CN106830602B - 一种控温控时污泥碳化方法及多段式控温控时污泥碳化炉 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种控温控时污泥碳化方法及基于此方法产生的多段式控温控时污泥碳化炉设备，该设备包括：高温加热夹套，中温加热夹套，低温加热夹套，导流叶片，传动轴，螺旋叶片，填料函与迷宫组合式密封结构，料位观测口，料位调节阀，内筒，第一进料口，第二进料口，碳化物出口，调理剂进料口，碳化可燃气出口，高温热源入口，高温热源出口，中温热源入口，中温热源出口，低温热源进口，低温热源进口。本发明能将污泥等不同碳化原料按其性质在不同碳化温度和不同碳化时间完成碳化，使其达到最佳碳化效果。
Description
技术领域
本发明属于污泥处理技术领域，涉及一种污泥碳化方法及设备，特别涉及一种控温控时污泥碳化方法及多段式控温控时污泥碳化炉。
背景技术
碳化处理是一种清洁性良好的污泥资源化利用方式。目前我国脱水污泥的含水率仍高达80％，进一步碳化前必须进行干化处理，而干化、碳化过程需要的热量一般大于污泥自身蕴含的热量。采用天然气、柴油等能源用于污泥干化、碳化过程往往导致污泥碳化处理成本过高，这也是我国当前众多污泥碳化技术难以推广的主要原因。
为降低污泥碳化成本，众多工程技术人员采取了各种技术手段，而添加生物质、煤是降低污泥碳化运行成本的重要方法。将生物质或煤粉等与污泥共碳化，是一种清洁的利用方式，添加比例则根据需要的热量确定。采用此方法，可显著降低污泥碳化成本，然而目前的碳化炉往往为单一物料的污泥碳化而设计，添加生物质或煤粉后，必然影响原有的碳化工艺。另外，生物质或煤粉与污泥的碳化工艺参数必然存在差异，例如最佳的碳化温度、碳化时间必然不同，混合共碳化的结果将造成易碳化原料碳化过度，而难碳化原料碳化程度不够。再者未来对污泥炭的品质要求必然提高，对有机质含量、孔隙结构的要求必然对碳化温度、碳化时间要求精确控制。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种控温控时污泥碳化方法及一种多段式控温控时污泥碳化炉，解决生物质或煤粉等添加物的污泥碳化问题，也可用于几种混合物料碳化，能将几种混合物按其性质在不同碳化温度和不同碳化时间完成碳化，使其达到最佳碳化效果。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种控温控时污泥碳化方法，第一段高温碳化生物质得到生物质炭，第二段污泥与所述生物质炭共同中温碳化得到污泥炭，第三段所述污泥炭与畜禽粪便共同低温碳化得到复合炭，高温碳化、中温碳化和低温碳化的温度分别为800℃-700℃、600℃-500℃和300℃-200℃。
生物质、污泥和畜禽粪便的添加量按质量比为2-3:4-5:1。高温碳化、中温碳化和低温碳化的时间分别为50-60min、30-40min和20min。
本发明基于上述的方法思想，还提供一种多段式控温控时污泥碳化炉，包括内筒，内筒通过内筒中的传动轴带动传动轴上的螺旋叶片运转，内筒前端上侧依次设置有第一碳化原料进料口和第二碳化原料进料口，内筒末端下侧设置有碳化物出口，内筒上侧在第二碳化原料进料口和碳化物出口之间设置有调理剂进料口，第二碳化原料进料口和调理剂进料口之间设置有碳化可燃气出口；
内筒前端与第二碳化原料进料口之间的内筒外部设置有高温加热夹套，高温加热夹套首末两端两侧处分别设置高温热源进口和高温热源出口，第二碳化原料进料口与调理剂进料口之间的内筒外部设置中温加热夹套，中温加热夹套首末两端同侧分别设置中温热源进口和中温热源出口，调理剂入口与碳化物出口之间的内筒外部设置低温加热夹套，低温加热夹套首末两端两侧分别设置低温热源进口和低温热源出口。
第一碳化原料进料口和第二碳化原料进料口上设置有料位调节阀，内筒末端设置有料位观测口。
传动轴及螺旋叶片表面设置有耐磨耐蚀涂层。
高温加热夹套、中温加热夹套及低温加热夹套与内筒之间的空腔中均设置有多个导流翅片。
传动轴与内筒之间采用填料函和迷宫组合式密封结构。
传动轴上设置有变频控制器。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
1.本发明的污泥碳化方法，解决生物质或畜禽粪便等添加物的污泥碳化问题，可用于几种混合物料碳化，能将几种混合物按其性质在不同碳化温度和不同碳化时间完成碳化，使其达到最佳碳化效果。
2.本发明的污泥碳化炉有多个物料入口，尤其适用于添加生物质或煤粉等的高温碳化物质，调理剂进料口是为了在污泥碳化时添加一些除生物质外的其他可低温碳化的物质，以便改变污泥炭的养分含量，并且不影响原有的碳化工艺。
