CN103386411B - 一种生物质废物的水热处理方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种生物质废物的水热处理方法及其系统，该方法包括：物料依次经过浆化预热处理、高压蒸汽水热处理和闪蒸处理，所述水热处理使用的蒸汽包括原蒸汽和二次蒸汽。该二次蒸汽是利用水热反应装置之间的蒸汽压力差，完成两个水热反应装置的蒸汽的均压均温。通过水热反应器之间的多级均压，提高了换热效率，降低了原蒸汽消耗量。
Description
技术领域
本发明涉及一种粘稠流体或者半固体废物的处理技术领域，尤其涉及一种生物质废物的水热处理方法及其系统。
背景技术
生物质废物包括污泥、厨余垃圾、菜场垃圾、禽畜粪便等含有大量生物活体细胞的废物及其任意比例的组合。近年来，随着城市污水处理设施的普及、处理量的提高以及处理程度的深化，污泥产生量以每年10%的速度急剧增加。污泥的成分复杂、含水率高、脱水困难，含有高浓度的有机物、病原微生物、重金属离子等有害物质，而且常伴有恶臭，如果不经过适当的处理会造成严重的二次污染，危害生态环境和人类健康。另外，污泥中还含有大量氮、磷、多种微量元素和有机质等成分，经适当处理后可回收利用做农业肥料。
目前，较为普遍的污泥处理方式有卫生填埋、干化焚烧、厌氧消化和堆肥农用四种。1、卫生填埋。由于填埋处理操作简单、成本低廉，卫生填埋一直受到大多数污水处理厂的青睐，然而，由于污泥含水率高，作业困难，而且在填埋过程中会产生大量有毒有害的渗滤液，从而无法满足越来越严格的污泥处理要求。2、干化焚烧。虽然干化焚烧处理彻底，减量化效果好，但是因为污泥含水率高、能耗大、处理成本高，在土地资源紧张的发达国家才被普遍应用。3、厌氧消化。污泥是水处理过程中所产生的活体微生物，有机物含量虽然高，但降解速率较慢，污泥直接厌氧消化，有机物转化率一般在30~40%间，污泥减量化效果不明显。4、堆肥农用。由于污泥含水率高，储存、运输较为困难，且堆放占地面积大，散发臭味。另外，污泥中含有重金属以及病菌和寄生虫卵等有害物质，消化后也很难达到农用的卫生要求，不易被农民接受，因此难以推广。
在上述传统方式应用困难的情况下，污泥水热技术得到广泛的关注。水热技术是将污泥置于高温高压的条件下，使微生物细胞、絮体破裂，结合水溶出，大大提高了污泥的厌氧消化性能及脱水性能。由于水热反应是在没有相变的条件下发生，污泥处理能耗要远低于直接蒸发干化。但是对于我国目前的情况而言，污泥普遍有机物含量低，通过水热后厌氧消化所产生的沼气较少，甚至无法满足水热的能耗需求。在这种条件下，水热系统的能耗显得至关重要。目前的水热技术，原蒸汽消耗量一般为0.3~0.4t/t污泥，通过有效的方式降低水热反应的能耗，是该技术在我国得到顺利推广的前提。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中生物质废物水热处理技术存在的能耗偏高的问题，提供一种水热处理方法和系统，在保证良好处理效果的同时大幅度降低水热工艺能耗，降低生物质废物处理成本，提高资源化水平。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种生物质废物的水热处理方法，该方法包括：物料依次经过浆化预热处理、高压蒸汽水热处理和闪蒸处理，所述水热处理使用的蒸汽包括原蒸汽和二次蒸汽；所述二次蒸汽是利用两个水热反应装置之间的蒸汽压力差，由已完成水热反应的水热反应装置中的高压高温蒸汽进入到相对低压低温的另一个或多个未进行水热反应的水热反应装置中的回收蒸汽，进而完成两个所述水热反应装置的蒸汽的均压均温。
