CN110615590A - 污泥热解系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了污泥热解系统和方法。该污泥热解系统包括：热解炉，其沿长度方向依次包括进料段、热解段、出料段；所述进料段设有进料口，所述出料段上方设有热解气出口、下方设有热解炭出口；换热筒，其套设在所述热解炉的热解段，并与所述热解段之间形成空腔；所述换热筒具有高温介质入口和低温介质出口，所述空腔内布置有多个折流板；传动机构，其包括驱动电机和与所述驱动电机相连的旋转轴，所述旋转轴设在所述热解炉内，所述旋转轴上设有螺旋叶片和多个扬料板，所述扬料板与所述螺旋叶片间隔设置。该污泥热解系统可以实现污泥的减量化、资源化、无害化处理，具有显著的经济效益和环境效益，且设备运行可靠，可以长周期稳定运行，故障率低。
Description
技术领域
本发明涉及热解处理技术领域，具体而言，本发明涉及污泥热解系统和方法。
背景技术
随着我国水厂污水处理效率的不断提高，污泥产量近年来持续增加，如果不能进行合理的处置，对环境将产生重大污染问题。国内污泥处理方法包括焚烧、填埋、堆肥、自然干化等方法，以上方法可以在一定程度上实现污泥的无害化、减量化目标，但是资源利用较差。市政污泥中富含大量有机物以及热能，如果能进行合理的处理，将会回收其中的能源，污泥热解技术是目前资源化的主流，能够回收其中的油、气、生物炭。
所谓热解技术就是在一定的温度和压强下，通过热解方式将市政污泥中细胞的水分强制脱出，污泥中的有机质分解为CO、CH4、焦油、生物炭，使污泥中碳含量比例大幅度提高的过程。污泥碳化技术较干化和直接焚烧而言，能源消耗少，剩余产物中的碳含量高，发热量大。然而，现有的污泥热解技术仍有待改进。
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污泥热解系统和方法。该污泥热解系统可以实现污泥的减量化、资源化、无害化处理，具有显著的经济效益和环境效益，且设备运行可靠，可以长周期稳定运行，故障率低。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种污泥热解系统。根据本发明的实施例，该系统包括：热解炉，所述热解炉沿长度方向依次包括进料段、热解段、出料段；所述进料段设有进料口，所述出料段上方设有热解气出口、下方设有热解炭出口；换热筒，所述换热筒套设在所述热解炉的热解段，并与所述热解段之间形成空腔，所述换热筒的一端面与所述出料段相连；所述换热筒具有高温介质入口和低温介质出口，所述空腔内布置有多个折流板；传动机构，所述传动机构包括驱动电机和与所述驱动电机相连的旋转轴，所述旋转轴设在所述热解炉内，所述旋转轴上设有螺旋叶片和多个扬料板，所述扬料板与所述螺旋叶片间隔设置。
利用根据本发明实施例的污泥热解系统对污泥进行热解处理，待处理污泥由进料段的进料口加入热解炉后，随着驱动电机驱动旋转轴转动，待处理污泥在螺旋叶片和扬料板的作用下依次经过热解炉进料段、热解段和出料段。热解炉热解段外部套设有换热筒，通过利用换热筒中的高温介质进行间接加热，待处理污泥完成热解，得到热解炭和热解气，其中热解炭由出料段热解炭出口排出，热解气由出料段热解气出口排出。同时，在折流板的作用下，换热筒中的高温介质换热后由低温介质出口排出换热筒。由此，本发明的污泥热解系统可以实现污泥的减量化、资源化、无害化处理，具有显著的经济效益和环境效益，且设备运行可靠，可以长周期稳定运行，故障率低。
另外，根据本发明上述实施例的污泥热解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，所述污泥热解系统进一步包括：锁气阀，所述锁气阀设在所述进料口和热解炭出口处。
在本发明的一些实施例中，所述出料段设有氧含量监测装置和氮气进口。
在本发明的一些实施例中，所述出料段设有温度监测装置。
在本发明的一些实施例中，所述换热筒包括外壳体、耐火材料层和保温材料层，所述耐火材料层设在所述外壳体的内表面；所述保温材料层设有外壳体邻近所述进料段一端的至少部分端面，且与所述耐火材料层相连。
在本发明的一些实施例中，所述污泥热解系统进一步包括：膨胀节和密封结构，所述膨胀节和所述密封结构设在所述换热筒与所述出料段之间。
