CN106316034A - 污泥热解与碳值资源化协同处理设备及其方法 - Google Patents

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CN106316034A CN201610701015.XA CN201610701015A CN106316034A CN 106316034 A CN106316034 A CN 106316034A CN 201610701015 A CN201610701015 A CN 201610701015A CN 106316034 A CN106316034 A CN 106316034A
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朱玉雯
李浩宇
刘汉桥
刘翠萍
苗艳芳
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Abstract

本发明提供污泥热解与碳值资源化协同处理设备及其方法，包括污泥储仓、秸秆储仓、ZnCl2储仓、混合仓、第一螺旋输送机、第一级风干机、第二螺旋输送机、造粒机、皮带输送机、第二级风干机、进料管、热解炉、冷凝器、活化炉、污泥活性炭储仓、饱和洗涤塔、第一分配阀、燃气热水锅炉、活性炭吸附塔、引风机、第二分配阀以及第三分配阀，充分利用污泥的水分、能源性和资源性，将污泥的一部分有机质转化为可燃气体和焦油，将污泥中大量水分蒸发用于活化固体产物焦炭，制备活性炭。可燃气体和焦油燃烧提供热解、活化过程所需能量，富余的可燃气体送入燃气锅炉生产热水，制备的活性炭可用于净化处理过程中产生的废气和废水，避免环境污染。

Description

污泥热解与碳值资源化协同处理设备及其方法
技术领域
本发明涉及污泥处理技术领域，更具体地说涉及污泥热解与碳值资源化协同处理设备及其方法。
背景技术
城市污水厂污泥含有大量重金属、病原微生物和寄生虫卵等，性质不稳定且易腐败。但污泥同样富含生物源、有机质、无机组分等，也可成为一种潜在的能源和资源物质。采用热解法处理污泥，可实现污泥的能源化利用；将污泥活化制备活性炭，可用于净化污水或废气，实现其资源化利用。然而在污泥利用过程中均存在不可避免的问题。
(1)污泥中含有大量水分，质量百分比高达80％以上。污泥处理过程首先要将水分蒸发，这一过程的能源消耗量巨大，且在现有处理方法中，水分也无法得到有效利用。水分的蒸发与利用是污泥处理的关键问题。
(2)采用热解法处理污泥，可将污泥中的部分有机质分解转化为CO2、CO、H2、CH4及CnHm等热解气体及热解液体，实现能源的回收。然而CO2的存在，大大影响了热解气体的品质。另一重要问题是部分有机质以固定碳的形式存在于污泥中，无法通过热解的方式进行转化，最终存在于固体产物中。而固体产物的碳含量相对较低，燃烧困难，因此造成了部分潜在能源的浪费。
(3)污泥热解固体产物具有一定的孔隙结构，进一步活化可制备污泥活性炭。可采用水蒸气、CO2或烟气等作为活化气体，其中水蒸气和CO2需要另行制备，增加了活性炭制备成本；而烟气中水蒸气和CO2含量有限，因此烟气活化孔隙欠发达。另一重要问题是热解、活化等过程均需外热源提供能量，能量耗费高。
(4)由于污泥成分复杂，在处理过程中往往会产生废水、废气等污染物，处理不当极易造成环境的二次污染。
针对以上问题，需要综合利用污泥的能源性和资源性，并在最大程度降低外部供能的条件下，使污泥得到有效处理和利用；同时避免污泥处理过程的环境污染，最终达到污泥能源化、资源化及安全化处理。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足，提供了污泥热解与碳值资源化协同处理设备及其方法。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
污泥热解与碳值资源化协同处理设备，包括污泥储仓、秸秆储仓、ZnCl2储仓、混合仓、第一螺旋输送机、第一级风干机、第二螺旋输送机、造粒机、皮带输送机、第二级风干机、进料管、热解炉、冷凝器、活化炉、污泥活性炭储仓、饱和洗涤塔、第一分配阀、燃气热水锅炉、活性炭吸附塔、引风机、第二分配阀以及第三分配阀，所述污泥储仓、所述秸秆储仓和所述ZnCl2储仓通过进料管路与所述混合仓的进料口相连，所述混合仓的出料口通过所述第一螺旋输送机与所述第一级风干机的进料口相连，所述第一级风干机的出料口通过所述第二螺旋输送机与所述造粒机的进料口相连，所述皮带输送机将所述造粒机的出料口与所述第二级风干机的进料口相连接，所述第二级风干机的出料口通过所述进料管与所述热解炉的给料口相连，所述热解炉的卸料口与所述活化炉的进料口相连，所述活化炉的出料口与所述污泥活性炭储仓相连；
所述热解炉的热解气出口与所述饱和洗涤塔相连，所述饱和洗涤塔的排气口通过第一分配阀分别与所述热解炉的气体燃烧器、所述活化炉的气体燃烧器以及所述燃气热水锅炉的第一进气口相连，所述饱和洗涤塔的第一出液口通过管路与所述活性炭吸附塔相连，所述饱和洗涤塔的第二出液口与所述燃气热水锅炉的进液口相连，所述燃气热水锅炉的排气口通过所述第二分配阀与所述活性炭吸附塔相连，所述燃气热水锅炉的排气口、所述热解炉的烟气通道以及所述活化炉的烟气通道与所述第二风干机相连，所述第二风干机与所述第一风干机相连，所述第一风干机通过所述第三分配阀分别与所述活化炉的进气口与所述活性炭吸附塔相连，所述活化炉的尾气排气口与所述活性炭吸附塔相连，在所述第一风干机与第三分配阀之间的管路上设置有所述引风机；