进一步地，所述水热反应装置之间通过各工序有序排布进行梯次闪蒸换热，形成局部间歇、整体连续的处理过程；每个所述水热反应装置接受的二次蒸汽的次数为1-5次、接受顺序为蒸汽温度由低至高。
进一步地，所述浆化预热处理使用的蒸汽包括闪蒸处理产生的最终闪蒸蒸汽和所述水热反应装置在水热反应过程中泄压排出的乏汽。
进一步地，所述水热反应装置同时设有一个或多个共同的闪蒸管道，以用于在同一时序，一个所述水热反应装置向另一个所述水热反应装置进行蒸汽闪蒸换热；当换热均压次数多时，通过多个并联设置的闪蒸管道，实现多个所述水热反应装置同时分别与另外多个所述水热反应装置进行蒸汽闪蒸换热，以保证各换热时序独立执行，互不影响。
优选地，上述方法的具体处理步骤包括：
1）将物料利用闪蒸处理产生的闪蒸蒸汽进行预热，升温至60～105℃，进行浆化和预热处理；
2）浆化后的物料，输送至所述水热反应装置中，依次通入不同温度等级的二次蒸汽，温度最终升至110-180℃；
3）继续通入原蒸汽，加热至反应温度160～220℃，并保持15～120min；
4）完成水热反应后，开启所述水热反应装置顶部的排汽阀进行闪蒸或多级闪蒸，以蒸汽作为换热介质、蒸汽压差作为推动力，将高温高压蒸汽依次排至其它水热反应装置，如步骤2）中所述，完成与其它1个或多个水热反应装置的蒸汽的均压均温；
5）完成上述闪蒸换热的所述水热反应装置内压力降至0.15~0.4MPa，经过水热处理的物料进入闪蒸处理单元，闪蒸降压，降温至90～120℃后排出至后续处理单元。
进一步地，优选如下技术方案：所述水热处理采用2～6个水热反应装置，每个所述水热反应装置向另一个所述水热反应装置排出1次蒸汽进行换热；或者所述水热处理采用3～6个水热反应装置，每个所述水热反应装置向其中2个所述水热反应装置依次排出2次蒸汽进行闪蒸换热；或者所述水热处理采用6个水热反应装置，每个所述水热反应装置向其中3个所述水热反应装置依次排出3次蒸汽进行换热；或者所述水热处理采用7个水热反应装置，每个所述水热反应装置向其中4个所述水热反应装置依次排出4次蒸汽进行闪蒸换热；或者所述水热处理采用8个水热反应装置，每个所述水热反应装置向其中5个所述水热反应装置依次排出5次蒸汽进行闪蒸换热；或者所述水热处理采用2组2、3或4个水热反应装置，每个所述水热反应装置向同组的其中1个所述水热反应装置依次排出1次蒸汽进行闪蒸换热。
本发明同时提供了一种生物质废物的水热处理系统，其包括浆化预热单元、高压蒸汽水热单元、闪蒸单元和流程控制单元，所述闪蒸单元的蒸汽出口与所述浆化预热单元连接，所述水热单元设有多个水热反应装置，每个水热反应装置均设有原蒸汽和二次蒸汽的入口。
进一步地，所述水热反应装置均设有排汽阀和进汽阀，同时设有至少一个共同的闪蒸管道，当开启需要换热的两个所述水热反应装置的排汽阀和进汽阀时，以蒸汽作为换热介质、蒸汽压差作为推动力，两个所述水热反应装置实现均压均温；所述闪蒸管道设有与所述浆化单元、水热单元和闪蒸单元相连的控制阀门，并由所述流程控制单元控制阀门。
进一步地，所述水热反应装置的数量优选2~8个，通过所述流程控制单元控制所述水热反应装置按设计的时间顺序工作，形成梯次闪蒸换热。
进一步地，所述水热反应装置的数量为6个或6个以上时，所述水热反应装置设有二个并联的共同的闪蒸管道，以用于在同一时序，由所述流程控制单元控制两个所述水热反应装置同时分别与另两个所述水热反应装置进行蒸汽换热。
