CN110835225A - 一种活性炭制备协同污泥干化的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种活性炭制备协同污泥干化的装置和方法。所述装置包括：炭化炉，用以对生物质原料进行炭化以生成炭化料和炭化气；活化炉，用以对所述炭化料进行活化以生成活性炭和活化气；二燃室，用以燃烧所述炭化气和所述活化气以生成高温烟气；余热锅炉，用以使所述高温烟气在其中与水进行换热形成蒸汽；以及污泥干燥机，用以利用所述蒸汽作为间接供热介质对污泥进行干燥，以获得干化污泥；其中，所述污泥干燥机在对污泥进行干燥的过程中排出尾气，所述活化炉利用所述尾气对所述炭化料进行活化。根据本发明，实现了热能的高效、综合利用，解决了污泥干化废气排放所带来的大气污染问题。

Description

一种活性炭制备协同污泥干化的装置和方法
技术领域
本发明涉及污水处理领域，具体而言涉及一种活性炭制备协同污泥干化的装置和方法。
背景技术
随着煤、石油、天然气等化石燃料的日益匮乏，人们对能源的需求不断扩大，生物质能作为一种理想的可再生能源，越来越受到世界各国的关注。同时随着国家对环保问题的日益重视以及环境保护要求的日益提高，活性炭需求量剧增，供不应求。因此利用生物质制备活性炭成为生物质能非常有前景的利用方式。
目前活性炭生产过程中普遍存在热量过剩，活性炭制备过程中产生的大量高温可燃气体，往往直接排放掉，没有回收利用烟气所含热量，致使大量热能浪费，而且还污染环境。
随着我国经济的发展，城市废水排放量日益增多，污泥产生量也随之大幅度提高，污泥处理不恰当极易对自然环境造成二次污染的问题，所以必须要选择高效的方法处理污泥，而污泥干化技术稳定性强，是处理污泥的重要方法之一。但污泥干化不仅耗费大量能量，而且干化产生的废气的处理处置也逐渐成为国内外关注的焦点。
为此，本发明提出一种新的活性炭制备协同污泥干化的装置，用以解决现有技术中的问题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本发明提供了一种活性炭制备协同污泥干化的装置，包括：
炭化炉，用以对生物质原料进行炭化以生成炭化料和炭化气；
活化炉，用以对所述炭化料进行活化以生成活性炭和活化气；
二燃室，用以燃烧所述炭化气和所述活化气以生成高温烟气；
余热锅炉，用以使所述高温烟气在其中与水进行换热形成蒸汽；以及
污泥干燥机，用以利用所述蒸汽作为间接供热介质对污泥进行干燥，以获得干化污泥；其中，
所述污泥干燥机在对污泥进行干燥的过程中排出尾气，所述活化炉利用所述尾气对所述炭化料进行活化。
示例性地，所述活化炉还利用所述蒸汽对所述炭化料进行活化。
示例性地，所述蒸汽在所述污泥干燥机中冷凝形成冷凝水，所述冷凝水回收至所述余热锅炉。
示例性地，还包括与所述余热锅炉相连的烟气净化系统，所述高温烟气在所述余热锅炉中换热后输入所述烟气净化系统进行净化。
示例性地，所述污泥干燥机包括圆盘式干燥机和/或空心桨叶式干燥机。
示例性地，还包括焚烧炉，用以焚烧所述干化污泥。
本发明还提供了一种活性炭制备协同污泥干化的方法，包括：
步骤S1：获取生物质原料；
步骤S2：对所述生物质原料执行炭化工艺，以获得炭化料并排放炭化气；
步骤S3：对所述炭化料执行活化工艺，以获得活性炭并排放活化气；
步骤S4：燃烧所述炭化气和所述活化气以获得高温烟气；
步骤S5：将所述高温烟气与水进行换热获得蒸汽；
步骤S6：利用所述蒸汽作为间接供热介质干化污泥；其中
在所述步骤S6中还排放尾气，所述步骤S3中利用所述尾气进行所述活化工艺。
示例性地，所述步骤S3中还利用所述步骤S5中的所述蒸汽进行所述活化工艺。
示例性地，在所述步骤S5中还包括在所述高温烟气换热后对所述高温烟气进行净化处理。
示例性地，还包括步骤S7：焚烧所述干化污泥。
根据本发明的活性炭制备协同污泥干化的装置和方法，利用活性炭生产过程中的多余热量干化污泥，将污泥进行减量化、稳定化的同时实现了热能的高效、综合利用。同时将污泥干化产生的尾气通入活化炉，可替代部分活化气体，减少活化气体的用量，而污泥干化尾气中挥发性有机气体及臭气经活化炉分解与二燃室燃烧后，其中的有害物质减少，解决了污泥干化废气排放所带来的大气污染问题。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1为根据本发明的一个实施例的一种活性炭制备协同污泥干化的装置的结构框图；
