CN107720749B - 一种利用污泥生产活性炭和陶粒的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于危废污泥资源化技术领域，尤其涉及一种利用污泥生产活性炭粒的装置和方法，该装置包括进料口，烘干区，炭化区，煅烧区，冷却、活化区，出料口，水蒸汽进口，主燃烧器，窑头燃烧室，进气管道，托轮，烟气出口，炭化换热器，热烟气进口，窑尾燃烧室，窑尾燃烧器，传动电机，出气管道，本发明提供一种利用污泥既可以生产污泥活性炭也可以生产污泥陶粒的装置和方法，提高工作效率和综合利用率，减少了建设周期和费用，不但使废弃物污泥变废为宝，而且实现处理成本低、节约能源、没有任何污染。

Description

一种利用污泥生产活性炭和陶粒的装置和方法
技术领域
本发明属于危废污泥资源化技术领域，尤其涉及一种利用污泥生产活性炭和陶粒的装置和方法。
背景技术
随着我国城市污水处理率的提高，城市污水处理厂产生的污泥越来越多，伴随而来的是污泥无害化问题日益严重。我国固体废弃物处理和处置的基本方针是“稳定化、减量化、资源化”。1993年实施的《污水污泥使用或处置的标准》首次将污泥定义为“生物固体”，生物固体是一种可以有益回收和再生利用的初级有机固体产品，资源化处置是以资源化利用为目标的一种最安全、最有效、最经济、最有生命力的处置方式，在实现污泥无害化处置的同时还有利于保持生态平衡，降低处置成本，促进循环经济的发展。
污泥作为污水处理工程中产生的不可避免的固体废物，其产量也不断增加。污水污泥成分复杂，不仅含有氮、磷等营养物质，还含有大量的有机物、重金属以及各种致病微生物，其容量大、易腐败、不稳定、有恶臭等，如不妥善处理，不仅会产生极大的危害，而且是对污泥中有用能源的浪费。
发明内容
本发明创造克服现有技术中的不足，提供一种利用污泥既可以生产污泥活性炭也可以生产污泥陶粒的装置和方法，提高工作效率和综合利用率，减少了建设周期和费用，不但使废弃物污泥变废为宝，而且实现处理成本低、节约能源、没有任何污染。
本发明所采用的技术方案是：
一种利用污泥生产活性炭和陶粒的装置和方法，该装置包括：进料口、烘干区、炭化区、煅烧区、冷却、活化区、出料口、水蒸汽进口、主燃烧器、窑头燃烧室、进气管道、托轮、烟气出口、炭化换热器、热烟气进口、窑尾燃烧室、窑尾燃烧器、传动电机、出气管道；所述的烘干区的左侧下端设有进料口，烘干区的上端分别设有窑尾燃烧室和窑尾燃烧器，所述的烘干区右侧设有炭化区，所述烘干区和炭化区密封连接，所述炭化区的左右侧靠近两端的位置设有一组托轮，所述一组托轮下端和一组传动电机连接，所述的炭化区上端内壁上设有炭化换热器，所述炭化换热器的左端为热烟气进口，右端为烟气出口，所述的热烟气进口和窑尾燃烧室之间通过进气管道连接，所述的烟气出口和出气管道连接，所述的炭化区右侧是煅烧区，所述的煅烧区右侧和窑头燃烧室密封连接，所述的窑头燃烧室右侧设有主燃烧器，所述的窑头燃烧室下端和冷却、活化区连接，所述冷却、活化区右侧壁上设有水蒸汽进口，所述冷却、活化区连接下端设有出料口。
上述的一种利用污泥生产活性炭和陶粒的装置，其中进气管道尾端和热烟气进口交界处向下延伸且穿过炭化区，所述的进气管道尾端为密封状态。
上述的一种利用污泥生产活性炭和陶粒的装置，其中出气管在炭化区的右侧垂直于炭化区且穿过炭化区，所述的出气管上端为出口开放，下端为出口密封。
上述的一种利用污泥生产活性炭和陶粒的装置和方法，其中利用污泥生产活性炭的方法包括以下步骤：
(1)在投料前，主燃烧器和窑尾燃烧器均靠天然气处于燃烧状态；炭化区温度达到200℃时，开始投料；
(2)再用含量为96％的高浓度ZnCl2溶液与含水20％的干化污泥颗粒进行捏合浸泡均匀送入进料口；