在本发明的一些实施例中，所述传动机构进一步包括：弹性柱销联轴器、进料端轴承和出料端轴承，所述进料端轴承设在所述旋转轴的进料端，所述出料端轴承设在所述旋转轴的出料端，所述驱动电机通过所述弹性柱销联轴器与所述进料端轴承相连。
在本发明的一些实施例中，所述污泥热解系统进一步包括：热风炉，所述热风炉包括燃料入口和高温烟气出口，所述燃料入口与所述热解气出口相连，所述高温烟气出口与所述高温介质入口相连。
在本发明的一些实施例中，所述污泥热解系统进一步包括：支持机构，所述支持机构包括电机支座和筒体支座。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种污泥热解方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将待处理污泥供给至热解炉中，在所述传动机构的作用下，所述待处理污泥依次经过所述热解炉的进料端、热解段和出料段，并在换热筒中高温介质的作用下完成热解处理，得到热解炭和热解气。
根据本发明实施例的污泥热解方法利用上述实施例的污泥热解系统对污泥进行热解处理，待处理污泥由进料段的进料口加入热解炉后，随着驱动电机驱动旋转轴转动，待处理污泥在螺旋叶片和扬料板的作用下依次经过热解炉进料段、热解段和出料段。热解炉热解段外部套设有换热筒，通过利用换热筒中的高温介质进行间接加热，待处理污泥完成热解，得到热解炭和热解气，其中热解炭由出料段热解炭出口排出，热解气由出料段热解气出口排出。同时，在折流板的作用下，换热筒中的高温介质换热后由低温介质出口排出换热筒。由此，本发明的污泥热解方法可以实现污泥的减量化、资源化、无害化处理，具有显著的经济效益和环境效益，且所用设备运行可靠，可以长周期稳定运行，故障率低。
另外，根据本发明上述实施例的污泥热解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，所述待处理污泥的含水率为20～60％。
在本发明的一些实施例中，所述热解处理在450～500℃下进行20～40min完成。
在本发明的一些实施例中，所述热解炉的填充率为15～25％。
在本发明的一些实施例中，所述污泥热解方法进一步包括：将所述热解气供给至热风炉进行燃烧，以便得到高温烟气；将所述高温烟气作为高温介质供给至所述换热筒。
在本发明的一些实施例中，所述污泥热解方法进一步包括：基于氧含量监测装置的监测结果控制氮气进口的打开和闭合，以便控制所述热解炉中的氧含量。
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污泥热解系统的结构示意图。
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”、“顺时针”、“逆时针”、“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”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”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，“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。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种污泥热解系统。根据本发明的实施例，该系统包括：热解炉、换热筒和传动机构。
下面参考图1进一步对根据本发明实施例的污泥热解系统进行详细描述。
热解炉
根据本发明的实施例，热解炉沿长度方向依次包括进料段110、热解段120、出料段130；进料段110设有进料口111，出料段130上方设有热解气出口131、下方设有热解炭出口132。热解炉适于利用换热筒200中高温介质提供的热量对待处理污泥(例如市政污泥)进行间接加热，以便得到热解炭和热解气，所得热解炭可以用作苗木抚育、园林绿化、空气净化吸附剂、建筑辅材辅料等用途，所得热解气(主要成分包括CO、CH4等)可作为可燃气体加以利用。另外，通过利用高温介质提供的热量对待处理污泥进行间接加热，污泥可以在无氧条件下完成热解，从而杜绝污泥热解产生二噁英等污染物的问题。
