CN107129124A - 连续处理生活污泥的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了连续处理生活污泥的系统和方法，系统包括：螺旋干燥炭化炉和旋转床热解炉，螺旋干燥炭化炉本体一端具有生活污泥入口，另一端具有炭化污泥出口，本体内沿生活污泥入口至炭化污泥出口的方向上形成进料区、一级干燥区、二级干燥区、碳化物和排料区，各级干燥区分别设置有燃烧器和水蒸气出口，炭化区具有可燃气出口、排料区具有烟气出口；螺旋干燥炭化炉的螺旋输送器在本体内沿生活污泥入口至炭化污泥出口的方向设置；旋转床热解炉具有炭化污泥入口、热解油气出口和固体残渣出口，旋转床热解炉内设置有辐射管。该系统通过对生活污泥进行预脱水，显著提高热解油气品质，降低油气分离成本，且设备连续运行稳定，热效率高，经济效益明显。

Description

连续处理生活污泥的系统和方法

技术领域

本发明涉及环境能源领域，具体而言，本发明涉及连续处理生活污泥的系统和方法。

背景技术

生活污泥和其他粘性含碳物料(如油田油性污泥、含矿尘泥、工业污泥、危险废液)的热化学转化(如碳化、热解、气化)可产生固态、液态和气态产物，这些产物按需求制成可回收、易利用、易运输及易储存的能源形态，可供热发电或用作化工及其它产业的原料。根据原料不同和热处理目的的差异，可采用碳化、气化、热解、液化或者其他相关的热化学反应和工艺。

热解采用的反应器形式很多，如移动床、固定床、流化床、烧蚀床、悬浮炉和回转窑等，其中工业生产以移动床、固定床、回转窑和流化床为主。各种热解方式一般都有其特定的目的，即主要回收热解产物中的某一二种主要物质。

移动床热解工艺属于慢速热解工艺。该热解技术可减少热解中间产物的二次反应，从而提高热解油的产率；低压有利于减少热解炭上附着的含碳残留物，从而提高其作为炭黑重新使用的可能性；热解油中轻质石脑油和芳香化合物含量较高，既提高了经济性，又有利于提高燃料油的辛烷值；可处理大块废轮胎且不需除去钢丝和纤维帘线。缺点是热解炉的供热方式为外热式，传热效率较低，整个系统不能满负荷工作。

流化床热解工艺属于快速热解工艺，特点是加热速率快、反应迅速、气相停留时间短，因此热利用效率高，同时可以减少二次反应的发生，热解油产率较高。物料热解过程中处于硫化态，导致热解液中含尘量高，难处理。

烧蚀床热解工艺是将反应物料与灼热的金属表面直接接触换热，使物料迅速升温并裂解。热解时间短，反应速度快，可获得比较高的油收率。无法实现物料热解的连续性，只能进行批量间歇式热解。

回转窑热解工艺具有对废物料形态、形状和尺寸的适应性广的特点，几乎适用于任何固体废物料，对废轮胎给料尺寸几乎无要求，属于慢速热解工艺。而对含油含水较高的物料，如污泥、油泥类因具有粘稠性，无法直接采用该方式热解。

常规固定床热解系统为批量给料，不能长期连续运行，而且热解条件不易长期保持。

因此，现有的处理生活污泥的手段仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出连续处理生活污泥的系统和方法。该系统通过对待处理生活污泥进行预脱水，可以显著提高热解油气的品质，降低油气分离成本，且设备连续运行稳定可靠，热效率高，经济效益明显。

在本发明的第一方面，本发明提出了一种连续处理生活污泥的系统，根据本发明的实施例，该系统包括：

螺旋干燥炭化炉，所述螺旋干燥炭化炉包括：

本体，所述本体的一端具有生活污泥入口，另一端具有炭化污泥出口，所述本体内沿所述生活污泥入口至所述炭化污泥出口的方向上依次形成有进料区、一级干燥区、二级干燥区、炭化区和排料区，所述一级干燥区、所述二级干燥区和所述炭化区分别设置有燃烧器，所述一级干燥区和所述二级干燥区具有水蒸气出口，所述炭化区具有可燃气出口，所述排料区具有烟气出口；

螺旋输送器，所述螺旋输送器在所述本体内且沿所述生活污泥入口至所述炭化污泥出口的方向上设置；

旋转床热解炉，所述旋转床热解炉具有炭化污泥入口、热解油气出口和固体残渣出口，所述旋转床热解炉内设置有辐射管，所述炭化污泥入口与所述炭化污泥出口相连；

油气冷却净化单元，所述油气冷却净化单元具有油气入口、热解油出口和净化气出口，所述油气入口与所述热解油气出口相连，所述净化气出口分别与所述燃烧器的燃气入口和所述辐射管的燃气入口相连。