图2为根据本发明的一个实施例的一种活性炭制备协同污泥干化的方法的流程图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述，以说明本发明活性炭制备协同污泥干化的装置。显然，本发明的施行并不限于污水处理领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的元件，因而将省略对它们的描述。
实施例一
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种活性炭制备协同污泥干化的装置，包括：
炭化炉，用以对生物质原料进行炭化以生成炭化料和炭化气；
活化炉，用以对所述炭化料进行活化以生成活性炭和活化气；
二燃室，用以燃烧所述炭化气和所述活化气以生成高温烟气；
余热锅炉，用以使所述高温烟气在其中与水进行换热形成蒸汽；以及
污泥干燥机，用以利用所述蒸汽作为间接供热介质对污泥进行干燥，以获得干化污泥；其中，
所述污泥干燥机在对污泥进行干燥的过程中排出尾气，所述活化炉利用所述尾气对所述炭化料进行活化。
下面参考图1对本发明的活性炭制备协同污泥干化的装置进行示意性说明，其中图1为根据本发明的一个实施例的一种活性炭制备协同污泥干化的装置的结构框图。
如图1所示，活性炭制备协同污泥干化的装置包括碳化炉1、活化炉2、二燃室3、余热锅炉4以及污泥干燥机5。
炭化炉1用以将含碳原料隔绝空气干馏得到炭化产物，制得活性炭半成品，即炭化料。含碳原料可分为两大类：植物类和矿物类。植物类有木材、锯屑、椰壳等；矿物类有煤、石油加工产品的等。植物类原料资源丰富，制得的活性炭品质较高，因此，利用各种工农业废弃物制备活性炭得到了广泛重视。
本发明中，采用生物质原料进行活性炭的制备，生物质原料包括生物质垃圾，其一方面可以直接通过焚烧炉焚烧，另一方面可以通过本发明的活性炭制备的资源利用系统制备成焚烧炉，有效提升了生物质垃圾的处理效率，同时利用生物质垃圾制备活性炭，增加了生物质垃圾的利用率，节省了资源。
活化炉2，用以对上述炭化炉1炭化后的炭化料进行活化，以制备活性炭。示例性地，活化炉将炭化料在800～1000℃的高温下与活化气体接触，进行活化反应制得活性炭。
二燃室3，二燃室3与炭化炉1和活化炉2相连，上述炭化炉1对生物质原料进行炭化的过程中产生的炭化气(焦油和可燃气)以及活化炉2对炭化料进行活化的过程中产生的活化气等可燃气输入所述二燃室3进行燃烧，燃烧后产生高温烟气。这一过程使得活性炭生产过程中的炭化气和活化气得到有效处理，避免了其对环境的污染，实现了资源无害化处理。
余热锅炉4将二燃室3燃烧上述活化炉和炭化炉制备活性炭过程中生成的气体产生的高温烟气与水进行换热，产生蒸汽。
污泥干燥机5利用余热锅炉4产生的蒸汽作为间接供热介质对污泥进行干燥，获得干化污泥。同时，污泥干燥机对污泥进行干燥的过程中产生尾气，活化炉2利用尾气对炭化料进行活化。由于污泥干燥机利用蒸汽作为间接供热介质，其中，湿污泥在干燥的过程中不与蒸汽接触，湿污泥在干燥后产生含有大量水汽与空气的尾气，将这些尾气通入活化炉，可替代部分活化气体(一般为水蒸气与空气)，减少活化水气体用量，减少生产成本，而蒸汽在干燥的过程中冷凝形成冷凝水可以得到回收，减少资源浪费。同时污泥干燥尾气通过活化炉活化后，其中的臭气经活化炉高温分解，未分解的部分还能与活化气一气进入二燃室进行进一步燃烧，从而使有害物质大大减少，减少污泥干化过程对环境的污染。
根据本发明，利用活性炭生产过程中的多余热量对干化污泥，将污泥进行减量化、稳定化，实现热能的高效、综合利用。
示例性地，如图1所示，所述余热锅炉4还与活化炉2相连，所述活化炉2还利用余热锅炉4产生的蒸汽对炭化料进行活化。根据本发明的装置，活化炉采用水蒸气对炭化料进行活化，高温下水蒸气与炭化料发生反应，使炭化料中无序炭部分氧化刻蚀成孔，在炭化料内部形成发达的微孔结构，从而生产出比表面积巨大、孔隙发达的活性炭产品。这一过程中，一方面使活性炭制备过程中产生的气体燃烧后的能量得到充分利用，节约了资源和能源，避免了环境污染；同时，另一方面，采用水蒸气进行炭化料的活化，提高了制备的活性炭的品质。同时，根据本发明活化炉2对炭化料进行活化的过程所需要的催化气体均来自于本装置，大大减少了活性炭制备的成本。