(3)进入烘干区，进行烘干，送入炭化区；
(4)炭化区温度达到350℃时，关闭主燃烧器，停止供主燃烧器空气，窑尾燃烧器供给空气，保证污泥的热解油、热解炭和非冷凝性气体在窑尾燃烧室燃烧，窑尾燃烧室燃烧温度达到850℃以上，消除污泥热解中产生的有毒有害物质，当污泥的热解油、热解炭和非冷凝性气体在窑尾燃烧室燃烧产生的热量不足于完成整个炭化、活化时，在窑尾燃烧器处供给天然气保证整个炭化、活化的完成，窑尾燃烧室的热量由热烟气进口进入炭化换热器，炭化换热器为炭化区提供热量；
(5)当炭化区物料温度600℃时，通过托轮把物料送入冷却、活化区，从水蒸汽进口中喷入水蒸气保证污泥炭粒的物理活化效果，整个炭化、活化过程是在无氧或缺氧状态下完成，炭化、活化时间控制在1小时；
上述利用污泥生产活性炭的方法，其中步骤(4)中污泥的热解产物为热解油20％(热值为30MJ/kg)、热解炭43％(热值为18MJ/kg)、非冷凝性气体14％(热值为15MJ/kg)，经实践表明污泥在炭化、活化时热解出来的热解油和非冷凝性气体燃烧产生的热量可以满足整个污泥的炭化、活化过程。
上述的一种利用污泥生产活性炭和陶粒的装置和方法，其中利用污泥生产陶粒的方法包括以下步骤：
(1)在投料前，主燃烧器和窑尾燃烧器均靠天然气处于燃烧状态，炭化区温度达到200℃时，开始投料；
(2)先进行配料，配料中各组分按质量的百分比为：含水为20％的干化污泥为50％，黏土为20％，粉煤灰为30％，配料后混合均匀进行造粒，粒径大小为3-5mm送入进料口1；
(3)窑尾燃烧室燃烧温度在850℃以上，消除污泥热解中产生的有毒有害物质，窑尾燃烧器和主燃烧器处供给天然气保证煅烧区温度达到1150℃；
(4)进入烘干区进行烘干，送入炭化区通过炭化换热器对物料预热；
(5)然后送入煅烧区完成煅烧，煅烧温度为1150℃；
(6)煅烧完成送入冷却、活化区5冷却到150℃；
(7)最后通过出料口产出污泥陶粒。
上述利用污泥生产陶粒的方法，其中，步骤(3)中污泥的热解产物为热解油20％(热值为30MJ/kg)、热解炭43％(热值为18MJ/kg)、非冷凝性气体14％(热值为15MJ/kg)，经实践表明污泥在炭化、活化时热解出来的热解油和非冷凝性气体燃烧产生的热量不满足整个污泥的炭化、活化过程，需补充天然气35Nm3/1吨，其中窑尾燃烧器需天然气15Nm3/1吨，主燃烧器8需天然气20Nm3/1吨。
本发明的有益效果在于：污泥是一种燃料，靠自己的热量就能完成炭化、活化过程，烧制陶粒时仅仅补充少量的燃料(35Nm3天然气/1吨物料)就能完成烧制过程，整个过程经济合理，节约能源，不但使有害固体废物污泥变成产品，产品的范围和适应性广泛，产品的生产成本低，污泥产生的有毒有害气体能够在装置中自己清除彻底，不需要再通过新建环保设备用于消除污泥产生的有毒有害气体，本装置结构简单，设计合理，生产容易，操作方便，投资低，收益高，明显提高装置的利用率，开拓了一套装置能够生产活性炭、陶粒两种产品的先例，使其更加适应市场化的需求。
附图说明
图1为本发明提供的一种利用污泥生产活性炭和陶粒的装置结构示意图。
图1中：1、进料口；2、烘干区；3、炭化区；4、煅烧区；5、冷却、活化区；6、出料口；7、水蒸汽进口；8、主燃烧器；9、窑头燃烧室；10、进气管道；11、托轮；12、烟气出口；13、炭化换热器；14、热烟气进口；15、窑尾燃烧室；16、窑尾燃烧器；17、传动电机；18、出气管道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1，如图1所示的一种利用污泥生产活性炭和陶粒的装置，包括进料口1，烘干区2，炭化区3，煅烧区4，冷却、活化区5，出料口6，水蒸汽进口7，主燃烧器8，窑头燃烧室9，进气管道10，托轮11