所述热解炉的液体排出口与所述冷凝器相连，所述冷凝器通过回流管路与所述热解炉的雾化液体燃烧器相连。
所述热解炉包括给料口、给料阀、传送链条、传动轮、刮板、焦炭收集装置、卸料口、热解液收集板、热解液收集装置、液体排出口、热解气出口、燃烧室、气体燃烧器、雾化液体燃烧器、烟气排管以及烟气通道，在所述给料口的底端设置有所述给料阀，所述传送链条设置在所述给料阀下方，所述传动轮设置在所述传送链条两端，在所述焦炭收集装置和所述热解液收集装置之间设置有所述刮板，所述刮板与所述传送链条的一端相对设置，在所述热解液收集板设置在所述传送链条下方，在所述热解液收集板下方设置有所述烟气排管，所述烟气排管均匀的排列在所述热解液收集板下方，所述烟气通道设置在所述传送链条上方，在所述烟气排管下方设置有所述燃烧室，在所述燃烧室内壁上分别设置有所述气体燃烧器和所述雾化液体燃烧器，在所述烟气通道与所述给料口相对一侧设置有所述热解液收集装置，在所述热解液收集装置的底端设置有所述液体排出口，在所述热解液收集装置一侧设置有所述焦炭收集装置，在所述焦炭收集装置的底端设置有所述卸料口，在所述焦炭收集装置的顶端一侧设置有所述热解气出口。
所述传送链条包括链条主体、链条槽、热解液沟槽以及集液孔，在所述链条主体两侧设置有所述热解液沟槽，在所述热解液沟槽的外侧设置有所述链条槽，在所述链条主体上均匀设置有所述集液孔，所述集液孔包括圆柱孔和梯形孔，所述圆柱孔设置在所述梯形孔上，在所述圆柱孔与所述链条主体相接触处设置有十字交叉挡板，所述圆柱孔的直径为8-12mm，所述圆柱孔的高度为5-9mm，所述梯形孔的底端直径为20-35mm，所述梯形孔的高度为5-9mm。
在所述烟气排管的后侧设置有烟气母管，所述烟气母管与各个所述烟气排管相连通，所述烟气母管与所述烟气通道相连通。
所述烟气排管包括烟气圆管和连接板，所述烟气圆管平行设置，所述连接板设置在所述烟气圆管之间，所述烟气圆管的内径为30-45mm。
污泥热解与碳值资源化协同处理的方法，污泥储仓中的污泥、秸秆储仓中的秸秆以及ZnCl2储仓中的ZnCl2通过进料管路进入到混合仓中进行充分的混合，混合物料经过第一螺旋输送机输送至第一级风干机中进行初步风干操作，再将初步风干后的混合物料经过第二螺旋输送机输送至造粒机中，向造粒机中添加粘结剂，将其制备成为成型物料，再通过皮带输送机送入第二风干机进行再次风干操作，同时使得成型物料的温度达到300-350℃，干燥后的成型物料通过进料管进入热解炉中进行热解操作，热解所得到的气体通过热解气出口排出热解炉从而进入饱和洗涤塔内，然后经过第一分配阀分别为热解炉、活化炉以及燃气热水锅炉燃烧供热，热解所得到的液体通过液体排出口进入冷凝器，将其中的水分离后将得到的焦油通过雾化液体燃烧器再次送回至热解炉中，为热解炉燃烧供热，热解所得到的固体通过卸料口进入活化炉，活化所得的产物一部分送入污泥活性炭储仓中，另一部分则进入到活性炭吸附塔，用于吸附净化烟气中所含的SO2、NOx等污染物；
热解炉所产生的热解气体通过热解气出口排出至饱和洗涤塔中，将热解气中的H2S、SO2等可溶性污染气体进行去除，饱和洗涤塔中的液体则被输送至活性炭吸附塔中进行吸附，经过吸附净化后的液体被排放至外界，并将得到的30-50℃温水送至燃气热水锅炉中，经过洗涤的热解气体通过第一分配阀被输送至热解炉、活化炉和燃气热水锅炉中，而在热解炉和活化炉中燃烧所产生的烟气再次进入第二风干机中，燃气热水锅炉中所产生的烟气则通过第二分配阀分别进入第二风干机和活性炭吸附塔中，经过活性炭吸附塔净化后的烟气能够排放至外界空气中，第二风干机中的烟气再次进入第一风干机中，用于增加烟气中的水蒸气含量，然后在引风机的作用下进入活化炉制备活性炭，多余的烟气则通过第三分配阀输送至活性炭吸附塔中吸附净化后排放至外界空气中，活化炉中的活化尾气则排放至活性炭吸附塔中吸附净化后排放至外界空气中。
秸秆的加入量为污泥加入量的10-20％，优选13-16％。
ZnCl2的加入量为污泥加入量的8-12％，优选9-11％。
初步风干所得物料的含水量为大于20％小于等于50％，再次风干所得物料的含水量为大于零小于等于20％。
粘结剂采用煤焦油(上海微谱化工技术服务有限公司)，成型物料与粘结剂的质量比为1：(0.1-0.5)，优选1:0.3。
热解炉中的热解条件：热解温度为650-850℃，优选750℃，热解时间为20-40min,优选30min。
活化炉中的活化条件：活化温度为750-850℃，优选800℃，活化时间为40-120min,优选60min。
焦炭的质量与活化气体的体积流量之比为1:(15-20)，优选1:17。
第二风干机中的烟气再次进入第一风干机中，增加水蒸气含量后烟气中的水蒸气体积百分比为大于45％小于65％。
本发明的有益效果为：本发明将污泥的能源性和资源性协同利用，实现了无需外热源供热的污泥处理、利用过程。充分利用污泥中大量水分，蒸发后用于活化制备活性炭；干燥、热解、活化过程无需外热源供热；活化过程采用高水蒸气含量的烟气，活化气体无需另行制备，均来源于污泥处理过程；污泥处理过程产生的废气得到净化。
附图说明
