CN104710093A - 一种连续式污泥水热处理反应釜装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种连续式污泥水热处理反应釜装置，主要包括：釜体、釜盖、导流内筒、搅拌器和储泥罐；釜盖上设有出水口，导流内筒上盖处有污泥进口、蒸汽进口和氧化剂进口通过釜盖连接入导流内筒；搅拌器位于釜盖和导流内筒中央；储泥罐底部为30°～60°的锥形面，其底部有泥浆出口。该装置通过重力沉降使经过水热反应后的污泥最大限度实现泥水分离，减少出水中的固体颗粒含量，从而减少出水中颗粒对后续工艺、管线、设备的影响，同时，减少了能耗。

Description

一种连续式污泥水热处理反应釜装置

技术领域

本发明涉及一种污泥处理装置，特别涉及一种可连续用于污泥水热处理的反应釜装置。属污泥减量化、稳定化、资源化处理领域。

背景技术

随着我国城镇污水处理规模日益扩大，污泥处置问题变得越来越重要。简单的填埋、干化、焚烧、土地回用等处理技术均难以兼顾环境保护、资源利用和处理成本等方面的要求而受到限制。污泥厌氧消化产气被认为是最有前途的污泥处理技术而在我国广泛推广，但实践表明，直接以脱水污泥为原料的消化工艺产气率低、停留时间长、社会经济效益不明显。

针对污泥的水热处理技术可以快速将污泥破胞，将大分子降解为小分子，固体中的有机物溶解到液体中，从而大大提高污泥生化性能，同时杀灭有害微生物，实现污泥的稳定化、资源化、减量化，水热技术与厌氧消化结合将具有广泛应用前景。

根据加氧化剂与否，污泥水热处理技术可划分为热水解和水热氧化两种类型，水热氧化在破胞的同时还能促进有机物氧化并向小分子有机酸转化。

污泥水热处理装置有管式、塔式、釜式等多种结构形式，其中釜式反应器结构简单，易于工程应用。在运行方式上，水热处理工艺可以分为间歇式、半间歇式和连续式，目前间歇式方式较为广泛，即一定量污泥加入反应器中，在一定温、压条件下保持一段时间，再将污泥排出并进入下一个运行周期，这种方式操作复杂、效率低、稳定性差。而目前已有的连续式装置，由于不能实现较好的泥水分离效果，使得出水中固体颗粒较大，对于后续工艺、管线和设备的影响较大。

发明内容

针对现有污泥水热处理装置的不足，本发明提供了一种连续式污泥水热处理反应釜装置，该装置通过重力沉降使经过水热反应后的污泥最大限度实现泥水分离，减少出水中的固体颗粒含量，从而减少出水中颗粒对后续工艺、管线、设备的影响，同时，减少了能耗。

本发明提供的污泥水热反应釜装置主要包括：釜体1、釜盖6、导流内筒2、搅拌器3和储泥罐5；所述釜体构成反应釜的承压壁；所述釜盖上设有出水口14；所述导流内筒为上盖与壁面密封、底部空心的圆筒，上盖处有污泥进口11、蒸汽进口12和氧化剂进口13通过釜盖连接入导流内筒，各进口接合处与上盖、釜盖均为固定密封连接；所述搅拌器位于釜盖和导流内筒中央；所述储泥罐底部为30°～60°的锥形面，避免泥浆排放时形成死角，其底部有泥浆出口15。

进一步地，本发明所述的污泥水热反应釜装置还包括耗散板4，所述耗散板固定连接于导流内筒末端。

导流内筒的筒体底部下沿可以是直筒，也可以具有向内侧的倒角，倒角≤90°，优选具有向内侧15～60°的倒角。

储泥罐可以与釜体独立，储泥罐与釜体通过一段圆管连通，也可以直接与釜体底部连成一体；优选与釜体独立。

所述装置中流体可流动区域可划分为：混合区7、能量耗散区16、层流区8、出水保温壁9、储泥区10。

搅拌器位于导流内筒内部、耗散板之上的区域，其桨叶可以为一级，也可以为多级分布，桨叶级数根据釜体高度确定；多级分布时，一级桨叶靠近污泥、蒸汽、氧化剂进口处，其作用为将大块污泥打散，并使各物料初步混合；二级及以上桨叶则使得物料在混合区内充分混合。混合区为导流内筒内部搅拌器作用的区域；其作用为形成一个完全混合区域，使各物料、反应组分快速充分混合，加快反应的质量和能量传递，从而提高水热反应效率。