，烟气出口12，炭化换热器13，热烟气进口14，窑尾燃烧室15，窑尾燃烧器16，传动电机17，出气管道18，所述的烘干区2的左侧下端设有进料口1，烘干区2的上端分别设有窑尾燃烧室15和窑尾燃烧器16，所述的烘干区2右侧设有炭化区3，所述烘干区2和炭化区3密封连接，所述炭化区3的左右侧靠近俩端的位置设有一组托轮11，所述一组托轮11下端和一组传动电机17连接，所述的炭化区3上端内壁上设有炭化换热器13，所述炭化换热器13的左端为热烟气进口14，右端为烟气出口12，所述的热烟气进口14和窑尾燃烧室15之间通过进气管道10连接，所述的烟气出口12和出气管道18连接，所述的进气管道10尾端和热烟气进口14交界处向下延伸且穿过炭化区3，所述的进气管道10尾端为密封状态，所述的出气管道18在炭化区3的右侧垂直于炭化区3且穿过炭化区3，所述的出气管道18上端为出口开放，下端为出口密封，所述的炭化区3右侧和煅烧区4连接，所述的煅烧区4右侧和窑头燃烧室9密封连接，所述的窑头燃烧室9右侧设有主燃烧器8，所述的窑头燃烧室9下端和冷却、活化区5连接，所述冷却、活化区5右侧壁上设有水蒸汽进口7，所述冷却、活化区5连接下端设有出料口6。
实施例2，如图1所示的一种利用污泥生产活性炭和陶粒的装置，包括：进料口1，烘干区2，炭化区3，煅烧区4，冷却、活化区5，出料口6，水蒸汽进口7，主燃烧器8，窑头燃烧室9，进气管道10，托轮11，烟气出口12，炭化换热器13，热烟气进口14，窑尾燃烧室15，窑尾燃烧器16，传动电机17，出气管道18，所述的烘干区2的左侧下端设有进料口1，烘干区2的上端分别设有窑尾燃烧室15和窑尾燃烧器16，所述的烘干区2右侧设有炭化区3，所述烘干区2和炭化区3密封连接，所述炭化区3的左右侧靠近俩端的位置设有一组托轮11，所述一组托轮11下端和一组传动电机17连接，所述的炭化区3上端内壁上设有炭化换热器13，所述炭化换热器13的左端为热烟气进口14，右端为烟气出口12，所述的热烟气进口14和窑尾燃烧室15之间通过进气管道10连接，所述的烟气出口12和出气管道18连接，所述的进气管道10尾端和热烟气进口14交界处向下延伸且穿过炭化区3，所述的进气管道10尾端为密封状态，所述的出气管道18在炭化区3的右侧垂直于炭化区3且穿过炭化区3，所述的出气管道18上端为出口开放，下端为出口密封，所述的炭化区3右侧和煅烧区4连接，所述的煅烧区4右侧和窑头燃烧室9密封连接，所述的窑头燃烧室9右侧设有主燃烧器8，所述的窑头燃烧室9下端和冷却、活化区5连接，所述冷却、活化区5右侧壁上设有水蒸汽进口7，所述冷却、活化区5连接下端设有出料口6。
其中，利用污泥生产活性炭的方法包括以下步骤：
1、在投料前，主燃烧器8和窑尾燃烧器16均靠天然气处于燃烧状态，炭化区温度达到200℃时，开始投料；
2、再用含量为96％的高浓度ZnCl2溶液与含水20％的干化污泥颗粒进行捏合浸泡均匀送入进料口1；
3、进入烘干区2，进行烘干，送入炭化区3；
4、炭化区3温度达到350℃时，关闭主燃烧器8，停止供主燃烧器8空气，窑尾燃烧器16供给空气，保证污泥的热解油、热解炭和非冷凝性气体在窑尾燃烧室15燃烧，窑尾燃烧室15燃烧温度达到850℃以上，消除污泥热解中产生的有毒有害物质，当开始热量不足于完成整个炭化、活化时，在窑尾燃烧器16处供给天然气保证整个炭化、活化的完成，窑尾燃烧室15的热量由热烟气进口14进入炭化换热器13，炭化换热器13为炭化区3提供热量；
5、当炭化区3物料温度600℃时，通过托轮11把物料送入冷却、活化区5，从水蒸汽进口7中喷入水蒸气保证污泥炭粒的物理活化效果，整个炭化、活化过程是在无氧或缺氧状态下完成，炭化、活化时间控制在1小时。