图1是本发明中污泥热解装置的示意图；
图2是本发明中热解炉的结构示意图；
图3是本发明热解炉中传送链条的结构示意图；
图4是本发明热解炉中烟道系统的结构示意图；
图5是本发明热解炉中烟道系统的侧视结构示意图；
图6是本发明中不同热解温度对热解气产量影响的示意图；
图7是本发明中不同热解时间对热解气产量影响的示意图；
图8是本发明中热解温度对可回收焦油热值影响的示意图；
图9是本发明中不同热解时间对可回收焦油热值影响的示意图；
图10是本发明中不同活化时间对活性炭BET比表面积影响的示意图；
图11是本发明中不同活化温度对活性炭BET比表面积影响的示意图；
图中：1为污泥储仓，2为秸秆储仓，3为ZnCl2储仓，4为混合仓，5为第一螺旋输送机，6为第一级风干机，7为第二螺旋输送机，8为造粒机，9为皮带输送机，10为第二级风干机，11为进料管，12为热解炉，13为冷凝器，14为活化炉，15为污泥活性炭储仓，16为饱和洗涤塔，17为第一分配阀，18为燃气热水锅炉，19为活性炭吸附塔，20为引风机，21为第二分配阀，22为第三分配阀，23为给料口，24为给料阀，25为传送链条，26为传动轮，27为刮板，28为焦炭收集装置，29为卸料口，30为热解液收集板，31为热解液收集装置，32为液体排出口，33为热解气出口，34为燃烧室，35为气体燃烧器，36为雾化液体燃烧器，37为烟气排管，38为烟气通道,39为链条槽，40为热解液沟槽，41为集液孔，42为烟气母管。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1至图5所示，其中，1为污泥储仓，2为秸秆储仓，3为ZnCl2储仓，4为混合仓，5为第一螺旋输送机，6为第一级风干机，7为第二螺旋输送机，8为造粒机，9为皮带输送机，10为第二级风干机，11为进料管，12为热解炉，13为冷凝器，14为活化炉，15为污泥活性炭储仓，16为饱和洗涤塔，17为第一分配阀，18为燃气热水锅炉，19为活性炭吸附塔，20为引风机，21为第二分配阀，22为第三分配阀，23为给料口，24为给料阀，25为传送链条，26为传动轮，27为刮板，28为焦炭收集装置，29为卸料口，30为热解液收集板，31为热解液收集装置，32为液体排出口，33为热解气出口，34为燃烧室，35为气体燃烧器，36为雾化液体燃烧器，37为烟气排管，38为烟气通道,39为链条槽，40为热解液沟槽，41为集液孔，42为烟气母管。
污泥热解与碳值资源化协同处理设备，包括污泥储仓、秸秆储仓、ZnCl2储仓、混合仓、第一螺旋输送机、第一级风干机、第二螺旋输送机、造粒机、皮带输送机、第二级风干机、进料管、热解炉、冷凝器、活化炉、污泥活性炭储仓、饱和洗涤塔、第一分配阀、燃气热水锅炉、活性炭吸附塔、引风机、第二分配阀以及第三分配阀，所述污泥储仓、所述秸秆储仓和所述ZnCl2储仓通过进料管路与所述混合仓的进料口相连，所述混合仓的出料口通过所述第一螺旋输送机与所述第一级风干机的进料口相连，所述第一级风干机的出料口通过所述第二螺旋输送机与所述造粒机的进料口相连，所述皮带输送机将所述造粒机的出料口与所述第二级风干机的进料口相连接，所述第二级风干机的出料口通过所述进料管与所述热解炉的给料口相连，所述热解炉的卸料口与所述活化炉的进料口相连，所述活化炉的出料口与所述污泥活性炭储仓相连；
所述热解炉的热解气出口与所述饱和洗涤塔相连，所述饱和洗涤塔的排气口通过第一分配阀分别与所述热解炉的气体燃烧器、所述活化炉的气体燃烧器以及所述燃气热水锅炉的第一进气口相连，所述饱和洗涤塔的第一出液口通过管路与所述活性炭吸附塔相连，所述饱和洗涤塔的第二出液口与所述燃气热水锅炉的进液口相连，所述燃气热水锅炉的排气口通过所述第二分配阀与所述活性炭吸附塔相连，所述燃气热水锅炉的排气口、所述热解炉的烟气通道以及所述活化炉的烟气通道与所述第二风干机相连，所述第二风干机与所述第一风干机相连，所述第一风干机通过所述第三分配阀分别与所述活化炉的进气口与所述活性炭吸附塔相连，所述活化炉的尾气排气口与所述活性炭吸附塔相连，在所述第一风干机与第三分配阀之间的管路上设置有所述引风机；
所述热解炉的液体排出口与所述冷凝器相连，所述冷凝器通过回流管路与所述热解炉的雾化液体燃烧器相连。
所述热解炉包括给料口、给料阀、传送链条、传动轮、刮板、焦炭收集装置、卸料口、热解液收集板、热解液收集装置、液体排出口、热解气出口、燃烧室、气体燃烧器、雾化液体燃烧器、烟气排管以及烟气通道，在所述给料口的底端设置有所述给料阀，所述传送链条设置在所述给料阀下方，所述传动轮设置在所述传送链条两端，在所述焦炭收集装置和所述热解液收集装置之间设置有所述刮板，所述刮板与所述传送链条的一端相对设置，在所述热解液收集板设置在所述传送链条下方，在所述热解液收集板下方设置有所述烟气排管，所述烟气排管均匀的排列在所述热解液收集板下方，所述烟气通道设置在所述传送链条上方，在所述烟气排管下方设置有所述燃烧室，在所述燃烧室内壁上分别设置有所述气体燃烧器和所述雾化液体燃烧器，在所述烟气通道与所述给料口相对一侧设置有所述热解液收集装置，在所述热解液收集装置的底端设置有所述液体排出口，在所述热解液收集装置一侧设置有所述焦炭收集装置，在所述焦炭收集装置的底端设置有所述卸料口，在所述焦炭收集装置的顶端一侧设置有所述热解气出口。