根据本发明的一些实施例，所述待处理污泥的含水率为20～60％。如果污泥的含水率过高，可能会导致污泥难以进料，处理效率降低，且对设备整体的热效率造成不利影响。在一些实施例中，可在热解前预先将污泥进行脱水，将其含水率控制在20～30％，由此，可以进一步有利于污泥进料以及设备热效率的提高。
根据本发明的一些实施例，上述热解处理可以在450～500℃下进行20～40min完成，热解处理采用的温度例如可以为450℃、465℃、480℃或500℃，热解处理进行的时间例如可以为20min、25min、30min、35min或40min。具体的，通过换热筒内高温介质的间接加热使热解处理的温度控制在上述范围，并通过调节旋转轴的转速使热解处理的时间控制在上述范围，可以进一步提高污泥的热解效果。
根据本发明的一些实施例，热解炉的填充率可以为15～25％，例如15％、20％或25％。发明人发现，若热解炉中污泥的填充率过大，容易导致污泥热解不充分，而填充率过小又会严重影响热解处理的效率。
根据本发明的一些实施例，上述污泥热解系统还进一步包括：锁气阀(附图中未示出)。该锁气阀设在进料口111和热解炭出口132处，且适于控制进料口111和热解炭出口132的开闭。根据本发明的一些实施例，设在进料口111处的锁气阀可以与料位计进行连锁，使锁气阀上部保持一定的料位(优选为锁气阀上部50～70mm料位)，起到对热解炉进行料封的作用，以便隔绝外部空气进入热解炉内，并防止热解炉内气体泄漏。
另外，根据本发明的一些实施例，进料段110靠近进料口的一端还设有端板112。
根据本发明的一些实施例，出料段130还设有氧含量监测装置(附图中未示出)和氮气进口133。该氮气进口连通至氮气源。通过在出料段设置氧含量监测装置，可以实时监测热解炉中的氧含量，当热解炉中含氧量过高(例如高于3v‰)时，氮气进口打开并向热解炉中输入氮气，以保证系统安全。
根据本发明的一些实施例，出料段130还设有温度监测装置134，以便于监测热解炉内的温度。根据本发明的具体示例，温度监测装置可采用温度计，并通过温度计套管插入热解炉内。
换热筒
根据本发明的实施例，换热筒200套设在热解炉的热解段120，并与热解段120之间形成空腔，换热筒200的一端面与出料段130相连；换热筒200具有高温介质入口210和低温介质出口220，空腔内布置有多个折流板230。换热筒200适于为热解段120提供热源，以便对待处理污泥进行间接加热。具体的，高温介质可从高温介质入口进入换热筒与热解炉热解段之间形成的空腔，在折流板的作用下向低温介质出口端流动，并为热解处理提供热量。
根据本发明的一些实施例，换热筒200包括外壳体240、耐火材料层250和保温材料层260，耐火材料层250设在外壳体240的内表面；保温材料层260设有外壳体240邻近进料段110一端的至少部分端面，且与耐火材料层250相连。通过在外壳体内表面设置耐火材料层，可以有效减少换热筒热量损失，同时避免温度过高损坏换热筒，起到保护筒体的作用。通过设置保温材料层，可以进一步减少换热筒热量损失，并起到保护进料端端板的作用。根据本发明的具体示例，上述耐火材料层耐火砖铺设而成，或是由浇注料(例如刚玉浇注料、高铝浇注料)浇注而成。根据本发明的具体示例，上述保温材料层可以为保温棉。
根据本发明的一些实施例，上述污泥热解系统还进一步包括：膨胀节400和密封结构500。膨胀节400和密封结构500设在换热筒200与出料段130之间。膨胀节400适于补偿换热筒200由于热膨胀产生的轴向位移，密封结构500适于防止换热筒内高温烟气或热解炉内热解气的泄漏。根据本发明的具体示例，密封结构500可采用填料密封，例如石墨填料密封。
传动机构
根据本发明的实施例，传动机构包括驱动电机310和与驱动电机310相连的旋转轴320，旋转轴320设在热解炉内，旋转轴320上设有螺旋叶片321和多个扬料板322，扬料板322与螺旋叶片321间隔设置。驱动电机310适于驱动旋转轴320转动，以便利用螺旋叶片321和扬料板322使待处理污泥在热解炉内沿进料段、热解段和出料段的方向运动。在本发明的一些实施例中，旋转轴320采用空心轴。由此，可以进一步提高物料输送效果。
