CN106587562A - 一种利用太阳能热解污泥的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用太阳能热解污泥的装置，包括光照式污泥干燥装置、自动聚光系统、设有进气端和排气端的旋转式反应装置、尾气利用装置，所述自动聚光系统将太阳光聚焦后形成的高温使旋转式反应装置内的污泥产生热解反应，所述的尾气利用装置设置在所述旋转式反应装置的排气端和光照式污泥干燥装置之间，通过热传导的方式将旋转式反应装置排出的热解反应生成气的余热给污泥干燥装置内的污泥进行加热。本发明还公开了一种利用太阳能热解污泥的方法。本发明具有使用安全可靠、资源充分利用的优点，可用于处理污泥，达到污泥的有效利用。
Description
技术领域
本发明涉及污泥处理领域，尤其涉及一种利用太阳能热解污泥的装置及方法。
背景技术
随着我国现代化建设的推进，人们在生活和工业活动产生了大量的污水。据统计，2005年中国城镇产生污水量超过400亿吨，而且还以每年10%的速率增长。现在全国城镇的污水处理率越来越高，正走向良性的可持续发展。然而伴随污水处理产生的污泥却显得受到的关注不足，如此大量的污泥如果处置不当，必将引起一系列环境、经济和社会问题。
污泥是一种可利用的资源，所含的有机物是有效的生物能源，干燥的污泥可产生16.65～20.93MJ/t 的热能，是一种低热值的燃料。现今，如何使污泥的处置过程同时变成资源化的过程，是当前污泥处置的前沿研究课题，污水污泥的处理处置与污泥资源化利用的相结合，将为全球碳减排作出重要贡献，将成为城市污水污泥的最终出路。目前污泥处置方式主要有卫生填埋、农用、污泥焚烧、污泥气化、污泥干燥、污泥堆肥和海洋倾倒等，虽然污泥处置方式很多，但实际上污泥干燥和焚烧是最完全、稳定的处理手段。但传统工艺所需要的热量由燃烧煤或由电能来提供，会造成一定的能源浪费和环境污染。因此尝试将太阳能和污泥的热解结合起来，利用太阳能对污泥进行热解。
太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，每年到达地球表面的辐射能约为130万亿吨标准煤。太阳能主要有两种利用途径：通过光电池把太阳辐射能转化为电能，常见的有太阳能电池；通过太阳能集热器把太阳辐射转化为热能，最简单的有太阳能热水器。太阳能热水器、中温热发电和光伏发电均已进入商业化应用，但在高温热化学转化（制氢或合成气）方面，还不够成熟。
污泥太阳能热解技术是在无氧状态下利用太阳能形成的高温进行的化学反应过程，包括汽化、热解、脱氢、热缩化、炭化等反应，将污泥中的水分蒸发，有机物转化为可燃气体和生物炭，使污泥成分价值最大化。太阳能热解技术将成为一种新型节能环保技术，对于综合处理污泥，乃至利用生物质有重大意义。
发明内容
本发明的目的在于克服以往污泥处理的缺点和不足，提供一种充分利用资源、污染少、利用前景广大的利用太阳能热解污泥的装置及方法。
本发明通过下述技术方案说明：
一种利用太阳能热解污泥的装置，包括光照式污泥干燥装置、自动聚光系统、设有进气端和排气端的旋转式反应装置、尾气利用装置，所述自动聚光系统将太阳光聚焦后形成的高温使旋转式反应装置内的污泥产生热解反应，所述的尾气利用装置设置在所述旋转式反应装置的排气端和光照式污泥干燥装置之间，通过热传导的方式将旋转式反应装置排出的热解反应生成气的余热给污泥干燥装置内的污泥进行加热。
进一步地，所述光照式污泥干燥装置包括干燥室、连接所述干燥室的集水箱，所述干燥室为圆柱形不锈钢箱体，其顶盖为采用弧形设计的玻璃，所述顶盖和箱体接合处设置有凹槽，所述凹槽处通过导管连接集水箱。
进一步地，所述的自动聚光系统包括支撑架、设置在所述支撑架上的聚光器、控制器及红外探温仪，所述的红外探温仪设置在所述旋转式反应装置上，用于探测旋转式反应装置内的温度，所述的控制器与支撑架及红外探温仪电路连接，用于根据红外探温仪获取的温度并根据太阳光入射角度，调整支撑架改变凸透镜的方向位置。
进一步地，所述的聚光器为凸透镜。
进一步地，所述的旋转式反应装置包括透明的反应室、旋转部件、电动机，所述电动机通过旋转部件驱动反应室旋转，所述反应室两端分别设置有进气口和出气口。