进一步地，所述水热反应装置为N个×m组，其中，2≤N≤8，m≥2，各组所述水热反应装置均分别与所述浆化预热单元和闪蒸单元连接，相互独立工作，由所述流程控制单元控制各组的工作时序相互错开，使水热处理系统实现连续进料和连续出料。
进一步地，每个所述水热反应装置的顶部均设有蒸汽出口及排汽阀、底部设有出料口及出料阀、侧面上部设有进料口及进料阀、侧面下部设有原蒸汽和二次蒸汽的共同入口；所述二次蒸汽入口与原蒸汽管道、所述闪蒸管道通过各自的进汽阀连通。
本发明的优点和积极效果：
对于粘稠流体或者半固体来说，常用的间壁传热存在着沿程阻力大、输送功耗高、耗用钢材多、管壁热阻大、易结焦结垢等问题。通过蒸汽直接混合加热的方式可以克服间壁传热的缺点对物料进行加热，通过过热流体闪蒸的方式可以克服间壁传热的缺点回收蒸汽。
本发明相对于现有的生物质废物水热处理技术，具有以下优点：
1、多级闪蒸、梯级换热，更大程度的回收了废蒸汽，降低了能耗。
通过水热反应器之间的多级均压，提高了系统内的对数温差，提高了换热效率，降低了原蒸汽消耗量。目前一般水热系统的原蒸汽消耗量为0.3~0.4t/t污泥，而通过该技术，可降低至0.15~0.25t/t污泥。
2、多级闪蒸，使系统对原蒸汽消耗更为连续，减小了锅炉系统负荷。工艺全过程采用可编程控制器（PLC）控制，多级序批工艺可控性强，自动化程度高，工作效率高、劳动强度低；
3、通过降低水热系统能耗，实现生物质废物处理系统能源自持甚至输出，提高了生物质废物处理的资源化水平。
附图说明
图1是本发明的处理系统结构示意图，其中显示了水热处理包括4个水热反应器；
图2是本发明实施例1的处理系统结构示意图；其中包括4个水热反应器；
图3是本发明实施例2的处理系统结构示意图；其中包括2个水热反应器；
图4是本发明实施例3的处理系统结构示意图；其中包括3个水热反应器；
图5是本发明实施例4的处理系统结构示意图；其中包括5个水热反应器；
图6是本发明实施例5的处理系统结构示意图；其中包括6个水热反应器；
图7是本发明实施例6的处理系统结构示意图；其中包括6个水热反应器；
图8是本发明实施例7的处理系统结构示意图；其中包括7个水热反应器；
图9是本发明实施例8的处理系统结构示意图；其中包括8个水热反应器；
图10是本发明实施例9的处理系统结构示意图；其中包括2组3个水热反应器。
具体实施方式
本发明提出的一种低耗的生物质废物水热处理的方法，可以充分利用和回收处理过程的所产生的闪蒸蒸汽。一种优选方式，利用物料最后闪蒸产生的蒸汽对浆化的物料进行预热。即物料依次经过浆化反应器、水热反应器、闪蒸反应器。除了利用物料最后闪蒸产生的蒸汽对浆化的物料进行预热，还可利用水热反应过程产生闪蒸蒸汽，作为水热反应器中水热反应所需蒸汽的补充。其基本工作原理是：利用序批式多水热反应器系统，每个反应器在达到水热温度并反应完成后，与另外一个或多个水热反应器进行1次以上均压，不同温度的二次蒸汽分别进入不同的水热反应器回收，提高了整体传热的对数温差，不同品位的蒸汽经过梯级传热，蒸汽的利用效率达到最高。
上述的处理方法的重点在于：处理系统采用了多个水热反应器序批工作实现梯次换热，优选2-8个。各水热反应器之间用共同的闪蒸管道连通，利用蒸汽作为换热介质，利用蒸汽压差作为推动力，实现两种物料的均压均温。换热次数在1次到5次，换热次数越多，热利用效率越高。当换热均压次数多时，通过多个并联设置的闪蒸管道，实现多个所述水热反应器同时分别与另外多个所述水热反应器进行蒸汽闪蒸换热，以保证各换热时序独立执行，互不影响。