根据本发明的一些实施例，传动机构还进一步包括：弹性柱销联轴器610、进料端轴承620和出料端轴承630。进料端轴承620设在旋转轴320的进料端，出料端轴承630设在旋转轴320的出料端，驱动电机310通过弹性柱销联轴器610与进料端轴承620相连。进料端轴承620和出料端轴承630适于旋转轴320的两端分别设置在热解炉进料端端板和出料端端板，同时，使驱动电机310通过弹性柱销联轴器610驱动旋转轴320转动。由此，可以进一步提高设备运行的稳定性。
另外，根据本发明的一些实施例，上述传动机构还包括力矩监测装置，系统可根据传动机构的变化，设置自动停车程序，防止危险情况发生。
根据本发明的一些实施例，上述污泥热解系统还进一步包括：热风炉(附图中未示出)，该热风炉包括燃料入口和高温烟气出口，燃料入口与热解气出口相连，高温烟气出口与高温介质入口相连。由此，可以将污泥热解得到的热解气供给至热风炉燃烧，以便得到高温烟气。该高温烟气可由换热筒的高温烟气入口进入换热筒与热解炉热解段之间的空腔，为热解处理提供热量。
根据本发明的一些实施例，污泥热解系统还进一步包括：支持机构。该支持机构包括电机支座710和筒体支座720。电机支座710适于对驱动电机310进行支撑，筒体支座720适于对换热筒进行支撑。
综上可知，根据本发明实施例的污泥热解系统可以具有选自下列优点的至少之一：(1)设备运行可靠，可以长周期稳定运行，故障率低。(2)配有氮气保护机制，系统安全性高。(3)可以回收热解气作为燃料气，降低系统能耗，同时可以得到热解炭，用作苗木抚育、园林绿化、空气净化吸附剂、建筑辅材辅料等用途；(4)热解处理杜绝了产生二噁英等污染物的问题。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种污泥热解方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将待处理污泥供给至热解炉中，在所述传动机构的作用下，所述待处理污泥依次经过所述热解炉的进料端、热解段和出料段，并在换热筒中高温介质的作用下完成热解处理，得到热解炭和热解气。
根据本发明实施例的污泥热解方法利用上述实施例的污泥热解系统对污泥进行热解处理，待处理污泥由进料段的进料口加入热解炉后，随着驱动电机驱动旋转轴转动，待处理污泥在螺旋叶片和扬料板的作用下依次经过热解炉进料段、热解段和出料段。热解炉热解段外部套设有换热筒，通过利用换热筒中的高温介质进行间接加热，待处理污泥完成热解，得到热解炭和热解气，其中热解炭由出料段热解炭出口排出，热解气由出料段热解气出口排出。同时，在折流板的作用下，换热筒中的高温介质换热后由低温介质出口排出换热筒。由此，本发明的污泥热解方法可以实现污泥的减量化、资源化、无害化处理，具有显著的经济效益和环境效益，且所用设备运行可靠，可以长周期稳定运行，故障率低。
根据本发明的一些实施例，所述待处理污泥的含水率为20～60％。如果污泥的含水率过高，可能会导致污泥难以进料，处理效率降低，且对设备整体的热效率造成不利影响。在一些实施例中，可在热解前预先将污泥进行脱水，将其含水率控制在20～30％，由此，可以进一步有利于污泥进料以及设备热效率的提高。
根据本发明的一些实施例，上述热解处理可以在450～500℃下进行20～40min完成，热解处理采用的温度例如可以为450℃、465℃、480℃或500℃，热解处理进行的时间例如可以为20min、25min、30min、35min或40min。具体的，通过换热筒内高温介质的间接加热使热解处理的温度控制在上述范围，并通过调节旋转轴的转速使热解处理的时间控制在上述范围，可以进一步提高污泥的热解效果。
根据本发明的一些实施例，热解炉的填充率可以为15～25％，例如15％、20％或25％。发明人发现，若热解炉中污泥的填充率过大，容易导致污泥热解不充分，而填充率过小又会严重影响热解处理的效率。
根据本发明的一些实施例，上述污泥热解方法还进一步包括：将热解气供给至热风炉进行燃烧，以便得到高温烟气；将高温烟气作为高温介质供给至换热筒。由此，可以进一步提高工艺的热效率。