所述传送链条包括链条主体、链条槽、热解液沟槽以及集液孔，在所述链条主体两侧设置有所述热解液沟槽，在所述热解液沟槽的外侧设置有所述链条槽，在所述链条主体上均匀设置有所述集液孔，所述集液孔包括圆柱孔和梯形孔，所述圆柱孔设置在所述梯形孔上，在所述圆柱孔与所述链条主体相接触处设置有十字交叉挡板，所述圆柱孔的直径为8-12mm，所述圆柱孔的高度为5-9mm，所述梯形孔的底端直径为20-35mm，所述梯形孔的高度为5-9mm。
在所述烟气排管的后侧设置有烟气母管，所述烟气母管与各个所述烟气排管相连通，所述烟气母管与所述烟气通道相连通。
所述烟气排管包括烟气圆管和连接板，所述烟气圆管平行设置，所述连接板设置在所述烟气圆管之间，所述烟气圆管的内径为30-45mm。
污泥热解与碳值资源化协同处理的方法，污泥储仓中的污泥、秸秆储仓中的秸秆以及ZnCl2储仓中的ZnCl2通过进料管路进入到混合仓中进行充分的混合，混合物料经过第一螺旋输送机输送至第一级风干机中进行初步风干操作，再将初步风干后的混合物料经过第二螺旋输送机输送至造粒机中，向造粒机中添加粘结剂，将其制备成为成型物料，再通过皮带输送机送入第二风干机进行再次风干操作，同时使得成型物料的温度达到300-350℃，干燥后的成型物料通过进料管进入热解炉中进行热解操作，热解所得到的气体通过热解气出口排出热解炉从而进入饱和洗涤塔内，然后经过第一分配阀分别为热解炉、活化炉以及燃气热水锅炉燃烧供热，热解所得到的液体通过液体排出口进入冷凝器，将其中的水分离后将得到的焦油通过雾化液体燃烧器再次送回至热解炉中，为热解炉燃烧供热，热解所得到的固体通过卸料口进入活化炉，活化所得的产物一部分送入污泥活性炭储仓中，另一部分则进入到活性炭吸附塔，用于吸附净化烟气中所含的SO2、NOx等污染物；
热解炉所产生的热解气体通过热解气出口排出至饱和洗涤塔中，将热解气中的H2S、SO2等可溶性污染气体进行去除，饱和洗涤塔中的液体则被输送至活性炭吸附塔中进行吸附，经过吸附净化后的液体被排放至外界，并将得到的30-50℃温水送至燃气热水锅炉中，经过洗涤的热解气体通过第一分配阀被输送至热解炉、活化炉和燃气热水锅炉中，而在热解炉和活化炉中燃烧所产生的烟气再次进入第二风干机中，燃气热水锅炉中所产生的烟气则通过第二分配阀分别进入第二风干机和活性炭吸附塔中，经过活性炭吸附塔净化后的烟气能够排放至外界空气中，第二风干机中的烟气再次进入第一风干机中，用于增加烟气中的水蒸气含量，然后在引风机的作用下进入活化炉制备活性炭，多余的烟气则通过第三分配阀输送至活性炭吸附塔中吸附净化后排放至外界空气中，活化炉中的活化尾气则排放至活性炭吸附塔中吸附净化后排放至外界空气中。
秸秆的加入量为污泥加入量的10-20％，优选13-16％。
ZnCl2的加入量为污泥加入量的8-12％，优选9-11％。
初步风干所得物料的含水量为大于20％小于等于50％，再次风干所得物料的含水量为大于零小于等于20％。
粘结剂采用煤焦油(上海微谱化工技术服务有限公司)，成型物料与粘结剂的质量比为1：(0.1-0.5)，优选1:0.3。
热解炉中的热解条件：热解温度为650-850℃，优选750℃，热解时间为20-40min,优选30min。
活化炉中的活化条件：活化温度为750-850℃，优选800℃，活化时间为40-120min,优选60min。
焦炭的质量与活化气体的体积流量之比为1:(15-20)，优选1:17。
第二风干机中的烟气再次进入第一风干机中，增加水蒸气含量后烟气中的水蒸气体积百分比为大于45％小于65％。
实施例1
向污泥中加入秸秆和ZnCl2，秸秆质量为干污泥质量的15％，ZnCl2质量为干污泥质量的10％，三者进入混合仓搅拌均化。经螺旋输送机送入第一级风干机，使物料含水率降到50％；由螺旋输送机送入造粒机，添加煤焦油作粘结剂，物料与煤焦油的质量比为1:0.3，制备成直径8mm、长度15mm的圆柱；由皮带输送机送入第二级风干机，使物料含水率降到20％，同时使成型物料温度提高至320℃，分解产生的CO2与蒸发的水分一同被热烟气带走。干燥后的成型物料通过进料管送入热解炉，热解温度为650℃，停留时间为30min。热解气体由热解炉顶部排出进入饱和洗涤塔，而后经分配阀分为三路燃烧供热；热解液体进入冷凝器分离水后，得到的焦油回送入热解炉燃烧供热；热解后的固体产物焦炭送入活化炉，活化温度为800℃，活化时间为60min，入炉焦炭的质量与活化气体的体积流量之比为1:17，得到的活性炭送入污泥活性炭储仓，其中一部分送入活性炭吸附塔，作为吸附剂净化烟气中SO2、NOx等污染物。
热解气体及烟气流程：热解炉内产生的热解气体由上部排气口排出，先进入饱和洗涤塔去除H2S、SO2等可溶性污染气体，同时生产出40℃的温水送入燃气热水锅炉。经过洗涤的热解气体由分配阀分为三路，一路回送入热解炉的燃烧室，燃烧提供热解过程所需能量；一路送入活化炉的燃烧室，燃烧提供活化过程所需能量；其余的热解气体送入燃气热水锅炉，燃烧放热生产80℃的热水。在热解炉、活化炉燃烧室产生的全部烟气汇集进入第二级风干机，燃气热水锅炉产生的烟气经分配阀，一部分用于补充干燥所需烟气量汇集进入第二级风干机，其余的烟气进入活性炭吸附塔净化后排放。热烟气从第二级风干机流出，携带水蒸气和CO2后进入第一级风干机，进一步增加水蒸气含量，使水蒸气体积百分比达到45％，在引风机的作用下，进入活化炉制备活性炭，过余的烟气经分配阀直接送入活性炭吸附塔净化排放。活化后尾气由活化炉上部排出，送入活性炭吸附塔净化后排放。