作为优选的方式，上述水热处理方法中，还可以进一步充分利用在水热反应器中因物料反应所产生的乏汽（以泄压方式排出），该乏汽虽然对水热反应价值不高，但是该高温乏气可以直接排入到浆化反应器中，对其中的物料进行预热。这样操作的好处是，一方面排出乏汽，可以向水热反应器中继续加入原蒸汽，促进水热反应；另一方面还可以充分利用反应过程中的多余蒸汽。
基于上述的发明内容，水热反应器个数可进一步扩展至N个×m组，优选地，2≤N≤8，m≥2，各组反应器的工作时序相互错开，可实现多反应器系统连续进料连续出料，使多反应器系统的配套设备实现连续工作，提高工作效率，节约成本。
如图1所示，下面对本发明提供水热处理方法的工艺过程作出说明，为简要清楚地表达，下面所述的水热处理的对象均为生物质废物中的污泥，但不以此为限。其中，作为本领域技术人员可以理解的是：对污泥的初次均质处理以及后续的污泥冷却，均是采用现有技术，处理系统中所用的泵、各种反应装置（浆化、水热和闪蒸反应器）、管道及阀门的选择和设置也同样是现有技术中可以获得的，不是本发明的核心内容。
图1中的工艺所涉及的设备有：原泥料罐1，均质供料泵2、滤液回流泵3、均质反应器4，浆化供料泵5、浆化反应器6、4台水热反应器A、B、C、D，水热供料泵7、闪蒸反应器8，冷却供料泵9、污泥冷却器10，以及必要的连接管道和阀门，整个工艺流程由流程控制单元控制，该控制单元为可编程控制器（PLC）。每个所述水热反应器的顶部均设有蒸汽出口及排汽阀13、底部设有出料口及出料阀14、侧面上部设有进料口及进料阀15、侧面下部设有蒸汽入口；所述蒸汽入口与原蒸汽管道20，原蒸汽管道20与每个水热反应器之间设有进汽阀16、所述闪蒸管道30通过各自的进汽阀17连通。除了上述共用的闪蒸管道、原蒸汽管道，所述水热反应器均设有共同的进料管和出料管的主管线相通。需要说明，本发明的所有附图中，均已经示意性画出各个反应器的阀门及管道，包括浆化反应器设有由阀门控制的预热蒸汽入口（与闪蒸管道连通）、闪蒸反应器设有由阀门控制的闪蒸蒸汽出口、物料入口、物料出口。同时，为了清楚地说明本发明的技术内容，附图中还以闪蒸线、进料线、出料线和蒸汽线进行标注，用以说明相应管道的大致位置。
将含水率70%～90%的脱水污泥与回流滤液由原泥料罐1通过均质供料泵2和滤液回流泵3引入均质反应器4进行均质处理，再由均质反应器4通过浆化供料泵5引入浆化反应器6，在浆化反应器6中，物料与闪蒸反应器8的闪蒸蒸汽混合，优选物料与闪蒸反应器的闪蒸蒸汽和水热反应器A、B、C、D产生的乏汽混合，升温，达到浆化和预热的目的。浆化后的物料，用水热供料泵（高温输送泵）依不同工作时序送入密闭的水热反应器A、B、C、D中，采用蒸汽为热源，与被加热物料直接混合，利用蒸汽液化释放的热量使之升温。之后，水热反应器A、B、C、D按照设定梯度，一个水热反应器与其它一个或多个水热反应器进行均压，然后，排入闪蒸反应器8，利用压力差在闪蒸反应器8中完成闪蒸降压，进行最终一级闪蒸。最终闪蒸的蒸汽进入浆化反应器6与污泥混合，并实现热量的传递。污泥经过高温高压下反应及多级闪蒸过程，细胞壁破碎，释放出细胞内的内部水及有机物，厌氧消化性能与脱水性能均大大提升，闪蒸降温至90～120℃后，进一步降温至适宜温度，可直接脱水或进入厌氧消化系统。
水热后的污泥可脱水至含固率50%~65%，脱水滤液可采用UASB（上流式厌氧污泥床）、IC（内循环厌氧生物反应器）等形式，回收生物质能；水热后的污泥还可全部进入后续处理单元，比如厌氧消化反应器中进行厌氧消化，达到50%~70%的厌氧转化效率。
上述水热处理系统的处理过程，具体说明如下：
1)含水率70％~90%的原料污泥，经原泥泵从原泥料仓输送进均质反应器，与回流滤液进行混合、均质，得到均质污泥；均质污泥温度为10~35℃；