根据本发明的一些实施例，上述污泥热解方法还进一步包括：基于氧含量监测装置的监测结果控制氮气进口的打开和闭合，以便控制热解炉中的氧含量。具体的，上述热解处理在无氧条件下进行，可以通过设在热解炉出料段的氧含量监测装置实时监测热解炉中的氧含量，当热解炉中过高(例如高于3v‰)时，氮气进口打开并向热解炉中输入氮气，以保证安全。
根据本发明的一个优选实施例，待处理污泥的含水率为20～30％，并通过锁气阀与料位计连锁，使锁气阀上部保证50～70mm料位用于料封。热解温度控制在465℃，热解时间控制在30min，热解炉填充率控制在15％。由此，可以进一步提高待处理污泥的热解效果以及设备运行的稳定性。
综上可知，根据本发明实施例的污泥热解方法可以具有选自下列优点的至少之一：(1)设备运行可靠，可以长周期稳定运行，故障率低。(2)配有氮气保护机制，系统安全性高。(3)可以回收热解气作为燃料气，降低系统能耗，同时可以得到热解炭，用作苗木抚育、园林绿化、空气净化吸附剂、建筑辅材辅料等用途；(4)热解处理杜绝了产生二噁英等污染物的问题。
另外，需要说明的是，前文针对污泥热解系统所述描述的全部特征和优点同样适用于该污泥热解方法，在此不再一一赘述。
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)
1.一种污泥热解系统，其特征在于，包括：
热解炉，所述热解炉沿长度方向依次包括进料段、热解段、出料段；所述进料段设有进料口，所述出料段上方设有热解气出口、下方设有热解炭出口；
换热筒，所述换热筒套设在所述热解炉的热解段，并与所述热解段之间形成空腔，所述换热筒的一端面与所述出料段相连；所述换热筒具有高温介质入口和低温介质出口，所述空腔内布置有多个折流板；
传动机构，所述传动机构包括驱动电机和与所述驱动电机相连的旋转轴，所述旋转轴设在所述热解炉内，所述旋转轴上设有螺旋叶片和多个扬料板，所述扬料板与所述螺旋叶片间隔设置。
2.根据权利要求1所述的污泥热解系统，其特征在于，进一步包括：锁气阀，所述锁气阀设在所述进料口和热解炭出口处；
任选地，所述出料段设有氧含量监测装置和氮气进口；
任选地，所述出料段设有温度监测装置。
3.根据权利要求1所述的污泥热解系统，其特征在于，所述换热筒包括外壳体、耐火材料层和保温材料层，所述耐火材料层设在所述外壳体的内表面；所述保温材料层设有外壳体邻近所述进料段一端的至少部分端面，且与所述耐火材料层相连。
4.根据权利要求1所述的污泥热解系统，其特征在于，进一步包括：膨胀节和密封结构，所述膨胀节和所述密封结构设在所述换热筒与所述出料段之间。
5.根据权利要求1所述的污泥热解系统，其特征在于，所述传动机构进一步包括：弹性柱销联轴器、进料端轴承和出料端轴承，所述进料端轴承设在所述旋转轴的进料端，所述出料端轴承设在所述旋转轴的出料端，所述驱动电机通过所述弹性柱销联轴器与所述进料端轴承相连。
6.根据权利要求1～5任一项所述的污泥热解系统，其特征在于，进一步包括：热风炉，所述热风炉包括燃料入口和高温烟气出口，所述燃料入口与所述热解气出口相连，所述高温烟气出口与所述高温介质入口相连。
7.根据权利要求1～5任一项所述的污泥热解系统，其特征在于，进一步包括：支持机构，所述支持机构包括电机支座和筒体支座。
8.一种采用权利要求1～7任一项所述的污泥热解系统实施的污泥热解方法，其特征在于，包括：
将待处理污泥供给至热解炉中，在所述传动机构的作用下，所述待处理污泥依次经过所述热解炉的进料端、热解段和出料段，并在换热筒中高温介质的作用下完成热解处理，得到热解炭和热解气。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述待处理污泥的含水率为20～60％；
任选地，所述热解处理在450～500℃下进行20～40min完成；
任选地，所述热解炉的填充率为15～25％。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包括：
将所述热解气供给至热风炉进行燃烧，以便得到高温烟气；
将所述高温烟气作为高温介质供给至所述换热筒；
任选地，进一步包括：基于氧含量监测装置的监测结果控制氮气进口的打开和闭合，以便控制所述热解炉中的氧含量。
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