根据本发明实施例的连续处理生活污泥的系统通过将待处理生活污泥供给至螺旋干燥炭化炉内，在螺旋干燥炭化炉螺旋输送器的推进下，待处理生活污泥依次经过进料区、一级干燥区、二级干燥区、炭化区，并通过各级干燥区内设置的燃烧器燃烧产生热烟气对待处理生活污泥进行干燥脱水，并在炭化区进行炭化，得到炭化污泥、可燃气和水蒸气，其中炭化污泥由排料区排出，水蒸气由水蒸气出口排出，可燃气由炭化区的可燃气出口排出，燃烧器燃烧产生的热烟气在完成对生活污泥的干燥脱水和炭化后，由排料区的烟气出口排出，水蒸气通过换热后可回收冷凝水；进而，炭化污泥进入旋转床热解炉进行热解，以便得到热解油气和固体残渣；由于待处理生活污泥在进行热解前完成干燥脱水和炭化，热解产生的热解油气可以直接采用油冷却方式将热解油气中的热解油冷凝回收，从而避免了热解油气中含水量过高导致的处理困难和成本高的问题，且通过预脱水可以避免热解过程中水蒸气耗费辐射管热量，并避免水蒸气与热解得到的热解油反应，从而进一步提高热解油的产率和品质。进而可以将生活污泥热解得到的热解油气进行冷却和净化处理，将得到的净化气作为燃烧器和辐射管的燃料，从而进一步提高热利用率。由此，该系统通过采用螺旋干燥炭化炉对待处理生活污泥预先进行脱水炭化，显著提高了热解油气的品质，并降低了油气分离成本，且设备连续运行稳定可靠，热效率高，经济效益明显。

另外，根据本发明上述实施例的连续处理生活污泥的系统还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述二级干燥区与炭化区之间进一步包括密封区，位于所述密封区内的螺旋输送器的转轴上未设置螺旋叶片。

在本发明的一些实施例中，所述本体呈圆柱状，所述密封区位于所述本体下游且在所述本体长度方向上的1/2～2/3处区域段。

在本发明的一些实施例中，所述螺旋输送器上叶片的节距在生活污泥输送方向上逐渐减小。由此，可以进一步提高螺旋输送器输送待处理生活污泥的效率。

在本发明的一些实施例中，所述螺旋干燥炭化炉进一步包括：过滤网，所述过滤网设置在所述进料区、所述一级干燥区和所述二级干燥区内，且位于所述螺旋输送器的下方。

在本发明的一些实施例中，所述螺旋干燥炭化炉进一步包括：蒸汽导管，所述蒸汽导管设置在所述一级干燥区和所述二级干燥区内，所述蒸汽导管设置有多个水蒸汽入口，所述蒸汽导管的出口端与所述排料区的烟气出口连通。由此，可以利用蒸汽导管将生活污泥干燥得到的水蒸气收集并进行换热，并收集冷凝水。

在本发明的一些实施例中，所述炭化区的可燃气出口与所述燃烧器的燃气入口相连。由此，可以利用生活污泥炭化得到的可燃气作为燃烧器的燃料，从而进一步提高资源的利用率。

在本发明的第二方面，本发明提出了一种采用上述实施例的连续处理生活污泥的系统处理生活污泥的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将生活污泥连续输送至螺旋干燥炭化炉内，并在螺旋输送器的推进下依次进行一级干燥、二级干燥和炭化，以便得到炭化污泥并产生水蒸气和可燃气；将所述炭化污泥输送至旋转床热解炉内进行热解，以便得到热解油气和固体残渣；将所述可燃气通入所述螺旋干燥炭化炉内的燃烧器内；将所述热解油气供给至油气冷却净化单元中进行冷却和净化处理，以便得到净化气；将所述净化气分别通入所述螺旋干燥炭化炉内的燃烧器内和所述旋转床热解炉内的辐射管内。

由此，根据本发明实施例的处理生活污泥的方法通过将待处理生活污泥供给至螺旋干燥炭化炉内，在螺旋干燥炭化炉螺旋输送器的推进下，待处理生活污泥依次经过进料区、一级干燥区、二级干燥区、炭化区，并通过各级干燥区内设置的燃烧器燃烧产生热烟气对待处理生活污泥进行干燥脱水，并在炭化区进行炭化，得到炭化污泥、可燃气和水蒸气，其中炭化污泥由排料区排出，水蒸气由水蒸气出口排出，可燃气由炭化区的可燃气出口排出，燃烧器燃烧产生的热烟气在完成对生活污泥的干燥脱水和炭化后，由排料区的烟气出口排出，水蒸气通过换热后可回收冷凝水；进而，炭化污泥进入旋转床热解炉进行热解，以便得到热解油气和固体残渣；由于待处理生活污泥在进行热解前完成干燥脱水和炭化，热解产生的热解油气可以直接采用油冷却方式将热解油气中的热解油冷凝回收，从而避免了热解油气中含水量过高导致的处理困难和成本高的问题，且通过预脱水可以避免热解过程中水蒸气耗费辐射管热量，并避免水蒸气与热解得到的热解油反应，从而进一步提高热解油的产率和品质。进而可以将生活污泥热解得到的热解油气进行冷却和净化处理，将得到的净化气作为燃烧器和辐射管的燃料，从而进一步提高热利用率。由此，该方法通过采用螺旋干燥炭化炉对待处理生活污泥预先进行脱水炭化，显著提高了热解油气的品质，并降低了油气分离成本，且设备连续运行稳定可靠，热效率高，经济效益明显。