2)均质污泥由均质泥泵输送至浆化反应器，经最终闪蒸蒸汽加热和机械搅拌，实现浆化，得到浆化污泥；浆化污泥温度为60℃~105℃；优选98~105℃；
3)浆化污泥由水热供料泵输送至水热反应器；
4)污泥在水热反应器中，依次通入不同温度等级的二次蒸汽，温度最终提升至110℃~180℃；水热反应器接受二次蒸汽的顺序为温度由低至高；
5)然后以原蒸汽加热至反应温度，并保温15~120min（分钟）；优选30-100min，反应温度为160℃~220℃；优选180-220℃，原蒸汽消耗量为0.15~0.25t/t（吨）原污泥；
6)完成反应后，开启水热反应器上空的排汽阀进行多级闪蒸，将闪蒸蒸汽依次排至不同水热反应器，完成与多个水热反应器的均压；
7)当进行完多级闪蒸的水热反应器内压力降至0.15~0.4MPa后，排入闪蒸反应器进行最终闪蒸；最终闪蒸的蒸汽进入浆化反应器与冷泥反应；
8)闪蒸反应器内的压力降至常压后，将反应器内物料外排，经过必要的冷却换热后，可直接脱水或厌氧消化；水热污泥直接脱水可得到含固率50~65%的脱水泥饼，水热污泥进行厌氧消化，有机物转化率为50%~70%。
本发明优选安装2-8台水热反应器，更为优选3~6台水热反应器，并通过各工序有序排布，实现了局部间歇，整体连续的效果，最大程度的降低水热所需能耗。以下提供的具体实施例的工艺过程参照上述的处理方法及步骤。
下面通过实施例进一步说明本发明，但不以此为限。以下实施例中所涉及的最后一级闪蒸，均是指闪蒸单元中的物料的闪蒸。
实施例1
如图1、2所示，水热系统采用了1个浆化反应器6、4个水热反应器A、B、C、D和1个闪蒸反应器8，具有一个输入原蒸汽的管道20、一个共用的闪蒸管道30。各设备之间设有必要的连接管道和各种阀门。可以采用如下两种处理方法：
第一种：2级闪蒸：即，一级闪蒸：每个水热反应器均与另一个水热反应器进行一次蒸汽的闪蒸；二级闪蒸：每个水热反应器的物料进入闪蒸反应器进行一次闪蒸。每个水热反应单元的工作时序均是：进料、输入二次蒸汽、原蒸汽、水热反应、输出二次蒸汽（对另一个水热反应器的蒸汽闪蒸换热）、出料至闪蒸反应器。为了能够水热反应器之间的闪蒸换热，上述4个水热反应器的工作时序不相同。比如，处理流程启动后，在同一时间，可以将水热反应器A设在进料时序、水热反应器B设在输出二次蒸汽时序、水热反应器C设在水热反应时序、水热反应器D设在输入二次蒸汽时序，也就是说，在该时间段，水热反应器B、D之间进行了蒸汽的闪蒸换热；以此类推，在下一个时间段，水热反应器C、A之间进行了蒸汽的闪蒸换热，接着是水热反应器D完成水热反应，与水热反应器B之间进行了蒸汽的闪蒸换热，同样，在随后的时间段，水热反应器A完成水热反应，与水热反应器C之间进行了蒸汽的闪蒸换热。在本实施例中，水热反应温度180℃，反应时间30min，水热后污泥通过换热器冷却、脱水。反应结果，悬浮固体（SS）溶解27%，上清液COD（SCOD）为24000mg/L。脱水泥饼的固含量为55%。系统原蒸汽消耗为0.19t/t污泥。