耗散板位于导流内筒末端，与导流内筒通过本领域常用方式固定连接，其作用区域称为能量耗散区；耗散板安装于与导流内筒的圆壁上，单个耗散板形状可以是矩形或波浪形等形状，组合起来可以采用轴向扇形分布，或轴向平行分布等任意布局方式；由于混合区在搅拌器作用下存在很强的剪切应力，形成强湍流流动，从而影响颗粒在釜体底部的沉降和浓缩，耗散板的作用是通过其壁面与流体的摩擦作用，消耗湍流动能；理论上，耗散板表面积越大，其耗散能力越强，通过控制耗散板数量和耗散板形状即可控制表面积大小，耗散板表面积大小应根据目标工况的搅拌强度进行合理选择；通过耗散板作用，保证其下端为稳定层流流动，从而保证颗粒在该区域的沉降。

在导流内筒末端，流场将转角向上流动，即出水保温壁区，并且流速增大，会有将颗粒带出的风险，因此在导流内筒下沿设置向内侧的倒角，可以减缓流场转弯幅度，同时使得流场速度缓慢增大，形成一个缓冲过渡区域，进一步降低颗粒被流体带出的可能性，从而更好地实现泥水分离。

出水保温壁为导流内筒外壁与釜体承压壁之间的区域，流体流经该区域后经釜盖上的出水口流出，高温出水在该区域形成一个保温壁，减少导流内筒内部区域热量向釜体外的散热损失，从而减少能耗。

储泥区是一个缓冲、储存颗粒固体的区域，实现周期性间歇排泥，避免频繁排泥对系统的影响；反应残渣在该区域长时间停留，通过压缩沉降形成较高浓度的泥浆，泥浆从底部泥浆出口排出，储泥区底部为30°～60°的锥形面，避免泥浆排放时形成死角。储泥区可以采用与釜体独立的储泥罐，储泥罐与釜体通过一段圆管连通，可有效减弱两个区域间的热量传递、流场扰动；基于该优点，储泥罐可以设计为大容积罐体，此结构反应釜的排泥间歇时间长，运行稳定性强。除采用与釜体独立的储泥罐外，储泥区还可以直接是与釜体底部连成一体的区域，此时，该区域即为储泥罐，颗粒固体沉积在储泥罐，通过储泥罐泥浆出口排出；这种设计结构简单，但储泥容积较小，需较频繁的排泥或连续排泥。

通过本发明提供的结构，改善了反应器中的流态，有利于颗粒的沉降并实现颗粒物的富集，可以很好地实现泥水分离，并且能连续运行，大大提高了污泥的处理效率，同时本发明通过导流内筒和出水口的设计，形成出水保温壁，提高了反应的传质、传热效率，减小了釜体的散热损失。

附图说明

图1为储泥罐与釜体一体的污泥水热处理的反应釜装置。

图2为具有独立储泥罐的污泥水热处理的反应釜装置。

图3为耗散板的立体视图，其中单个耗散板为矩形，沿釜体轴向扇形分布。

图4为耗散板的立体视图，其中耗散板为波浪形，沿釜体轴向平行分布。

附图中的数字标记分别是：

1：釜体；2：导流内筒；3：搅拌器；4：耗散板；5：储泥罐；6：釜盖；7：混合区；8：层流区；9：出水保温壁；10：储泥区；11：污泥进口；12：蒸汽进口；13：氧化剂进口；14：出水口；15：泥浆出口；16：能量耗散区。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例1如图1所示，一种连续式污泥水热处理反应釜装置，主要包括釜体1、釜盖6、导流内筒2、搅拌器3和储泥罐5；釜体流动区域划分为混合区7、层流区8、出水保温壁9、储泥区10；所述釜体构成反应釜的承压壁；所述釜盖上设有出水口14；所述导流内筒为上盖与壁面密封、底部空心的圆筒，导流内筒上盖和釜盖处有污泥进口11、蒸汽进口12和氧化剂进口13；搅拌器3位于釜盖中央，污泥进口11、蒸汽进口12、氧化剂进口13以及搅拌器的搅拌轴通过釜盖、导流内筒2上盖伸入混合区7，釜盖、上盖接合处采用螺母方式连接和密封；搅拌器3具有一级桨叶；储泥罐5与釜体底部连成一体，储泥罐顶部与釜体底部大小相等，储泥罐底部为圆锥面，锥度为60°，底部设泥浆出口15，此时层流区8与储泥区10无明显的分界线。

实施例2

如图2所示，与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：

进一步包括耗散板4，如图3所示，耗散板4有3块，每块形状均为矩形，沿釜体轴向扇形分布，耗散板固定安装于导流内筒末端，其作用区域为能量耗散区16。

导流内筒的筒体底部下沿设置有向内侧的倒角，该倒角为45°。

搅拌器3具有二级桨叶，其中一级桨叶靠近各物料进口，其作用为将污泥打碎并使污泥、蒸汽和氧化剂初步混合，二级桨叶则使物料在整个混合区内充分混合，促进能量交换、质量传递。