另外，根据本发明上述实施例的处理生活污泥的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述一级干燥、所述二级干燥和所述炭化的温度分别独立地为80～240摄氏度，且所述一级干燥、所述二级干燥和所述炭化的温度逐渐递增。

在本发明的一些实施例中，所述生活污泥在所述螺旋干燥炭化炉内经过的时间为20～80分钟。由此，可以进一步降低生活污泥中的含水量。

在本发明的一些实施例中，在所述螺旋输送器的推进过程中，使所述生活污泥在密封区内堆积形成流动隔墙，以便将所述二级干燥区和所述炭化区隔离。由此，可以进一步提高所述炭化的效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的连续处理生活污泥的系统结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的处理生活污泥的方法流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的第一方面，本发明提出了一种连续处理生活污泥的系统，根据本发明的实施例，参考图1，该系统包括：螺旋干燥炭化炉100、旋转床热解炉200和油气冷却净化单元300。其中，螺旋干燥炭化炉100包括：本体110和螺旋输送器120。

根据本发明的实施例，螺旋干燥炭化炉100的本体110的一端具有生活污泥入口111，另一端具有炭化污泥出口112，本体110内沿生活污泥入口111至炭化污泥出口112的方向上依次形成有进料区(附图中未示出)、一级干燥区(附图中未示出)、二级干燥区(附图中未示出)、炭化区(附图中未示出)和排料区(附图中未示出)，一级干燥区、二级干燥区和炭化区分别设置有燃烧器113，一级干燥区和二级干燥区具有水蒸气出口(附图中未示出)，炭化区具有可燃气出口114，排料区具有烟气出口115。具体的，经过预处理的生活污泥可以由生活污泥入口进入螺旋干燥炭化炉的本体，并在本体中依次从进料区经过一级干燥区和二级干燥区并分别进行一级干燥和二级干燥，进而进入炭化区进行炭化，以便得到炭化污泥和可燃气，并由位于排料区的炭化污泥出口排出，可以采用位于螺旋干燥炭化炉内螺旋输送器上方和下方的燃烧器燃烧产生200～480℃的热烟气直接对待处理生活污泥进行供热，各级干燥进行的总时间控制在20～80min，以便得到含水量不高于3wt％的炭化污泥，生活污泥中挥发产生的水蒸气可以从各级干燥区分别设置的水蒸气出口排出，炭化产生的低沸点有机组分可以作为可燃气由可燃气出口排出，燃烧器产生的烟气可以从位于排料区的烟气出口排出，进而水蒸气和烟气可以进行换热，以便回收冷凝水。同时，燃烧器可以在各级干燥区内多点布置，热利用率高，产生的烟气量极少，从而可以大大降低设备的运行成本。

根据本发明的实施例，螺旋干燥炭化炉适于对不同形状的物料进行处理，例如平均粒径不高于200mm的块状物料、长宽不高于200mm的片状物料、粉状物料等同时，可处理的物料种类可以进一步包括：生活污泥、医疗垃圾、化工污泥、制药厂废弃物、造纸厂废弃物、废弃电路板以及废旧轮胎、废塑料、生物质、煤和油页岩等，对于污泥类物料，在进入螺旋干燥炭化炉前看可以预先过滤至平均粒径不高于30mm。

根据本发明的实施例，上述一级干燥、二级干燥和炭化的温度可以分别独立地为80～240℃，且一级干燥、二级干燥和炭化的温度逐渐递增，具体地，一级干燥段物料温度升高到85±3℃，二级干燥段物料温度升高到105±5℃，炭化段物料温度升高到200±15℃。由此，可以保证污泥进入炭化区时的温度较高，以便挥发出以低沸点有机物为主要成分的可燃气。

根据本发明的一个具体实施例，在设备开始运行时，各个燃烧器所使用的燃料可以采用外部提供的天然气或液化气，燃料可以由设置在螺旋干燥炭化炉顶部的强制通风装置送入燃烧器，随着生活污泥的热解，得到足够的热解油气后，可以采用热解油气冷却、净化后得到的净化气作为燃烧器燃料，从而进一步提高资源的利用率。