实施例2
向污泥中加入秸秆和ZnCl2，秸秆质量为干污泥质量的10％，ZnCl2质量为干污泥质量的8％，三者进入混合仓搅拌均化。经螺旋输送机送入第一级风干机，使物料含水率降到20％；由螺旋输送机送入造粒机，添加煤焦油作粘结剂，物料与煤焦油的质量比为1:0.1，制备成直径8mm、长度15mm的圆柱；由皮带输送机送入第二级风干机，使物料含水率降到5％，同时使成型物料温度提高至320℃，分解产生的CO2与蒸发的水分一同被热烟气带走。干燥后的成型物料通过进料管送入热解炉，热解温度为750℃，停留时间为30min。热解气体由热解炉顶部排出进入饱和洗涤塔，而后经分配阀分为三路燃烧供热；热解液体进入冷凝器分离水后，得到的焦油回送入热解炉燃烧供热；热解后的固体产物焦炭送入活化炉，活化温度为750℃，活化时间为120min，入炉焦炭的质量与活化气体的体积流量之比为1:15，得到的活性炭送入污泥活性炭储仓，其中一部分送入活性炭吸附塔，作为吸附剂净化烟气中SO2、NOx等污染物。
热解气体及烟气流程：热解炉内产生的热解气体由上部排气口排出，先进入饱和洗涤塔去除H2S、SO2等可溶性污染气体，同时生产出40℃的温水送入燃气热水锅炉。经过洗涤的热解气体由分配阀分为三路，一路回送入热解炉的燃烧室，燃烧提供热解过程所需能量；一路送入活化炉的燃烧室，燃烧提供活化过程所需能量；其余的热解气体送入燃气热水锅炉，燃烧放热生产80℃的热水。在热解炉、活化炉燃烧室产生的全部烟气汇集进入第二级风干机，燃气热水锅炉产生的烟气经分配阀，一部分用于补充干燥所需烟气量汇集进入第二级风干机，其余的烟气进入活性炭吸附塔净化后排放。热烟气从第二级风干机流出，携带水蒸气和CO2后进入第一级风干机，进一步增加水蒸气含量，使水蒸气体积百分比达到65％，在引风机的作用下，进入活化炉制备活性炭，过余的烟气经分配阀直接送入活性炭吸附塔净化排放。活化后尾气由活化炉上部排出，送入活性炭吸附塔净化后排放。
实施例3
向污泥中加入秸秆和ZnCl2，秸秆质量为干污泥质量的20％，ZnCl2质量为干污泥质量的12％，三者进入混合仓搅拌均化。经螺旋输送机送入第一级风干机，使物料含水率降到40％；由螺旋输送机送入造粒机，添加煤焦油作粘结剂，物料与煤焦油的质量比为1:0.5，制备成直径8mm、长度15mm的圆柱；由皮带输送机送入第二级风干机，使物料含水率降到15％，同时使成型物料温度提高至320℃，分解产生的CO2与蒸发的水分一同被热烟气带走。干燥后的成型物料通过进料管送入热解炉，热解温度为850℃，停留时间为30min。热解气体由热解炉顶部排出进入饱和洗涤塔，而后经分配阀分为三路燃烧供热；热解液体进入冷凝器分离水后，得到的焦油回送入热解炉燃烧供热；热解后的固体产物焦炭送入活化炉，活化温度为850℃，活化时间为40min，入炉焦炭的质量与活化气体的体积流量之比为1:20，得到的活性炭送入污泥活性炭储仓，其中一部分送入活性炭吸附塔，作为吸附剂净化烟气中SO2、NOx等污染物。
热解气体及烟气流程：热解炉内产生的热解气体由上部排气口排出，先进入饱和洗涤塔去除H2S、SO2等可溶性污染气体，同时生产出40℃的温水送入燃气热水锅炉。经过洗涤的热解气体由分配阀分为三路，一路回送入热解炉的燃烧室，燃烧提供热解过程所需能量；一路送入活化炉的燃烧室，燃烧提供活化过程所需能量；其余的热解气体送入燃气热水锅炉，燃烧放热生产80℃的热水。在热解炉、活化炉燃烧室产生的全部烟气汇集进入第二级风干机，燃气热水锅炉产生的烟气经分配阀，一部分用于补充干燥所需烟气量汇集进入第二级风干机，其余的烟气进入活性炭吸附塔净化后排放。热烟气从第二级风干机流出，携带水蒸气和CO2后进入第一级风干机，进一步增加水蒸气含量，使水蒸气体积百分比达到50％，在引风机的作用下，进入活化炉制备活性炭，过余的烟气经分配阀直接送入活性炭吸附塔净化排放。活化后尾气由活化炉上部排出，送入活性炭吸附塔净化后排放。
实施例4
向污泥中加入秸秆和ZnCl2，秸秆质量为干污泥质量的13％，ZnCl2质量为干污泥质量的9％，三者进入混合仓搅拌均化。经螺旋输送机送入第一级风干机，使物料含水率降到30％；由螺旋输送机送入造粒机，添加煤焦油作粘结剂，物料与煤焦油的质量比为1:0.2，制备成直径8mm、长度15mm的圆柱；由皮带输送机送入第二级风干机，使物料含水率降到15％，同时使成型物料温度提高至320℃，分解产生的CO2与蒸发的水分一同被热烟气带走。干燥后的成型物料通过进料管送入热解炉，热解温度为850℃，停留时间为20min。热解气体由热解炉顶部排出进入饱和洗涤塔，而后经分配阀分为三路燃烧供热；热解液体进入冷凝器分离水后，得到的焦油回送入热解炉燃烧供热；热解后的固体产物焦炭送入活化炉，活化温度为800℃，活化时间为30min，入炉焦炭的质量与活化气体的体积流量之比为1:16，得到的活性炭送入污泥活性炭储仓，其中一部分送入活性炭吸附塔，作为吸附剂净化烟气中SO2、NOx等污染物。