3级闪蒸，即，一级、二级闪蒸：每个水热反应器均依次与另二个水热反应器进行一次蒸汽的闪蒸；三级闪蒸：每个水热反应器的物料进入闪蒸反应器进行一次闪蒸。每个水热反应单元的工作时序均是：进料、连续2次输入二次蒸汽、原蒸汽、水热反应、连续2次输出二次蒸汽（依次对另外两个水热反应器的蒸汽闪蒸换热）、出料至闪蒸反应器。为了能够水热反应器之间的闪蒸换热，上述4个水热反应器的工作时序不相同。比如，处理流程启动后，在同一时间，可以将水热反应器A设在进料时序、水热反应器B设在第1次输出二次蒸汽时序、水热反应器C设在水热反应时序、水热反应器D设在第1次输入二次蒸汽时序；在随后的同一时间，将水热反应器A设在第2次输入二次蒸汽时序、水热反应器B设在第2次输出二次蒸汽时序、水热反应器C设在水热反应时序、水热反应器D设在输入原蒸汽时序，依次类推。也就是说，在上述的第1个时间点和第2个时间点，水热反应器B连接进行了2次蒸汽的闪蒸，并依次将高温高压的蒸汽输入给水热反应器D和A。其它水热反应器之间的蒸汽的闪蒸换热同理。在本实施例中，水热反应温度180℃，反应时间60min，水热后污泥通过换热器冷却、脱水。反应结果，悬浮固体（SS）溶解29%，上清液COD（SCOD）为23500mg/L。脱水泥饼的固含量为56%。系统原蒸汽消耗为0.15t/t污泥。
实施例2
如图3所示，在上述实施例1的基础上，水热系统改为2个水热反应器A、B，2级闪蒸。即，水热反应器A与水热反应器B均分别完成1次蒸汽的闪蒸，从水热反应器A、B中流出的污泥进入到闪蒸反应器后，完成最终闪蒸。本实施例中，水热反应温度160℃，反应时间105min，水热后污泥通过换热器冷却、脱水。反应结果，悬浮固体（SS）溶解27%，上清液COD（SCOD）为20000mg/L。脱水泥饼的固含量为59%。系统原蒸汽消耗为0.25t/t污泥。
实施例3
如图4所示，在上述实施例1的基础上，水热系统改为3个水热反应器A、B、C，2级闪蒸。即，水热反应器A、B、C均分别完成1次蒸汽的闪蒸，完成水热反应器A和B、B和C、A和C之间的闪蒸蒸汽换热；从水热反应器A、B、C中流出的污泥进入到闪蒸反应器后，完成最终闪蒸。在本实施例中，水热反应温度180℃，反应时间90min，水热后污泥通过换热器冷却、脱水。反应结果，悬浮固体（SS）溶解30%，上清液COD（SCOD）为20000mg/L。脱水泥饼的固含量为60%。系统原蒸汽消耗为0.20t/t污泥。
实施例4
如图5所示，在上述实施例1的基础上，水热系统改为5个水热反应器A、B、C、D、E，采用与实施例1中第2种处理方式基本相同的3级闪蒸，每个水热反应器均对另二个水热反应器依次进行2次蒸汽闪蒸，在此不再赘述。在本实施例中，水热反应温度200℃，反应时间45min，水热后污泥通过换热器冷却、脱水。反应结果，悬浮固体（SS）溶解30%，上清液COD（SCOD）为19500mg/L。脱水泥饼的固含量为57%。系统原蒸汽消耗为0.18t/t污泥。
实施例5
如图6所示，在上述实施例1的基础上，水热系统改为6个水热反应器A、B、C、D、E、F，3级闪蒸。采用与实施例1中第2种处理方式基本相同，每个水热反应器均对另二个水热反应器依次进行2次蒸汽闪蒸，在此不再赘述。在本实施例中，水热反应温度180℃，反应时间15min，水热后污泥通过换热器冷却、脱水。反应结果，悬浮固体（SS）溶解27%，上清液COD（SCOD）为21000mg/L。脱水泥饼的固含量为57%。系统原蒸汽消耗为0.17t/t污泥。
实施例6
如图7所示，与实施例5相同，水热系统改为6个水热反应器A、B、C、D、E、F。本实施例采用4级闪蒸，即每个水热反应器均对另三个水热反应器依次进行3次蒸汽闪蒸。本实施例需要设置2个共用闪蒸管道，以便在同一时间段，可以有两对水热反应器同时进行蒸汽的闪蒸换热，以及同时将两个正在进行水热反应的水热反应器中的乏汽排放至浆化反应器。从图中可以清楚地看到，两条闪蒸管道30并联设置，每个闪蒸管道30均设有与浆化反应器6、水热反应器和闪蒸反应器8相连的程控阀门，包括排汽阀13、进汽阀17；也就是说，浆化反应器、水热反应器和闪蒸反应器均并列设有2个排汽阀、2个进汽阀17，以便控制闪蒸管道内蒸汽的流向，保证在同一工作时序，相互独立运行，互不影响。在本实施例中，水热反应温度200℃，反应时间15min，水热后污泥通过换热器冷却、脱水。反应结果，悬浮固体（SS）溶解28%，上清液COD（SCOD）为20500mg/L。脱水泥饼的固含量为56%。系统原蒸汽消耗为0.15t/t污泥。