根据本发明的具体实施例，参考图1，二级干燥区与炭化区之间进一步包括密封区130，位于密封区的螺旋输送器的转轴上未设置螺旋叶片。具体地，由于该区域的螺旋输送器转轴未设置螺旋叶片，污泥输送至该区域时可堆积形成流动的隔墙，以便将二级干燥区与炭化区隔离，从而提高炭化区的物料温度，使得物料炭化并挥发出可燃气。根据本发明的一个具体实施例，未设置螺旋叶片部分转轴的长度可以为转轴总长度的1/8～1/5，由此，可以进一步利于密封区隔墙的形成，从而提高污泥的碳化效果。

根据本发明的具体实施例，本体可以呈圆柱状，密封区可以位于本体下游且在本体长度方向上1/2～2/3处区域段，由此，可以进一步利于密封区隔墙的形成，从而提高污泥的碳化效果。

根据本发明的实施例，螺旋输送器120设置在本体110内且沿生活污泥入口111至炭化污泥出口112的方向上设置，具体地，经过滤至平均粒径不高于30mm的生活污泥进入螺旋干燥炭化炉本体后可以由螺旋输送器上的第一个螺旋叶片推成一堆，并在螺旋输送器的推动下依次经过各级干燥区和炭化区，在燃烧器燃烧产生的烟气加热下，表层生活污泥的温度可以升至80～120℃，通过拉焊固定在螺旋输送器轴上的螺旋状耐热金属叶片的搅动，生活污泥得到均匀扰动，内层污泥翻转至表层，从而确保生活污泥受热均匀，且其中的水分充分脱除，得到含水量不高于3wt％的炭化污泥。

根据本发明的具体实施例，螺旋输送器上叶片的节距可以生活污泥入口111至炭化污泥出口112的方向上逐渐减小。由此，可以进一步提高螺旋输送器输送待处理生活污泥的效率。

根据本发明的实施例，螺旋干燥炭化炉100还可以进一步包括过滤网，过滤网设置在进料区内，且位于螺旋输送器的下方。通过螺旋输送装置和螺旋干燥炭化炉前端的螺旋相互作用，污泥之间被进一步挤压，通过底部设置的过滤网可将污泥中的水分过滤出，可以使进入一级干燥区的污泥的含水率可降至80wt％以下。

根据本发明的实施例，螺旋干燥炭化炉100还可以进一步包括蒸汽导管(附图中未示出)，蒸汽导管可以设置在一级干燥区和二级干燥区内，蒸汽导管设置有多个水蒸气入口，蒸汽导管的出口端与排料区的烟气出口115相连通。由此，可以利用蒸汽导管将生活污泥干燥得到的水蒸气收集并与燃烧器燃烧产生的烟气进行换热，并收集冷凝水。

根据本发明的实施例，旋转床热解炉200具有炭化污泥入口201、热解油气出口202和固体残渣出口(附图中未示出)，旋转床热解炉200内设置有辐射管210，炭化污泥入口201与炭化污泥出口112相连，旋转床热解炉200适于将经过干燥脱水和炭化后的污泥进行热解，以便得到热解油气和固体残渣。具体地，整个旋转床热解炉采用水封，进料口(炭化污泥入口)采用双螺旋密封，以确保炉膛内物料在无氧气氛下进行热解；旋转床热解炉可以为环形密封结构或者直线型密封结构，炉膛内部设置有布料装置、加热装置(辐射管)和翻料装置等，在炭化污泥入口处设置有原料匀料器，以便将生活污泥均匀布置在布料板上，布料厚度可以控制在20～200mm，旋转床热解炉旋转一周的时间控制在10～45min，在物料上部和炉顶之间设置有多个水平安装的蓄热式燃气辐射管为物料进行加热热解，热解过程中旋转床热解炉中的压力控制在10kPa以内，随着热解的进行，物料中的有机挥发分被分离出，得到热解油气和挥发分含量不高于3wt％的含碳固体残渣，辐射管燃烧产生的烟气达标排放。

根据本发明的一个具体实施例，可以根据不同物料中有机组分的比例控制辐射管以20～60℃/min的升温速率升温至800～1100℃。另一方面，可以控制辐射管距离物料上表面的高度为50～100mm，由此，可以在保证辐射管辐射能利用率较高的同时，避免辐射管与物料接触导致设备运转异常。

根据本发明的一个具体实施例，螺旋干燥炭化炉可以直接设置在旋转床热解炉炭化污泥入口的上方，从而进一步降低设备的占地面积。

根据本发明的实施例，油气冷却净化单元300具有油气入口301和热解油出口302净化气出口303，油气入口301与热解油气出口202相连，净化气出口303分别与燃烧器113的燃气入口(附图中未示出)和辐射管210的燃气入口(附图中未示出)相连，油气冷却净化单元300适于生活污泥热解得到的热解油气进行冷却和净化处理，以便得到热解油和净化气。由于生活污泥在进入旋转床热解炉进行热解除之前已进行干燥脱水和炭化，其热解产生的热解油气可直接采用油冷却的方法将热解油气中的热解油冷凝回收，从而避免采用水冷后热解水处理困难和成本高的问题，同时，热解气经脱除酸性气体后可以返回螺旋干燥炭化炉和旋转床热解炉分别用作燃烧器和辐射管的燃料。