3.本发明的污泥碳化炉为三段式，每段通过高温加热夹套、中温加热夹套及低温加热夹套提供不同的碳化温度，添加生物质或煤粉与污泥共同碳化时，生物质或煤粉与污泥是在不同的碳化温度、碳化时间下实现碳化，碳化温度、碳化时间可控，既避免了能源浪费，又使得各个物料的碳化程度相适宜。
4.本发明的污泥碳化炉操作简单、使用方便、密封性好，目前经过多次的实践，制备的污泥炭的品质高，未来市场潜力巨大。
附图说明
图1是本发明多段式控温控时污泥碳化炉示意图。
图中各标号的含义为：
1-内筒，2-传动轴，3-螺旋叶片，4-高温加热夹套，5-中温加热夹套，6-低温加热夹套，7-料位调节阀，8-料位观测口，9-导流翅片，10-密封结构，N1-第一碳化原料进料口，N2-第二碳化原料进料口，N3-碳化物出口，N4-调理剂进料口，N5-碳化可燃气出口，N6-高温热源进口，N7-高温热源出口，N8-中温热源进口，N9-中温热源出口，N10-低温热源进口，N11-低温热源出口。
以下结合附图对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
本实施例提供一种控温控时污泥碳化方法，第一段高温碳化生物质得到生物质炭，第二段污泥与所述生物质炭共同中温碳化得到污泥炭，第三段所述污泥炭与畜禽粪便共同低温碳化得到复合炭。
其中，高温碳化、中温碳化和低温碳化的温度分别为700℃、500℃和300℃，高温碳化、中温碳化和低温碳化的时间分别为60min、30min和20min。
基于实施例1的方法，加入的污泥、生物质及畜禽粪便的比例不同，得到的污泥炭的养分含量不同，生物质、污泥和畜禽粪便的添加量按质量比为2-3:4-5:1时，得到的污泥炭中速效钾为1000-1500(mg/kg)。
处理温度不同，得到污泥炭的养分含量也不同，具体可参见实施例4。
实施例2：
遵从上述技术方案，如图1所示，本实施例给出一种多段式控温控时污泥碳化炉，包括内筒1，内筒1通过内筒1中的传动轴2带动传动轴2上的螺旋叶片3运转，内筒1前端上侧依次设置有第一碳化原料进料口N1和第二碳化原料进料口N2，内筒1末端下侧设置有碳化物出口N3，内筒1上侧在第二碳化原料进料口N2和碳化物出口N3之间设置有调理剂进料口N4，调理剂进料口N4是为了在污泥碳化时添加一些除生物质外的其他低温碳化的物质，以便改变污泥炭的养分含量，第二碳化原料进料口N2和调理剂进料口N4之间设置有碳化可燃气出口N5；
内筒1前端与第二碳化原料进料口N2之间的内筒1外部设置有高温加热夹套4，高温加热夹套4首末两端两侧处分别设置高温热源进口N6和高温热源出口N7，第二碳化原料进料口N2与调理剂进料口N4之间的内筒1外部设置中温加热夹套5，中温加热夹套N2首末两端同侧分别设置中温热源进口N8和中温热源出口N9，调理剂入口N4与碳化物出口N3之间的内筒1外部设置低温加热夹套6，低温加热夹套6首末两端两侧分别设置低温热源进口N10和低温热源出口N11。
第一碳化原料进料口N1和第二碳化原料进料口N2上设置有料位调节阀7，内筒1末端设置有料位观测口8，既为碳化可燃气预留足够的流通空间又可以保证碳化炉内一定的持料量。
传动轴2及螺旋叶片3表面喷涂设置有耐磨、耐蚀涂层，防止炉内物料对设备的磨损及腐蚀。
高温加热夹套4、中温加热夹套5及低温加热夹套6与内筒1之间的空腔均设置有多个导流翅片9(可选择市场上常见的导流翅片)，既增加了烟气侧传热系数，又增加了传热面积。
传动轴2与内筒1之间采用填料函和迷宫组合式密封结构10，填料函和迷宫组合式密封结构10，是迷宫式活塞压缩机的活塞和填料函均依靠迷宫进行密封(为常见的结构，图中仅以简单示意图标出位置)，以防止碳化炉内物料及气体的泄漏。
传动轴2上设置有变频控制器(图中未给出)，通过调节转动轴的转速改变原料在碳化炉内的碳化时间。
实施例3：
本实施例给出一种多段式控温控时污泥碳化炉，以市政污泥为原料制备污泥炭，用于市政园林绿化，为降低能源消耗成本，提高污泥炭养分含量，因此添加畜禽粪便共同碳化。
生物质从第一碳化原料进料口N1进入内筒1，800℃高温烟气从高温热源进口N6进入高温加热夹套4向内筒1换热后从高温热源出口N7排出，内筒1的生物质在高温加热夹套1加热下碳化，转化为生物质炭和可燃气，随着螺旋叶片3的转动，生物质炭向内筒1尾部移动。
市政污泥从污泥碳化炉第二进料口N2进入内筒1，600℃中温烟气从中温热源进口N8进入中温加热夹套5向内筒11换热后从中温热源出口N9排出，内筒1的市政污泥与生物质炭混合，并在中温加热夹套5加热下碳化，转化为污泥炭和可燃气，随着螺旋叶片3的转动，生物质炭和污泥炭继续向内筒1尾部移动。