热解气体及烟气流程：热解炉内产生的热解气体由上部排气口排出，先进入饱和洗涤塔去除H2S、SO2等可溶性污染气体，同时生产出40℃的温水送入燃气热水锅炉。经过洗涤的热解气体由分配阀分为三路，一路回送入热解炉的燃烧室，燃烧提供热解过程所需能量；一路送入活化炉的燃烧室，燃烧提供活化过程所需能量；其余的热解气体送入燃气热水锅炉，燃烧放热生产80℃的热水。在热解炉、活化炉燃烧室产生的全部烟气汇集进入第二级风干机，燃气热水锅炉产生的烟气经分配阀，一部分用于补充干燥所需烟气量汇集进入第二级风干机，其余的烟气进入活性炭吸附塔净化后排放。热烟气从第二级风干机流出，携带水蒸气和CO2后进入第一级风干机，进一步增加水蒸气含量，使水蒸气体积百分比达到50％，在引风机的作用下，进入活化炉制备活性炭，过余的烟气经分配阀直接送入活性炭吸附塔净化排放。活化后尾气由活化炉上部排出，送入活性炭吸附塔净化后排放。
实施例5
向污泥中加入秸秆和ZnCl2，秸秆质量为干污泥质量的16％，ZnCl2质量为干污泥质量的11％，三者进入混合仓搅拌均化。经螺旋输送机送入第一级风干机，使物料含水率降到40％；由螺旋输送机送入造粒机，添加煤焦油作粘结剂，物料与煤焦油的质量比为1:0.4，制备成直径8mm、长度15mm的圆柱；由皮带输送机送入第二级风干机，使物料含水率降到12％，同时使成型物料温度提高至320℃，分解产生的CO2与蒸发的水分一同被热烟气带走。干燥后的成型物料通过进料管送入热解炉，热解温度为750℃，停留时间为20min。热解气体由热解炉顶部排出进入饱和洗涤塔，而后经分配阀分为三路燃烧供热；热解液体进入冷凝器分离水后，得到的焦油回送入热解炉燃烧供热；热解后的固体产物焦炭送入活化炉，活化温度为800℃，活化时间为60min，入炉焦炭的质量与活化气体的体积流量之比为1:19，得到的活性炭送入污泥活性炭储仓，其中一部分送入活性炭吸附塔，作为吸附剂净化烟气中SO2、NOx等污染物。
热解气体及烟气流程：热解炉内产生的热解气体由上部排气口排出，先进入饱和洗涤塔去除H2S、SO2等可溶性污染气体，同时生产出40℃的温水送入燃气热水锅炉。经过洗涤的热解气体由分配阀分为三路，一路回送入热解炉的燃烧室，燃烧提供热解过程所需能量；一路送入活化炉的燃烧室，燃烧提供活化过程所需能量；其余的热解气体送入燃气热水锅炉，燃烧放热生产80℃的热水。在热解炉、活化炉燃烧室产生的全部烟气汇集进入第二级风干机，燃气热水锅炉产生的烟气经分配阀，一部分用于补充干燥所需烟气量汇集进入第二级风干机，其余的烟气进入活性炭吸附塔净化后排放。热烟气从第二级风干机流出，携带水蒸气和CO2后进入第一级风干机，进一步增加水蒸气含量，使水蒸气体积百分比达到50％，在引风机的作用下，进入活化炉制备活性炭，过余的烟气经分配阀直接送入活性炭吸附塔净化排放。活化后尾气由活化炉上部排出，送入活性炭吸附塔净化后排放。
实施例6
向污泥中加入秸秆和ZnCl2，秸秆质量为干污泥质量的17％，ZnCl2质量为干污泥质量的10％，三者进入混合仓搅拌均化。经螺旋输送机送入第一级风干机，使物料含水率降到35％；由螺旋输送机送入造粒机，添加煤焦油作粘结剂，物料与煤焦油的质量比为1:0.5，制备成直径8mm、长度15mm的圆柱；由皮带输送机送入第二级风干机，使物料含水率降到8％，同时使成型物料温度提高至320℃，分解产生的CO2与蒸发的水分一同被热烟气带走。干燥后的成型物料通过进料管送入热解炉，热解温度为650℃，停留时间为30min。热解气体由热解炉顶部排出进入饱和洗涤塔，而后经分配阀分为三路燃烧供热；热解液体进入冷凝器分离水后，得到的焦油回送入热解炉燃烧供热；热解后的固体产物焦炭送入活化炉，活化温度为800℃，活化时间为90min，入炉焦炭的质量与活化气体的体积流量之比为1:18，得到的活性炭送入污泥活性炭储仓，其中一部分送入活性炭吸附塔，作为吸附剂净化烟气中SO2、NOx等污染物。
热解气体及烟气流程：热解炉内产生的热解气体由上部排气口排出，先进入饱和洗涤塔去除H2S、SO2等可溶性污染气体，同时生产出40℃的温水送入燃气热水锅炉。经过洗涤的热解气体由分配阀分为三路，一路回送入热解炉的燃烧室，燃烧提供热解过程所需能量；一路送入活化炉的燃烧室，燃烧提供活化过程所需能量；其余的热解气体送入燃气热水锅炉，燃烧放热生产80℃的热水。在热解炉、活化炉燃烧室产生的全部烟气汇集进入第二级风干机，燃气热水锅炉产生的烟气经分配阀，一部分用于补充干燥所需烟气量汇集进入第二级风干机，其余的烟气进入活性炭吸附塔净化后排放。热烟气从第二级风干机流出，携带水蒸气和CO2后进入第一级风干机，进一步增加水蒸气含量，使水蒸气体积百分比达到50％，在引风机的作用下，进入活化炉制备活性炭，过余的烟气经分配阀直接送入活性炭吸附塔净化排放。活化后尾气由活化炉上部排出，送入活性炭吸附塔净化后排放。
实施例7
向污泥中加入秸秆和ZnCl2，秸秆质量为干污泥质量的15％，ZnCl2质量为干污泥质量的10％，三者进入混合仓搅拌均化。经螺旋输送机送入第一级风干机，使物料含水率降到30％；由螺旋输送机送入造粒机，添加煤焦油作粘结剂，物料与煤焦油的质量比为1:0.35，制备成直径8mm、长度15mm的圆柱；由皮带输送机送入第二级风干机，使物料含水率降到15％，同时使成型物料温度提高至320℃，分解产生的CO2与蒸发的水分一同被热烟气带走。干燥后的成型物料通过进料管送入热解炉，热解温度为850℃，停留时间为40min。热解气体由热解炉顶部排出进入饱和洗涤塔，而后经分配阀分为三路燃烧供热；热解液体进入冷凝器分离水后，得到的焦油回送入热解炉燃烧供热；热解后的固体产物焦炭送入活化炉，活化温度为800℃，活化时间为120min，入炉焦炭的质量与活化气体的体积流量之比为1:17，得到的活性炭送入污泥活性炭储仓，其中一部分送入活性炭吸附塔，作为吸附剂净化烟气中SO2、NOx等污染物。
