流量控制器，所述燃气进气管路上装有燃气流量控制器，在空气进气管路及燃气进气管路上均安装有可控频率的电磁阀，或者安装有由可控转速的电机带动的旋转阀，以控制空气供给频率及燃气供给频率。

9.一种污泥快速热干化处理方法，其特征在于：该方法的步骤为：

10.根据权利要求8所述的污泥快速热干化处理方法，其特征在于：所述的气态燃料的供给频率均为40-100Hz，所述空气的供给频率为40-100Hz。