畜禽粪便从碳化炉调理剂进口N4进入内筒1，300℃低温烟气从低温热源进口N10进入低温加热夹套6向内筒11换热后从低温热源出口N11排出，内筒1的畜禽粪便与生物质炭、污泥炭混合，并在低温加热夹套6加热下碳化，转化为复合碳和可燃气，随着螺旋叶片3的转动，复合碳继续向内筒1尾部移动，从碳化物出口N3排出。
生物质、污泥和畜禽粪便碳化过程中产生的可燃气移动至可燃气出口N5排出。
实施例4：
本实施例提供一种多段式控温控时污泥碳化炉，其使用方法如实施例1或者实施例2，其中，污泥碳化炉处理量为500kg/h，污泥与秸秆、猪粪添加比例为4:2:1，其中污泥含水率30％，秸秆含水率15％，猪粪含水率30％，污泥碳化温度：500℃，污泥碳化时间：30min；秸秆碳化温度：700℃，秸秆碳化时间：50min；猪粪碳化温度：300℃，猪粪碳化时间：20min。
上述条件下碳化产生可燃气组分(体积比)：CO比例8.39％，H2比例4.50％，CH4比例14.83％，CO2比例9.05％，H2O比例58.69％，C2H4比例2.6％，C2H6比例1.94％。
上述条件下制备的复合炭中重金属浓度见表1：
表1复合炭中重金属浓度
上述条件下制备的复合炭中养分浓度见表2，可以看出包含有少量水解氮和有效磷，速效钾的含量相对较高，有利于后续污泥炭用于园林绿化等。以专利“一种污泥炭肥及其生产方法”(申请号201010593507.4)为对比，采用生物质废弃物与污泥炭混合碳化的思想，处理污泥10吨，得到的污泥炭含氮量：2.11％，含磷量：9.14％，含钾量：1.20％，其中并没有涉及到速效钾等营养物质。
表2复合炭中养分浓度
| 氮(g/kg) | 磷(g/kg) | 钾(g/kg) | 水解氮(mg/kg) | 有效磷(mg/kg) | 速效钾(mg/kg) |
| 6.61 | 2.51 | 5.8 | 484.2 | 2.89 | 1277.16 |
Claims (1)
1.一种控温控时污泥碳化方法，其特征在于，第一段高温碳化生物质得到生物质炭，第二段污泥与所述生物质炭共同中温碳化得到污泥炭，第三段所述污泥炭与畜禽粪便共同低温碳化得到复合炭，所述高温碳化、中温碳化和低温碳化的温度分别为800℃～700℃、600℃～500℃和300℃～200℃；
所述生物质、污泥和畜禽粪便的添加量按质量比为2～3:4～5:1；
所述高温碳化、中温碳化和低温碳化的时间分别为50～60min、30～40min和20min；
该方法采用多段式控温控时污泥碳化炉实现；所述的多段式控温控时污泥碳化炉，包括内筒（1），内筒（1）通过内筒（1）中的传动轴（2）带动传动轴（2）上的螺旋叶片（3）运转，其特征在于，内筒（1）前端上侧依次设置有第一碳化原料进料口（N1）和第二碳化原料进料口（N2），内筒（1）末端下侧设置有碳化物出口（N3），内筒（1）上侧在第二碳化原料进料口（N2）和碳化物出口（N3）之间设置有调理剂进料口（N4），第二碳化原料进料口（N2）和调理剂进料口（N4）之间设置有碳化可燃气出口（N5）；
所述内筒（1）前端与第二碳化原料进料口（N2）之间的内筒（1）外部设置有高温加热夹套（4），高温加热夹套（4）首末两端两侧处分别设置高温热源进口（N6）和高温热源出口（N7），第二碳化原料进料口（N2）与调理剂进料口（N4）之间的内筒（1）外部设置中温加热夹套（5），中温加热夹套（5）首末两端同侧分别设置中温热源进口（N8）和中温热源出口（N9），调理剂入口（N4）与碳化物出口（N3）之间的内筒（1）外部设置低温加热夹套（6），低温加热夹套（6）首末两端两侧分别设置低温热源进口（N10）和低温热源出口（N11）；
所述第一碳化原料进料口（N1）和第二碳化原料进料口（N2）上设置有料位调节阀（7）；
所述内筒（1）末端设置有料位观测口（8）；
所述传动轴（2）及螺旋叶片（3）表面设置有耐磨耐蚀涂层；
所述高温加热夹套（4）、中温加热夹套（5）及低温加热夹套（6）与内筒（1）之间的空腔中均设置有多个导流翅片（9）；
所述传动轴（2）与内筒（1）之间采用填料函和迷宫组合式密封结构（10）；
所述传动轴（2）上设置有变频控制器。
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| CN106830602A (zh) | 2017-06-13 |
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