其中步骤(4)中污泥的热解产物为热解油20％(热值为30MJ/kg)、热解炭43％(热值为18MJ/kg)、非冷凝性气体14％(热值为15MJ/kg)，经实践表明污泥在炭化、活化时热解出来的热解油和非冷凝性气体燃烧产生的热量可以满足整个污泥的炭化、活化过程，产出的活性炭的碘值达到600mg/g，表面积达到400m2/g，在水处理、烟气吸附等中应用广泛。
实施例3，如图1所示的一种利用污泥生产活性炭和陶粒的装置，包括：进料口1，烘干区2，炭化区3，煅烧区4，冷却、活化区5，出料口6，水蒸汽进口7，主燃烧器8，窑头燃烧室9，进气管道10，托轮11，烟气出口12，炭化换热器13，热烟气进口14，窑尾燃烧室15，窑尾燃烧器16，传动电机17，出气管道18，所述的烘干区2的左侧下端设有进料口1，烘干区2的上端分别设有窑尾燃烧室15和窑尾燃烧器16，所述的烘干区2右侧设有炭化区3，所述烘干区2和炭化区3密封连接，所述炭化区3的左右侧靠近俩端的位置设有一组托轮11，所述一组托轮11下端和一组传动电机17连接，所述的炭化区3上端内壁上设有炭化换热器13，所述炭化换热器13的左端为热烟气进口14，右端为烟气出口12，所述的热烟气进口14和窑尾燃烧室15之间通过进气管道10连接，所述的烟气出口12和出气管道18连接，所述的进气管道10尾端和热烟气进口14交界处向下延伸且穿过炭化区3，所述的进气管道10尾端为密封状态，所述的出气管道18在炭化区3的右侧垂直于炭化区3且穿过炭化区3，所述的出气管道18上端为出口开放，下端为出口密封，所述的炭化区3右侧和煅烧区4连接，所述的煅烧区4右侧和窑头燃烧室9密封连接，所述的窑头燃烧室9右侧设有主燃烧器8，所述的窑头燃烧室9下端和冷却、活化区5连接，所述冷却、活化区5右侧壁上设有水蒸汽进口7，所述冷却、活化区5连接下端设有出料口6。
利用污泥生产陶粒的方法包括以下步骤：
1、在投料前，主燃烧器8和窑尾燃烧器16均靠天然气处于燃烧状态，炭化区温度达到200℃时，开始投料；
2、先进行配料，配料中各组分按质量的百分比为：含水为20％的干化污泥为50％，黏土为20％，粉煤灰为30％，配料后混合均匀进行造粒，粒径大小为3-5mm送入进料口1；
3、窑尾燃烧室15燃烧温度在850℃以上，消除污泥热解中产生的有毒有害物质，窑尾燃烧器16和主燃烧器8处供给天然气保证煅烧区4温度达到1150℃；
4、进入烘干区2进行烘干，送入炭化区3通过炭化换热器13对物料预热；
5、然后送入煅烧区4完成煅烧，煅烧温度为1150℃；
6、煅烧完成送入冷却、活化区5冷却到150℃；
7、最后通过出料口6产出陶粒。
其中，步骤(3)中污泥的热解产物为热解油20％(热值为30MJ/kg)、热解炭43％(热值为18MJ/kg)、非冷凝性气体14％(热值为15MJ/kg)，经实践表明污泥在炭化、活化时热解出来的热解油和非冷凝性气体燃烧产生的热量不满足整个污泥的炭化、活化过程，需补充天然气35Nm3/1吨，其中窑尾燃烧器需天然气15Nm3/1吨，主燃烧器8需天然气20Nm3/1吨，陶粒的产品性能为，松散容重为800～1200kg/m3，筒压强度为2～4Mpa，产品在海绵城市，净水吸附中应用广泛。

Claims (4)

1.一种利用污泥生产活性炭和陶粒的装置，其特征在于：该装置包括：进料口(1)，烘干区(2)，炭化区(3)，煅烧区(4)，冷却、活化区(5)，出料口(6)，水蒸汽进口(7)，主燃烧器(8)，窑头燃烧室(9)，进气管道(10)，托轮(11)，烟气出口(12)，炭化换热器(13)，热烟气进口(14)，窑尾燃烧室(15)，窑尾燃烧器(16)，传动电机(17)、出气管道(18)，所述的烘干区(2)的左侧下端设有进料口(1)，烘干区(2)的上端分别设有窑尾燃烧室(15)和窑尾燃烧器(16)，