根据本发明的实施例，炭化区的可燃气出口114可以与燃烧器113的燃气入口相连，由此，可以将可燃气作为燃料供给至燃烧器使用，从而进一步提高资源的利用率。

由此，根据本发明实施例的连续处理生活污泥的系统通过将待处理生活污泥供给至螺旋干燥炭化炉内，在螺旋干燥炭化炉螺旋输送器的推进下，待处理生活污泥依次经过进料区、一级干燥区、二级干燥区和炭化区，并通过各级干燥区内设置的燃烧器燃烧产生热烟气对待处理生活污泥进行干燥脱水，并在炭化区进行炭化，得到炭化污泥、可燃气和水蒸气，其中炭化污泥由排料区排出，水蒸气由水蒸气出口排出，可燃气由炭化区的可燃气出口排出，燃烧器燃烧产生的热烟气在完成对生活污泥的干燥脱水和炭化后，由排料区的烟气出口排出，水蒸气通过换热后可回收冷凝水；进而，炭化污泥进入旋转床热解炉进行热解，以便得到热解油气和固体残渣；由于待处理生活污泥在进行热解前完成干燥脱水和炭化，热解产生的热解油气可以直接采用油冷却方式将热解油气中的热解油冷凝回收，从而避免了热解油气中含水量过高导致的处理困难和成本高的问题，且通过预脱水可以避免热解过程中水蒸气耗费辐射管热量，并避免水蒸气与热解得到的热解油反应，从而进一步提高热解油的产率和品质，热解气可以经脱除酸性气体后返回用作燃烧器和辐射管燃料。由此，该系统通过采用螺旋干燥炭化炉对待处理生活污泥预先进行脱水炭化，显著提高了热解油气的品质，并降低了油气分离成本，且设备连续运行稳定可靠，热效率高，经济效益明显。

在本发明的第二方面，本发明提出了一种采用上述实施例的连续处理生活污泥的系统处理生活污泥的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将生活污泥连续输送至螺旋干燥炭化炉内，并在螺旋输送器的推进下依次进行一级干燥、二级干燥和炭化，以便得到炭化污泥并产生水蒸气和可燃气；将炭化污泥输送至旋转床热解炉内进行热解，以便得到热解油气和固体残渣；将可燃气通入螺旋干燥炭化炉内的燃烧器内；将热解油气供给至油气冷却净化单元中进行冷却和净化处理，以便得到净化气；将净化气分别通入螺旋干燥炭化炉内的燃烧器内和旋转床热解炉内的辐射管内。

下面参考图2对根据本发明实施例的处理生活污泥的方法进行详细描述。根据本发明的实施例，该方法包括：

S100：干燥脱水和炭化

该步骤中，将生活污泥连续输送至螺旋干燥炭化炉内，并在螺旋输送器的推进下依次进行一级干燥、二级干燥和炭化，以便得到炭化污泥并产生水蒸气和可燃气。

根据本发明的实施例，螺旋干燥炭化炉包括本体和螺旋输送器。

螺旋干燥炭化炉的本体的一端具有生活污泥入口，另一端具有炭化污泥出口，本体内沿生活污泥入口至炭化污泥出口的方向上依次形成有进料区、一级干燥区、二级干燥区、炭化区和排料区，一级干燥区、二级干燥区和炭化区分别设置有燃烧器，一级干燥区和二级干燥区具有水蒸气出口，炭化区具有可燃气出口，排料区具有烟气出口。具体的，经过预处理的生活污泥可以由生活污泥入口进入螺旋干燥炭化炉的本体，并在本体中依次从进料区经过一级干燥区和二级干燥区并分别进行一级干燥和二级干燥，进而进入炭化区进行炭化，以便得到炭化污泥和可燃气，并由位于排料区的炭化污泥出口排出，可以采用位于螺旋干燥炭化炉内螺旋输送器上方和下方的燃烧器燃烧产生200～480℃的热烟气直接对待处理生活污泥进行供热，各级干燥进行的总时间控制在20～80min，以便得到含水量不高于3wt％的炭化污泥，生活污泥中挥发产生的水蒸气可以从各级干燥区分别设置的水蒸气出口排出，炭化产生的低沸点有机组分可以作为可燃气由可燃气出口排出，燃烧器产生的烟气可以从位于排料区的烟气出口排出，进而水蒸气和烟气可以进行换热，以便回收冷凝水。同时，燃烧器可以在各级干燥区内多点布置，热利用率高，产生的烟气量极少，从而可以大大降低设备的运行成本。