釜体层流区8底部为锥形面，锥度为45°，储泥区10为独立的储泥罐5，储泥罐上部为15°锥形面，与釜体层流区8底部通过圆管连接，储泥罐下部为圆锥面，锥度为30°，储泥罐底部有泥浆出口15。

实施例3

与实施例2相同之处不再赘述，不同之处在于：耗散板4有5块，每块为矩形，并沿釜体轴向平行分布；导流内筒的筒体底部下沿设置有向内侧的倒角，该倒角为15°；储泥罐下部为圆锥面，锥度为45°。

实施例4

与实施例2相同之处不再赘述，不同之处在于：导流内筒的筒体底部下沿设置有向内侧的倒角，该倒角为60°。

实施例5

与实施例2相同之处不再赘述，不同之处在于：

如图4所示，共有耗散板7块，每块的形状为波浪形，并沿釜体轴向平行分布。导流内筒的筒体底部下沿设置有向内侧的倒角，该倒角为90°。

本装置的工作过程如下：污泥、蒸汽、氧化剂分别从各自进口进入混合区7，本发明所用氧化剂可以采用双氧水溶液、纯氧气或空气，各物料在搅拌器3的作用下充分混合并发生反应，流体向下通过能量耗散区，在耗散板4作用下耗散掉湍流动能，流体流入层流区8中，稳定缓慢的流动有利于实现固液分离，其中固体颗粒向下沉降并进入储泥区10，液体及不能沉降的部分颗粒将沿出水保温壁9向上流动，最终通过釜盖上的出水口14流出。固体颗粒在储泥区10中缓慢压缩形成较高浓度的泥浆，再通过底部泥浆出口15周期性间歇排出，储泥区容积越大，则排泥间歇周期越长，越有利于固液分离及装置的连续运行。

实施例6

采用实施例1所提供的装置处理剩余污泥，处理效果如下：

作为本发明的一处理效果案例，所处理剩余污泥的含水率84.2％，灰分45.5％，总碳(TC)241±2g/kg。处理温度235～245℃，停留时间31min，污泥与高温蒸汽流量比1:1。该工况下能完全实现泥水分离，出水中无明显固体悬浮颗粒，出水COD为10248mg/L，出水TN为2349mg/L。处理后固体由泥浆出口15排出，处理后固体总碳(TC)去除率达52.0％。

作为本发明的一处理效果案例，所处理剩余污泥的含水率84.2％，灰分45.5％，总碳(TC)241±2g/kg。处理温度200～214℃，停留时间29min，污泥与高温蒸汽流量比1:1。该工况下能完全实现泥水分离，出水中无明显固体悬浮颗粒，出水COD为11672mg/L，出水TN为2075mg/L。处理后固体由泥浆出口15排出，处理后固体TC去除率达48.2％。

作为本发明的一处理效果案例，所处理剩余污泥含水率84.0％，灰分45.5％，总碳(TC)241±2g/kg。处理温度160～168℃，停留时间29min，污泥与高温蒸汽流量比2:1。该工况下能完全实现泥水分离，出水中无明显固体悬浮颗粒，出水COD为7969mg/L，出水TN为1467mg/L。处理后固体由泥浆出口15排出，处理后固体TC去除率达42.5％。

作为本发明的一处理效果案例，所处理剩余污泥含水率84.2％，灰分45.5％，总碳(TC)241±2g/kg。处理温度126～140℃，停留时间28～34min，污泥与高温蒸汽流量比3:1。该工况下能完全实现泥水分离，出水中无明显固体悬浮颗粒，出水COD为4557～5055mg/L，出水TN为819～956mg/L。处理后固体由泥浆出口15排出，处理后固体TC去除率达20.6～21.6％。

Claims (5)

1.一种连续式污泥水热处理反应釜装置，包括：釜体(1)、搅拌器(3)、釜盖(6)，其特征在于，还包括：导流内筒(2)和储泥罐(5)，所述釜盖上设有出水口(14)；所述导流内筒为上盖与壁面密封、底部空心的圆筒，上盖处有污泥进口(11)、蒸汽进口(12)和氧化剂进口(13)通过釜盖连接入导流内筒；所述搅拌器位于釜盖和导流内筒中央；所述储泥罐底部为30°～60°的锥形面，其底部有泥浆出口(15)。

2.根据权利要求1所述的连续式污泥水热处理反应釜装置，其特征在于，还包括耗散板(4)，所述耗散板位于导流内筒末端。

3.根据权利要求1或2所述的连续式污泥水热处理反应釜装置，其特征在于，所述导流内筒(2)的筒体底部下沿优选具有向内侧的倒角。

4.根据权利要求1或2所述的连续式污泥水热处理反应釜装置，其特征在于，所述储泥罐(5)优选与釜体独立。

5.根据权利要求3所述的连续式污泥水热处理反应釜装置，其特征在于，所述储泥罐(5)优选与釜体独立。