热解气体及烟气流程：热解炉内产生的热解气体由上部排气口排出，先进入饱和洗涤塔去除H2S、SO2等可溶性污染气体，同时生产出40℃的温水送入燃气热水锅炉。经过洗涤的热解气体由分配阀分为三路，一路回送入热解炉的燃烧室，燃烧提供热解过程所需能量；一路送入活化炉的燃烧室，燃烧提供活化过程所需能量；其余的热解气体送入燃气热水锅炉，燃烧放热生产80℃的热水。在热解炉、活化炉燃烧室产生的全部烟气汇集进入第二级风干机，燃气热水锅炉产生的烟气经分配阀，一部分用于补充干燥所需烟气量汇集进入第二级风干机，其余的烟气进入活性炭吸附塔净化后排放。热烟气从第二级风干机流出，携带水蒸气和CO2后进入第一级风干机，进一步增加水蒸气含量，使水蒸气体积百分比达到50％，在引风机的作用下，进入活化炉制备活性炭，过余的烟气经分配阀直接送入活性炭吸附塔净化排放。活化后尾气由活化炉上部排出，送入活性炭吸附塔净化后排放。
由图6可知，随着热解温度升高，可燃气体总量逐渐增大。除了以上三种可燃气体，还产生丙烯、乙炔等为主的低碳数烃类气体。当温度从650℃升高到850℃，热解气体可回收热量从3676kJ/kg(污泥)增加到5194kJ/kg(污泥)。
由图7可知，随着热解时间延长，热解过程更为充分，液体产物也会发生二次热解，使得可燃气体总量有所增大，但增大趋势逐渐变缓。当热解时间达到50min，热解气体可回收热量达到4553kJ/kg(污泥)。考虑生产效率和供热成本，在热解过程较为充分的条件下，可缩短热解时间。
由图8可知，热解液经冷凝、与水分离得到焦油，采用高压氧弹式量热仪测定热值。当热解温度从650℃升高到850℃，可回收的焦油热值逐渐减小，但均高于6000kJ/kg(污泥)。
由图9可知，热解时间对可回收的焦油热值影响很小。
由图10可知，水蒸气体积百分比为50％、CO2体积百分比为22％，入炉焦炭的质量与活化气体的体积流量之比为1:17时，800℃活化得到污泥活性炭的BET比表面积。当活化时间从0.5h增加到2h，BET比表面积先增加后降低，在1.5h时达到最大值。由此，本发明控制活化时间在40-120min。
由图11可知，水蒸气体积百分比为50％、CO2体积百分比为22％，入炉焦炭的质量与活化气体的体积流量之比为1:17时，700、800和900℃下活化1.5h得到污泥活性炭的BET比表面积。随活化温度增加，BET比表面积先增加后降低，在800℃时达到最大值。当温度较低时，气体活化过程不能充分进行；而温度达到900℃时，易发生扩孔或孔壁塌陷，从而降低活性炭比表面积。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.污泥热解与碳值资源化协同处理设备，其特征在于：包括污泥储仓、秸秆储仓、ZnCl2储仓、混合仓、第一螺旋输送机、第一级风干机、第二螺旋输送机、造粒机、皮带输送机、第二级风干机、进料管、热解炉、冷凝器、活化炉、污泥活性炭储仓、饱和洗涤塔、第一分配阀、燃气热水锅炉、活性炭吸附塔、引风机、第二分配阀以及第三分配阀，所述污泥储仓、所述秸秆储仓和所述ZnCl2储仓通过进料管路与所述混合仓的进料口相连，所述混合仓的出料口通过所述第一螺旋输送机与所述第一级风干机的进料口相连，所述第一级风干机的出料口通过所述第二螺旋输送机与所述造粒机的进料口相连，所述皮带输送机将所述造粒机的出料口与所述第二级风干机的进料口相连接，所述第二级风干机的出料口通过所述进料管与所述热解炉的给料口相连，所述热解炉的卸料口与所述活化炉的进料口相连，所述活化炉的出料口与所述污泥活性炭储仓相连；
所述热解炉的热解气出口与所述饱和洗涤塔相连，所述饱和洗涤塔的排气口通过第一分配阀分别与所述热解炉的气体燃烧器、所述活化炉的气体燃烧器以及所述燃气热水锅炉的第一进气口相连，所述饱和洗涤塔的第一出液口通过管路与所述活性炭吸附塔相连，所述饱和洗涤塔的第二出液口与所述燃气热水锅炉的进液口相连，所述燃气热水锅炉的排气口通过所述第二分配阀与所述活性炭吸附塔相连，所述燃气热水锅炉的排气口、所述热解炉的烟气通道以及所述活化炉的烟气通道与所述第二风干机相连，所述第二风干机与所述第一风干机相连，所述第一风干机通过所述第三分配阀分别与所述活化炉的进气口与所述活性炭吸附塔相连，所述活化炉的尾气排气口与所述活性炭吸附塔相连，在所述第一风干机与第三分配阀之间的管路上设置有所述引风机；
所述热解炉的液体排出口与所述冷凝器相连，所述冷凝器通过回流管路与所述热解炉的雾化液体燃烧器相连。