根据本发明的实施例，螺旋干燥炭化炉适于对不同形状的物料进行处理，例如平均粒径不高于200mm的块状物料、长宽不高于200mm的片状物料、粉状物料等同时，可处理的物料种类可以进一步包括：生活污泥、医疗垃圾、化工污泥、制药厂废弃物、造纸厂废弃物、废弃电路板以及废旧轮胎、废塑料、生物质、煤和油页岩等，对于污泥类物料，在进入螺旋干燥炭化炉前看可以预先过滤至平均粒径不高于30mm。

根据本发明的实施例，上述一级干燥、二级干燥和炭化的温度可以分别独立地为80～240℃，且一级干燥、二级干燥和炭化的温度逐渐递增，具体地，一级干燥段物料温度升高到85±3℃，二级干燥段物料温度升高到105±5℃，炭化段物料温度升高到200±15℃。由此，可以保证污泥进入炭化区时的温度较高，以便挥发出以低沸点有机物为主要成分的可燃气。

根据本发明的一个具体实施例，在设备开始运行时，各个燃烧器所使用的燃料可以采用外部提供的天然气或液化气，燃料可以由设置在螺旋干燥炭化炉顶部的强制通风装置送入燃烧器，随着生活污泥的热解，得到足够的热解油气后，可以采用热解油气冷却、净化后得到的净化气作为燃烧器燃料，从而进一步提高资源的利用率。

根据本发明的具体实施例，二级干燥区与炭化区之间进一步包括密封区，位于密封区的螺旋输送器的转轴上未设置螺旋叶片。具体地，由于该区域的螺旋输送器转轴未设置螺旋叶片，污泥输送至该区域时可堆积形成流动的隔墙，以便将二级干燥区与炭化区隔离，从而提高炭化区的物料温度，使得物料炭化并挥发出可燃气。根据本发明的一个具体实施例，未设置螺旋叶片部分转轴的长度可以为转轴总长度的1/8～1/5，由此，可以进一步有利于密封区隔墙的形成，从而提高污泥的碳化效果。

根据本发明的具体实施例，本体可以呈圆柱状，密封区可以位于本体下游且在本体长度方向上1/2～2/3处区域段，由此，可以进一步利于密封区隔墙的形成，从而提高污泥的碳化效果。

根据本发明的实施例，螺旋输送器设置在本体内且沿生活污泥入口至炭化污泥出口的方向上设置，具体地，经过滤至平均粒径不高于30mm的生活污泥进入螺旋干燥炭化炉本体后可以由螺旋输送器上的第一个螺旋叶片推成一堆，并在螺旋输送器的推动下依次经过各级干燥区和炭化区，在燃烧器燃烧产生的烟气加热下，表层生活污泥的温度可以升至80～120℃，通过拉焊固定在螺旋输送器轴上的螺旋状耐热金属叶片的搅动，生活污泥得到均匀扰动，内层污泥翻转至表层，从而确保生活污泥受热均匀，且其中的水分充分脱除，得到含水量不高于3wt％的炭化污泥。

根据本发明的具体实施例，螺旋输送器上叶片的节距从生活污泥入口至炭化污泥出口的方向上逐渐减小。由此，可以进一步提高螺旋输送器输送待处理生活污泥的效率。

根据本发明的实施例，螺旋干燥炭化炉100还可以进一步包括过滤网，过滤网设置在进料区内，且位于螺旋输送器的下方。通过螺旋输送装置和螺旋干燥炭化炉前端的螺旋相互作用，污泥之间被进一步挤压，通过底部设置的过滤网可将污泥中的水分过滤出，可以使进入一级干燥区的污泥的含水率可降至80wt％以下。

根据本发明的实施例，螺旋干燥炭化炉还可以进一步包括蒸汽导管，蒸汽导管可以设置在一级干燥区和二级干燥区内，蒸汽导管设置有多个水蒸气入口，蒸汽导管的出口端与排料区的烟气出口相连通。由此，可以利用蒸汽导管将生活污泥干燥得到的水蒸气收集并与燃烧器燃烧产生的烟气进行换热，并收集冷凝水。

S200：热解

该步骤中，将炭化污泥输送至旋转床热解炉内进行热解，以便得到热解油气和固体残渣。具体地，整个旋转床热解炉采用水封，进料口(炭化污泥入口)采用双螺旋密封，以确保炉膛内物料在无氧气氛下进行热解；旋转床热解炉可以为环形密封结构或者直线型密封结构，炉膛内部设置有布料装置、加热装置(辐射管)和翻料装置等，在炭化污泥入口处设置有原料匀料器，以便将生活污泥均匀布置在布料板上，布料厚度可以控制在20～200mm，旋转床热解炉旋转一周的时间控制在10～45min，在物料上部和炉顶之间设置有多个水平安装的蓄热式燃气辐射管为物料进行加热热解，热解过程中旋转床热解炉中的压力控制在10kPa以内，随着热解的进行，物料中的有机挥发分被分离出，得到热解油气和挥发分含量不高于3wt％的含碳固体残渣，辐射管燃烧产生的烟气达标排放。