实施例7
如图8所示，在实施例5的基础上，水热系统改为7个水热反应器A、B、C、D、E、F、G。本实施例可以采用5级闪蒸，即每个水热反应器均对另三个水热反应器依次进行4次蒸汽闪蒸。与实施例6相同，水热反应器需要设置2个并联的共用闪蒸管道以及配套的阀门，以便在同一时间段，可以有两对水热反应器同时进行蒸汽的闪蒸换热，以及同时将两个正在进行水热反应的水热反应器中的乏汽排放至浆化反应器。反应结果，悬浮固体（SS）溶解33%，上清液COD（SCOD）为18000mg/L。脱水泥饼的固含量为60%。系统原蒸汽消耗为0.18t/t污泥。
实施例8
如图9所示，在实施例5的基础上，水热系统改为8个水热反应器A、B、C、D、E、F、G、H，6级闪蒸。与实施例6相同，水热反应器需要设置2个并联的共用闪蒸管道及配套的阀门。本实施例中，水热反应温度220℃，反应时间105min，水热后污泥通过换热器冷却、脱水。反应结果，悬浮固体（SS）溶解31％，上清液COD（SCOD）为18000mg/L。脱水泥饼的固含量为61%。系统原蒸汽消耗为0.17t/t污泥。
实施例9
如图10所示，水热系统采用了1个浆化反应器、2组串联的水热反应器A、B、C、D、E、F，每组3个水热反应器，和1个闪蒸反应器，具有一个原蒸汽的输入管道、一个共用的闪蒸管道。各设备之间设有必要的连接管道和各种阀门。各组反应器的工作时序相互错开，可实现多组反应器系统连续进料连续出料。
值得注意的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限定本发明的专利保护范围，本发明还可以对上述方法中的具体操作步骤以及各种反应物进行替换。故凡运用本发明的说明书及图示内容所作的等效变化，或直接或间接运用于其它相关技术领域均同理皆包含于本发明所涵盖的范围内。
Claims (10)
1.一种生物质废物的水热处理方法，其特征在于，该方法包括：物料依次经过浆化预热处理、高压蒸汽水热处理和闪蒸处理，所述水热处理使用的蒸汽包括原蒸汽和二次蒸汽；
所述二次蒸汽是利用两个水热反应装置之间的蒸汽压力差，由已完成水热反应的水热反应装置中的高压高温蒸汽进入到相对低压低温的另一个或多个未进行水热反应的水热反应装置中的回收蒸汽，进而完成两个所述水热反应装置的蒸汽的均压均温；
所述浆化预热处理使用的蒸汽包括闪蒸处理产生的最终闪蒸蒸汽和所述水热反应装置在水热反应过程中泄压排出的乏汽。
2.如权利要求1所述的水热处理方法，其特征在于，所述水热反应装置之间通过各工序有序排布进行梯次闪蒸换热，形成局部间歇、整体连续的处理过程；每个所述水热反应装置接受的二次蒸汽的次数为1-5次、接受顺序为蒸汽温度由低至高。
3.如权利要求2所述的水热处理方法，其特征在于，所述水热反应装置同时设有一个或多个共同的闪蒸管道，以用于在同一时序，一个所述水热反应装置向另一个所述水热反应装置进行蒸汽闪蒸换热；当换热均压次数多时，通过多个并联设置的闪蒸管道，实现多个所述水热反应装置同时分别与另外多个所述水热反应装置进行蒸汽闪蒸换热，以保证各换热时序独立执行，互不影响。