进一步地，所述的反应室的外壁包裹设置有保温层。
进一步地，所述反应室的材料为石英玻璃。
进一步地，所述的尾气利用装置包括若干热管，所述热管包括管壳、设置在管壳内的吸液芯和密封设置在所述管壳两端的端盖，所述的管壳内呈负压状态，充入有换热工质。
一种基于所述装置的利用太阳能热解污泥的方法，包括步骤：
1）将污泥放入光照式污泥干燥装置内，利用太远光照和旋转式反应装置排出的热解反应生成气的余热给污泥干燥装置内的污泥进行加热干燥，使污泥中的大部分水分蒸发析出；
2）将经过干燥处理的污泥再送入旋转式反应装置，利用自动聚光系统聚光后的太阳光使旋转式反应装置内形成热解反应所需的高温环境，使污泥产生热解反应；
3）反应时旋转式反应装置进行选择，同时向旋转式反应装置内通入除氧气体形成无氧环境并带出热解生成气；
4）所述的热解生成气通过尾气利用装置将余热传导至光照式污泥干燥装置对污泥进行加热干燥。
进一步地，所述的除氧气体包括氮气。
本发明与已有的装置相比具有以下优点：
（1）能量利用率高。利用设计的太阳能装置将光能直接变为热能，相比于传统的太阳能先转变为热能，再将热能转化为电能，最后再将电能转变为热能的途径，减少了中间能量的耗散，提高了太阳能的利用率。将热解产生的高温尾气通过热交换器用于干燥阶段，提高系统能源利用率；
（2）环保无污染。污泥先经过干燥再送入反应室进行热解。干燥温度在 100℃以下，污泥一般不产生异味。污泥被干燥后在绝氧的反应室内热解，反应温度可达到700℃，污泥中的微生物基本被杀死，所得产品生物炭化学性能稳定，不会带来二次污染。热解气体和生物炭进一步收集处理，整个运行中不对外排放有异味的气体和物料；
（3）经济性。能处理各种污泥，不受污泥内成分的影响。装置占地面积小，可大规模集中使用，产生可燃气和生物炭，真正实现资源的利用化，具有盈利能力。
综合以上，本发明具有使用安全可靠、资源充分利用的优点，可用于处理污泥，达到污泥的有效利用。
附图说明
图1是本发明污泥太阳能热解装置示意图。
图中：1-支撑架；2-凸透镜；3-保温层；4-出气口；5-干燥室；6-集水箱；7-热管；8-红外探温仪；9-反应室；10-进气口；11-旋转部件；12-电动机；13-控制器。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例 1
一种利用太阳能热解污泥的装置，包括光照式污泥干燥装置、自动聚光系统、设有进气端和排气端的旋转式反应装置、尾气利用装置，所述自动聚光系统将太阳光聚焦后形成的高温使旋转式反应装置内的污泥产生热解反应，所述的尾气利用装置设置在所述旋转式反应装置的排气端和光照式污泥干燥装置之间，通过热传导的方式将旋转式反应装置排出的热解反应生成气的余热给污泥干燥装置内的污泥进行加热。
所述光照式污泥干燥装置包括干燥室5、连接所述干燥室5的集水箱6，所述干燥室5为圆柱形不锈钢箱体，其顶盖为采用弧形设计的玻璃，所述顶盖和箱体接合处设置有凹槽，便于水蒸气凝结成水后排出，所述凹槽处通过导管连接用于回收处理水的集水箱6。
所述的旋转式反应装置包括材料为石英玻璃的反应室9、旋转部件11、电动机12，所述的反应室的外壁包裹设置有保温层3，所述电动机12通过旋转部件11驱动反应室9按一定速度旋转，所述反应室9两端分别设置有进气口10和出气口4，反应时通入氮气形成无氧环境并带出热解生成气。电动机12带动反应室9旋转，保证会聚的太阳光照射到反应物各区域。经过干燥处理后的污泥在汇聚的太阳光能作用下加热升温，其中的有机物产生热裂解，形成热解气和固体残渣。热解气经收集利用，残渣再进一步分析处理。
所述的自动聚光系统包括支撑架1、设置在所述支撑架1上的聚光器、控制器及红外探温仪，所述的聚光器为直径1米的凸透镜2，所述的红外探温仪8设置在所述旋转式反应装置的反应室9上，用于探测旋转式反应装置的反应室9内的温度，所述的控制器13与支撑架1及红外探温仪8电路连接，用于根据红外探温仪8获取的温度并根据太阳光入射角度，调整支撑架改变凸透镜2的方向位置，使得入射的太阳光会聚，在反应室9形成热解反应所需的高温环境。