所述的烘干区(2)右侧设有炭化区(3)，所述烘干区(2)和炭化区(3)密封连接，所述炭化区(3)的左右侧靠近两端的位置设有一组托轮(11)，所述一组托轮(11)下端和一组传动电机(17)齿轮连接，所述的炭化区(3)上端内壁上设有炭化换热器(13)，所述炭化换热器(13)的左端为热烟气进口(14)，右端为烟气出口(12)，所述的热烟气进口(14)和窑尾燃烧室(15)之间通过进气管道(10)连接，所述的烟气出口(12)和出气管道(18)连接，所述的炭化区(3)右侧是煅烧区(4)，所述的煅烧区(4)右侧和窑头燃烧室(9)密封连接，所述的窑头燃烧室(9)右侧设有主燃烧器(8)，所述的窑头燃烧室(9)下端和冷却、活化区(5)连接，所述冷却、活化区(5)右侧壁上设有水蒸汽进口(7)，所述冷却、活化区(5)连接下端设有出料口(6)，所述的进气管道(10)尾端和热烟气进口(14)交界处向下延伸且穿过炭化区(3)，所述的进气管道(10)尾端为密封状态，所述的出气管道(18)在炭化区(3)的右侧垂直于炭化区(3)且穿过炭化区(3)，所述的出气管道(18)上端为出口开放，下端为出口密封。
2.根据权利要求1所述的装置生产活性炭的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)、在投料前，主燃烧器(8)和窑尾燃烧器(16)均靠天然气处于燃烧状态；炭化区(3)温度达到200℃时，开始投料；
(2)、再用含量为96％的高浓度ZnCl2溶液与含水20％的干化污泥颗粒进行捏合浸泡均匀送入进料口(1)；
(3)、进入烘干区(2)，进行烘干，送入炭化区(3)；
(4)、炭化区(3)温度达到350℃时，关闭主燃烧器(8)，停止供主燃烧器(8)空气，窑尾燃烧器(16)供给空气，保证污泥的热解油、热解炭和非冷凝性气体在窑尾燃烧室(15)燃烧，窑尾燃烧室(15)燃烧温度达到850℃以上，消除污泥热解中产生的有毒有害物质，当开始热量不足于完成整个炭化、活化时，在窑尾燃烧器(16)处供给天然气保证整个炭化、活化的完成，窑尾燃烧室(15)的热量由热烟气进口(14)进入炭化换热器(13)，炭化换热器(13)为炭化区(3)提供热量；
(5)、当炭化区(3)物料温度600℃时，通过托轮(11)把物料送入冷却、活化区(5)，从水蒸汽进口(7)中喷入水蒸气保证污泥炭粒的物理活化效果，整个炭化、活化过程是在无氧或缺氧状态下完成，炭化、活化时间控制在1小时。
3.根据权利要求1所述的装置生产陶粒的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)、在投料前，主燃烧器(8)和窑尾燃烧器(16)均靠天然气处于燃烧状态；炭化区(3)温度达到200℃时，开始投料；
(2)、先进行配料，配料中各组分按质量的百分比为：含水为20％的干化污泥为50％，黏土为20％，粉煤灰为30％，配料后混合均匀进行造粒，粒径大小为3-5mm送入进料口(1)；
(3)、窑尾燃烧室(15)燃烧温度在850℃以上，消除污泥热解中产生的有毒有害物质，窑尾燃烧器(16)和主燃烧器(8)处供给天然气保证煅烧区(4)温度达到1150℃；
(4)、进入烘干区(2)，进行烘干，送入炭化区(3)通过炭化换热器(13)对物料预热；
(5)、然后送入煅烧区(4)完成煅烧，煅烧温度为1150℃；
(6)、煅烧完成送入冷却、活化区(5)冷却到150℃；
(7)、最后通过出料口(6)产出污泥陶粒。
4.根据权利要求3所述生产陶粒的方法，其特征在于：窑尾燃烧器(16)需天然气15Nm3/1吨，主燃烧器(8)需天然气20Nm3/1吨。
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