4.如权利要求3所述的水热处理方法，其特征在于，具体处理步骤包括：
1)将物料利用闪蒸处理产生的闪蒸蒸汽进行预热，升温至60～105℃，进行浆化和预热处理；
2)浆化后的物料，输送至所述水热反应装置中，依次通入不同温度等级的二次蒸汽，温度最终升至110-180℃；
3)继续通入原蒸汽，加热至反应温度160～220℃，并保持15～120min；
4)完成水热反应后，开启所述水热反应装置顶部的排汽阀进行闪蒸或多级闪蒸，以蒸汽作为换热介质、蒸汽压差作为推动力，将高温高压蒸汽依次排至其它水热反应装置，如步骤2)中所述，完成与其它1个或多个水热反应装置的蒸汽的均压均温；
5)完成上述闪蒸换热的所述水热反应装置内压力降至0.15～0.4MPa，经过水热处理的物料进入闪蒸处理单元，闪蒸降压，降温至90～120℃后排出至后续处理单元。
5.如权利要求3所述的水热处理方法，其特征在于，所述水热处理采用2～6个水热反应装置，每个所述水热反应装置向另一个所述水热反应装置排出1次蒸汽进行换热；
或者所述水热处理采用3～6个水热反应装置，每个所述水热反应装置向其中2个所述水热反应装置依次排出2次蒸汽进行闪蒸换热；
或者所述水热处理采用6个水热反应装置，每个所述水热反应装置向其中3个所述水热反应装置依次排出3次蒸汽进行换热；
或者所述水热处理采用7个水热反应装置，每个所述水热反应装置向其中4个所述水热反应装置依次排出4次蒸汽进行闪蒸换热；
或者所述水热处理采用8个水热反应装置，每个所述水热反应装置向其中5个所述水热反应装置依次排出5次蒸汽进行闪蒸换热；
或者所述水热处理采用2组，每组采用2个、3个或4个水热反应装置，每个所述水热反应装置向同组的其中1个所述水热反应装置依次排出1次蒸汽进行闪蒸换热。
6.一种生物质废物的水热处理系统，其特征在于，包括浆化预热单元、高压蒸汽水热单元、闪蒸单元和流程控制单元，所述闪蒸单元的蒸汽出口与所述浆化预热单元连接，所述水热单元设有多个水热反应装置，每个水热反应装置均设有原蒸汽和二次蒸汽的入口；
每个所述水热反应装置的顶部均设有蒸汽出口及排汽阀、底部设有出料口及出料阀、侧面上部设有进料口及进料阀、侧面下部设有原蒸汽和二次蒸汽的共同入口；所述二次蒸汽入口与原蒸汽管道、所述闪蒸管道通过各自的进汽阀连通。
7.如权利要求6所述的水热处理系统，其特征在于，所述水热反应装置均设有排汽阀和进汽阀，同时设有至少一个共同的闪蒸管道，当开启需要换热的两个所述水热反应装置的排汽阀和进汽阀时，以蒸汽作为换热介质、蒸汽压差作为推动力，两个所述水热反应装置实现均压均温；所述闪蒸管道设有与所述浆化单元、水热单元和闪蒸单元相连的控制阀门，并由所述流程控制单元控制阀门。
8.如权利要求7所述的水热处理系统，其特征在于，所述水热反应装置的数量为2～8个，通过所述流程控制单元控制所述水热反应装置按设计的时间顺序工作，形成梯次闪蒸换热。
9.根据权利要求8所述的水热处理系统，其特征在于，所述水热反应装置的数量为6个以上时，所述水热反应装置设有二个并联的共同的闪蒸管道，以用于在同一时序，由所述流程控制单元控制两个所述水热反应装置同时分别与另两个所述水热反应装置进行蒸汽换热。
10.根据权利要求6所述的水热处理系统，其特征在于，所述水热反应装置为N个×m组，其中，2≤N≤8，m≥2，各组所述水热反应装置均分别与所述浆化预热单元和闪蒸单元连接，相互独立工作，由所述流程控制单元控制各组的工作时序相互错开，使水热处理系统实现连续进料和连续出料。
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