2.根据权利要求1所述的污泥热解与碳值资源化协同处理设备，其特征在于：所述热解炉包括给料口、给料阀、传送链条、传动轮、刮板、焦炭收集装置、卸料口、热解液收集板、热解液收集装置、液体排出口、热解气出口、燃烧室、气体燃烧器、雾化液体燃烧器、烟气排管以及烟气通道，在所述给料口的底端设置有所述给料阀，所述传送链条设置在所述给料阀下方，所述传动轮设置在所述传送链条两端，在所述焦炭收集装置和所述热解液收集装置之间设置有所述刮板，所述刮板与所述传送链条的一端相对设置，在所述热解液收集板设置在所述传送链条下方，在所述热解液收集板下方设置有所述烟气排管，所述烟气排管均匀的排列在所述热解液收集板下方，所述烟气通道设置在所述传送链条上方，在所述烟气排管下方设置有所述燃烧室，在所述燃烧室内壁上分别设置有所述气体燃烧器和所述雾化液体燃烧器，在所述烟气通道与所述给料口相对一侧设置有所述热解液收集装置，在所述热解液收集装置的底端设置有所述液体排出口，在所述热解液收集装置一侧设置有所述焦炭收集装置，在所述焦炭收集装置的底端设置有所述卸料口，在所述焦炭收集装置的顶端一侧设置有所述热解气出口。
3.根据权利要求2所述的污泥热解与碳值资源化协同处理设备，其特征在于：所述传送链条包括链条主体、链条槽、热解液沟槽以及集液孔，在所述链条主体两侧设置有所述热解液沟槽，在所述热解液沟槽的外侧设置有所述链条槽，在所述链条主体上均匀设置有所述集液孔，所述集液孔包括圆柱孔和梯形孔，所述圆柱孔设置在所述梯形孔上，在所述圆柱孔与所述链条主体相接触处设置有十字交叉挡板，所述圆柱孔的直径为8-12mm，所述圆柱孔的高度为5-9mm，所述梯形孔的底端直径为20-35mm，所述梯形孔的高度为5-9mm。
4.根据权利要求2所述的污泥热解与碳值资源化协同处理设备，其特征在于：在所述烟气排管的后侧设置有烟气母管，所述烟气母管与各个所述烟气排管相连通，所述烟气母管与所述烟气通道相连通；所述烟气排管包括烟气圆管和连接板，所述烟气圆管平行设置，所述连接板设置在所述烟气圆管之间，所述烟气圆管的内径为30-45mm。
5.利用权利要求1至4任一所述的污泥热解与碳值资源化协同处理设备对污泥进行热解的方法，其特征在于：污泥储仓中的污泥、秸秆储仓中的秸秆以及ZnCl2储仓中的ZnCl2通过进料管路进入到混合仓中进行充分的混合，混合物料经过第一螺旋输送机输送至第一级风干机中进行初步风干操作，再将初步风干后的混合物料经过第二螺旋输送机输送至造粒机中，向造粒机中添加粘结剂，将其制备成为成型物料，再通过皮带输送机送入第二风干机进行再次风干操作，同时使得成型物料的温度达到300-350℃，干燥后的成型物料通过进料管进入热解炉中进行热解操作，热解所得到的气体通过热解气出口排出热解炉从而进入饱和洗涤塔内，然后经过第一分配阀分别为热解炉、活化炉以及燃气热水锅炉燃烧供热，热解所得到的液体通过液体排出口进入冷凝器，将其中的水分离后将得到的焦油通过雾化液体燃烧器再次送回至热解炉中，为热解炉燃烧供热，热解所得到的固体通过卸料口进入活化炉，活化所得的产物一部分送入污泥活性炭储仓中，另一部分则进入到活性炭吸附塔，用于吸附净化烟气中所含的SO2、NOx等污染物；
热解炉所产生的热解气体通过热解气出口排出至饱和洗涤塔中，将热解气中的H2S、SO2等可溶性污染气体进行去除，饱和洗涤塔中的液体则被输送至活性炭吸附塔中进行吸附，经过吸附净化后的液体被排放至外界，并将得到的30-50℃温水送至燃气热水锅炉中，经过洗涤的热解气体通过第一分配阀被输送至热解炉、活化炉和燃气热水锅炉中，而在热解炉和活化炉中燃烧所产生的烟气再次进入第二风干机中，燃气热水锅炉中所产生的烟气则通过第二分配阀分别进入第二风干机和活性炭吸附塔中，经过活性炭吸附塔净化后的烟气能够排放至外界空气中，第二风干机中的烟气再次进入第一风干机中，用于增加烟气中的水蒸气含量，然后在引风机的作用下进入活化炉制备活性炭，多余的烟气则通过第三分配阀输送至活性炭吸附塔中吸附净化后排放至外界空气中，活化炉中的活化尾气则排放至活性炭吸附塔中吸附净化后排放至外界空气中。
6.根据权利要求5所述的污泥热解与碳值资源化协同处理的方法，其特征在于：秸秆的加入量为污泥加入量的10-20％，优选13-16％；ZnCl2的加入量为污泥加入量的8-12％，优选9-11％。
7.根据权利要求5所述的污泥热解与碳值资源化协同处理的方法，其特征在于：初步风干所得物料的含水量为大于20％小于等于50％，再次风干所得物料的含水量为大于零小于等于20％；第二风干机中的烟气再次进入第一风干机中，增加水蒸气含量后烟气中的水蒸气体积百分比为大于45％小于65％。
8.根据权利要求5所述的污泥热解与碳值资源化协同处理的方法，其特征在于：粘结剂采用煤焦油，成型物料与粘结剂的质量比为1：(0.1-0.5)，优选1:0.3。
9.根据权利要求5所述的污泥热解与碳值资源化协同处理的方法，其特征在于：热解炉中的热解条件：热解温度为650-850℃，优选750℃，热解时间为20-40min,优选30min；活化炉中的活化条件：活化温度为750-850℃，优选800℃，活化时间为40-120min,优选60min。
10.根据权利要求5所述的污泥热解与碳值资源化协同处理的方法，其特征在于：焦炭的质量与活化气体的体积流量之比为1:(15-20)，优选1:17。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111088055A (zh) * 2019-12-06 2020-05-01 南京理工大学 一种自热式污泥与秸秆共碳化的方法和装置
CN113481022A (zh) * 2021-07-12 2021-10-08 北京博霖环境科技有限公司 一种自洁式静态回转热解装置

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