根据本发明的一个具体实施例，可以根据不同物料中有机组分的比例控制辐射管以20～60℃/min的升温速率升温至800～1100℃。另一方面，可以控制辐射管距离物料上表面的高度为50～100mm，由此，可以在保证辐射管辐射能利用率较高的同时，避免辐射管与物料接触导致设备运转异常。

根据本发明的一个具体实施例，螺旋干燥炭化炉可以直接设置在旋转床热解炉炭化污泥入口的上方，从而进一步降低设备的占地面积。

S300：返回可燃气

该步骤中，将可燃气通入螺旋干燥炭化炉内的燃烧器内，以便将可燃气作为燃料供给至燃烧器使用，从而进一步提高资源的利用率。

S400：热解油气净化

该步骤中，将热解油气供给至油气冷却净化单元进行冷却和净化处理，以便得到净化气。由于生活污泥在进入旋转床热解炉进行热解除之前已进行干燥脱水和炭化，其热解产生的热解油气可直接采用油冷却的方法将热解油气中的热解油冷凝回收，从而避免采用水冷后热解水处理困难和成本高的问题。

S500：返回净化气

该步骤中，将净化气分别通入螺旋干燥炭化炉内的燃烧器内和旋转床热解炉内的辐射管内，以便利用净化气作为燃烧器和辐射管的燃料，从而进一步提高资源的利用率。

由此，根据本发明实施例的处理生活污泥的方法通过将待处理生活污泥供给至螺旋干燥炭化炉内，在螺旋干燥炭化炉螺旋输送器的推进下，待处理生活污泥依次经过进料区、一级干燥区、二级干燥区和炭化区，并通过各级干燥区内设置的燃烧器燃烧产生热烟气对待处理生活污泥进行干燥脱水，并在炭化区进行炭化，得到炭化污泥、可燃气和水蒸气，其中炭化污泥由排料区排出，水蒸气由水蒸气出口排出，可燃气由炭化区的可燃气出口排出，燃烧器燃烧产生的热烟气在完成对生活污泥的干燥脱水和炭化后，由排料区的烟气出口排出，水蒸气通过换热后可回收冷凝水；进而，炭化污泥进入旋转床热解炉进行热解，以便得到热解油气和固体残渣；由于待处理生活污泥在进行热解前完成干燥脱水和炭化，热解产生的热解油气可以直接采用油冷却方式将热解油气中的热解油冷凝回收，从而避免了热解油气中含水量过高导致的处理困难和成本高的问题，且通过预脱水可以避免热解过程中水蒸气耗费辐射管热量，并避免水蒸气与热解得到的热解油反应，从而进一步提高热解油的产率和品质，热解气可以经脱除酸性气体后返回用作燃烧器和辐射管燃料。由此，该方法通过采用螺旋干燥炭化炉对待处理生活污泥预先进行脱水炭化，显著提高了热解油气的品质，并降低了油气分离成本，且设备连续运行稳定可靠，热效率高，经济效益明显。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例

由北京地区提供含水率在82wt％的生活污泥，物料储存于料仓中，先采用过滤器除去粒径＞30mm的石块。用上料系统将生活污泥送入螺旋干燥炭化炉前端进料仓，生活污泥在重力作用下进入螺旋干燥炭化炉前端进料区，通过烘干室壳内不等距螺旋的旋转将生活污泥送入螺旋干燥炭化炉内，通过螺旋输送器下方和上方的燃烧器燃烧产生温度220±20℃的热烟气直接给生活污泥供热，靠近燃烧区的表层生活污泥温度快速升高，水分快速蒸发，燃烧热从污泥表层快速传到内层，在螺旋的搅动下，生活污泥得以均匀扰动，内层污泥被翻转至表层，污泥温度快速升高，污泥中的水分进一步脱除，从而确保生活污泥离开二级干燥区前水分得以充分脱除，含水率降至3±0.2wt％。生活污泥挥发产生的水蒸气和燃烧产生的烟气一起进入后段换热装置，快速回收冷凝水。烘干后的污泥继续往前输送进入无螺旋轴后填满整个无螺旋轴区域(密封区)后，进入炭化区，控制炭化区燃烧器燃烧产生温度在400±10℃的热烟气，污泥在热烟气的直接加热下，一级干燥段物料温度升高到85±3℃，二级干燥段物料温度升高到105±5℃，炭化段物料温度升高到200±15℃，其中部分低沸点有机组分挥发出，通过可燃气出口导出送入螺旋干燥炭化炉燃烧器的燃气入口中供螺旋干燥炭化炉使用。低温炭化后得到的炭化污泥通过密封输送装置送入旋转床热解炉中，在入口原料匀料器作用下，物料均匀布置在布料板上，布料厚度控制在120±10mm。物料随着布料盘转动时，通过燃气加热区被上部蓄热式燃气辐射管加热，辐射管升温速度控制在50±5℃/min，辐射管温度控制在950±50℃，旋转床旋转一周的时间控制在20±5min。旋转床热解炉热解产生的热解油气经油气冷却净化系统冷凝脱除酸性气体后送回螺旋干燥炭化炉和旋转床蓄热式燃气辐射管中燃烧，为螺旋干燥炭化炉和旋转床热解提高热量。热解产生的热解油气可直接采用油冷却方式将热解油气中热解油冷凝回收，从而避免采用水冷后热解水处理困难和高费用问题。另外，蓄热式燃气辐射管燃烧产生的烟气达标排放。热解炉热解产生固体残渣通过出料螺旋输出炉外。