所述的尾气利用装置包括若干热管7，所述热管7包括管壳、设置在管壳内的吸液芯和密封设置在所述管壳两端的端盖，所述热管7内部是被抽成负压状态，充入适当的液体，这种液体沸点低，容易挥发。所述吸液芯由毛细多孔材料构成，当热管7一端受热时，毛细管中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另外一端，并且释放出热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发端，如此循环不止，热量由热管一端传至另外一端。利用高温尾气加热干燥室5，有效利用反应余热，提高系统能量利用率。
实施例2
一种基于所述装置的利用太阳能热解污泥的方法，包括步骤：
1）将污泥放入光照式污泥干燥装置内，利用太远光照和旋转式反应装置排出的热解反应生成气的余热给污泥干燥装置内的污泥进行加热干燥，使污泥中的大部分水分蒸发析出；
2）将经过干燥处理的污泥再送入旋转式反应装置，利用自动聚光系统聚光后的太阳光使旋转式反应装置内形成热解反应所需的高温环境，使污泥产生热解反应；
3）反应时旋转式反应装置进行选择，同时向旋转式反应装置内通入氮气形成无氧环境并带出热解生成气；
4）所述的热解生成气通过尾气利用装置将余热传导至光照式污泥干燥装置对污泥进行加热干燥。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种利用太阳能热解污泥的装置，其特征在于：包括光照式污泥干燥装置、自动聚光系统、设有进气端和排气端的旋转式反应装置、尾气利用装置，所述自动聚光系统将太阳光聚焦后形成的高温使旋转式反应装置内的污泥产生热解反应，所述的尾气利用装置设置在所述旋转式反应装置的排气端和光照式污泥干燥装置之间，通过热传导的方式将旋转式反应装置排出的热解反应生成气的余热给污泥干燥装置内的污泥进行加热。
2.根据权利要求1所述的利用太阳能热解污泥的装置，其特征在于：所述光照式污泥干燥装置包括干燥室、连接所述干燥室的集水箱，所述干燥室为圆柱形不锈钢箱体，其顶盖为采用弧形设计的玻璃，所述顶盖和箱体接合处设置有凹槽，所述凹槽处通过导管连接集水箱。
3.根据权利要求1所述的利用太阳能热解污泥的装置，其特征在于：所述的自动聚光系统包括支撑架、设置在所述支撑架上的聚光器、控制器及红外探温仪，所述的红外探温仪设置在所述旋转式反应装置上，用于探测旋转式反应装置内的温度，所述的控制器与支撑架及红外探温仪电路连接，用于根据红外探温仪获取的温度并根据太阳光入射角度，调整支撑架改变凸透镜的方向位置。
4.根据权利要求3所述的利用太阳能热解污泥的装置，其特征在于：所述的聚光器为凸透镜。
5.根据权利要求1所述的利用太阳能热解污泥的装置，其特征在于：所述的旋转式反应装置包括透明的反应室、旋转部件、电动机，所述电动机通过旋转部件驱动反应室旋转，所述反应室两端分别设置有进气口和出气口。
6.根据权利要求5所述的利用太阳能热解污泥的装置，其特征在于：所述的反应室的外壁包裹设置有保温层。
7.根据权利要求5所述的利用太阳能热解污泥的装置，其特征在于：所述反应室的材料为石英玻璃。
8.根据权利要求1所述的利用太阳能热解污泥的装置，其特征在于：所述的尾气利用装置包括若干热管，所述热管包括管壳、设置在管壳内的吸液芯和密封设置在所述管壳两端的端盖，所述的管壳内呈负压状态，充入有换热工质。
9.一种基于权1至权8中任一项所述装置的利用太阳能热解污泥的方法，其特征在于，包括步骤：
1）将污泥放入光照式污泥干燥装置内，利用太远光照和旋转式反应装置排出的热解反应生成气的余热给污泥干燥装置内的污泥进行加热干燥，使污泥中的大部分水分蒸发析出；
2）将经过干燥处理的污泥再送入旋转式反应装置，利用自动聚光系统聚光后的太阳光使旋转式反应装置内形成热解反应所需的高温环境，使污泥产生热解反应；
3）反应时旋转式反应装置进行选择，同时向旋转式反应装置内通入除氧气体形成无氧环境并带出热解生成气；
4）所述的热解生成气通过尾气利用装置将余热传导至光照式污泥干燥装置对污泥进行加热干燥。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述的除氧气体包括氮气。
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