本发明工艺可长期平稳操作，设备故障率极低，所得热解产物的产率和主要性质见表1。

表1热解产物分析

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种连续处理生活污泥的系统，其特征在于，包括：

螺旋干燥炭化炉，所述螺旋干燥炭化炉包括：

本体，所述本体的一端具有生活污泥入口，另一端具有炭化污泥出口，所述本体内沿所述生活污泥入口至所述炭化污泥出口的方向上依次形成有进料区、一级干燥区、二级干燥区、炭化区和排料区，所述一级干燥区、所述二级干燥区和所述炭化区分别设置有燃烧器，所述一级干燥区和所述二级干燥区具有水蒸气出口，所述炭化区具有可燃气出口，所述排料区具有烟气出口；

螺旋输送器，所述螺旋输送器在所述本体内且沿所述生活污泥入口至所述炭化污泥出口的方向上设置；

旋转床热解炉，所述旋转床热解炉具有炭化污泥入口、热解油气出口和固体残渣出口，所述旋转床热解炉内设置有辐射管，所述炭化污泥入口与所述炭化污泥出口相连；

油气冷却净化单元，所述油气冷却净化单元具有油气入口、热解油出口和净化气出口，所述油气入口与所述热解油气出口相连，所述净化气出口分别与所述燃烧器的燃气入口和所述辐射管的燃气入口相连。

2.根据权利要求1所述的连续处理生活污泥的系统，其特征在于，所述二级干燥区与炭化区之间进一步包括密封区，位于所述密封区内的螺旋输送器的转轴上未设置螺旋叶片，任选地，所述本体呈圆柱状，所述密封区位于所述本体下游且在所述本体长度方向上的1/2～2/3处区域段。

3.根据权利要求1所述的连续处理生活污泥的系统，其特征在于，所述螺旋输送器上叶片的节距在生活污泥输送方向上逐渐减小。

4.根据权利要求1所述的连续处理生活污泥的系统，其特征在于，所述螺旋干燥炭化炉进一步包括：

过滤网，所述过滤网设置在所述进料区、所述一级干燥区和所述二级干燥区内，且位于所述螺旋输送器的下方。

5.根据权利要求1所述的连续处理生活污泥的系统，其特征在于，所述螺旋干燥炭化炉进一步包括：

蒸汽导管，所述蒸汽导管设置在所述一级干燥区和所述二级干燥区内，所述蒸汽导管设置有多个水蒸汽入口，所述蒸汽导管的出口端与所述排料区的烟气出口连通。

6.根据权利要求1所述的连续处理生活污泥的系统，其特征在于，所述炭化区的可燃气出口与所述燃烧器的燃气入口相连。

7.一种利用权利要求1～6任一项所述的连续处理生活污泥的系统处理生活污泥的方法，其特征在于，包括：

将生活污泥连续输送至螺旋干燥炭化炉内，并在螺旋输送器的推进下依次进行一级干燥、二级干燥和炭化，以便得到炭化污泥并产生水蒸气和可燃气；

将所述炭化污泥输送至旋转床热解炉内进行热解，以便得到热解油气和固体残渣；

将所述可燃气通入所述螺旋干燥炭化炉内的燃烧器内；

将所述热解油气供给至油气冷却净化单元中进行冷却和净化处理，以便得到净化气；

将所述净化气分别通入所述螺旋干燥炭化炉内的燃烧器内和所述旋转床热解炉内的辐射管内。

8.根据权利要求7所述的处理生活污泥的方法，其特征在于，所述一级干燥、所述二级干燥和所述炭化的温度分别独立地为80～240摄氏度，且所述一级干燥、所述二级干燥和所述炭化的温度逐渐递增。

9.根据权利要求7所述的处理生活污泥的方法，其特征在于，所述生活污泥在所述螺旋干燥炭化炉内经过的时间为20～80分钟。

10.根据权利要求7所述的处理生活污泥的方法，其特征在于，在所述螺旋输送器的推进过程中，使所述生活污泥在密封区内堆积形成流动隔墙，以便将所述二级干燥区和所述炭化区隔离。