示例性地，如图1所示，余热锅炉4中的蒸汽输入污泥干燥机4干燥污泥后冷凝形成冷凝水，其中，冷凝水进一步回收至余热锅炉实现水的循环利用。
示例性地，所述污泥干燥机包括圆盘式干燥机、空心桨叶式干燥机。
圆盘式干燥机主体由一个圆筒形的外壳和一组中心贯穿的圆盘组成。圆盘组是中空的，作为热介质的蒸汽从中空结构中流过，把热量传输给污泥。污泥在圆盘与外壳之间通过，接收圆盘传递的热，蒸发水分。污泥水分蒸发形成的水蒸气聚集在圆盘上方的穹顶里，被少量的通风带出干化机。圆盘干燥机一方面通过圆盘提供给污泥足够大的换热面积，另一方面缓慢转动，其上的小推进器推动污泥想指定的方向流动并起到很好的搅拌作用。
空心桨叶式干燥机是一种传导加热的低转速搅拌型干燥机。在干燥器简体上设置夹套，空心轴上设置空心桨叶，在其中通入热载体，湿物料在搅拌桨叶的搅动下简体及桨叶热表面进行充分热交换，以达到干燥的目的。具有结构紧凑，传热面积大，占地面积小，干燥时用气量小，粉尘少桨叶相互作用具有自净功能物料停留时间长，填充系数高等优点。
示例性地，如图1所示，根据本发明的活性炭制备协同污泥干化的装置还包括烟气净化系统6，二燃室3燃烧活化气和炭化气候产生的高温烟气通过余热锅炉4换热后输入烟气净化系统6进行净化处理，以最终得到可排放的气体，有效避免了环境污染。同时，根据本发明，污泥干化与活性炭制备共用一套烟气净化系统，减少设备投资与占地面积。
示例性地，所述烟气净化系统6利用上述炭化炉1和活化炉2制备的活性炭净化气体。制备的活性炭可以用于生物质焚烧发电中产生的烟气的进化处理也可用于售卖。
示例性地，如图1所示，根据本发明的活性炭制备协同污泥干化的装置还包括污泥供给装置7和焚烧炉8，污泥供给装置7向所述污泥干燥机5持续供给湿污泥，湿污泥在污泥干燥机5内干燥后形成的干化污泥直接输送到焚烧炉8进行进一步的焚烧处理，焚烧污泥产生的热量可以用于发电等，实现污泥的最终无害化、资源化利用。
实施例二
本发明还提供了一种活性炭制备协同污泥干化的方法，包括：
步骤S1：获取生物质原料；
步骤S2：对所述生物质原料执行炭化工艺，以获得炭化料并排放炭化气；
步骤S3：对所述炭化料执行活化工艺，以获得活性炭并排放活化气；
步骤S4：燃烧所述炭化气和所述活化气以获得高温烟气；
步骤S5：将所述高温烟气与水进行换热获得蒸汽；
步骤S6：利用所述蒸汽作为间接供热介质干化污泥；其中，在所述步骤S6中还排放尾气，所述步骤S3中利用所述尾气进行所述活化工艺。
下面参看图2对根据本发明的一种活性炭制备协同污泥干化的方法进行示例性说明，其中图2为根据本发明的一个实施例的活性炭制备协同污泥干化的方法的流程图。
示例性地，在实施例一种所述的活性炭制备协同污泥干化的装置中执行本发明的方法。
首先，参看图2，执行步骤S1：获取生物质原料。
示例性地，所述生物质原料包括木材、锯屑、椰壳等各种工农业废弃物；本发明中，采用生物质原料进行活性炭的制备，生物质原料包括生物质垃圾，其一方面可以直接通过焚烧炉焚烧，另一方面可以通过本发明的活性炭制备的资源利用系统制备成焚烧炉，有效提升了生物质垃圾的处理效率，同时利用生物质垃圾制备活性炭，增加了生物质垃圾的利用率，节省了资源。
根据本发明的一个示例，在步骤S1中包括对所述生物质原料进行破碎并筛分出不同尺寸的所述生物质原料的步骤。生物质垃圾之后产生的炉渣往往具有不同的尺寸，其中，尺寸较小的炉渣往往难以经过活性炭制备的资源利用系统制备的高品质的活性炭。为此，在将生物质原料输入炭化炉进行炭化之前对所述生物质原料进行破碎并筛分出不同尺寸的生物质原料，使具有较大尺寸的生物质原料制备成活性炭，较小尺寸的生物质原料直接输入焚烧炉进行焚烧，使生物质原料得到充分处理的同时提升了所制备的活性炭的品质。
根据本发明的一个示例，在步骤S1中还包括对所述生物质原料进行烘干的步骤，生物质原料通常具有较高的含水率，在对生物质原料进行炭化之前烘干所述生物质原料，有效提升了生物质原料的炭化效率。
接着，继续参看图2，执行步骤S2：对所述生物质原料执行炭化工艺，以获得炭化料并排放炭化气。
根据本发明的一个示例，在步骤S2中将生物质原料隔绝空气干馏得到炭化产物，制得活性炭半成品，即炭化料。
其中，炭化气包括煤焦油等可燃气体。
接着，继续参看图2，执行步骤S3：对所述炭化料执行活化工艺，以获得活性炭并排放活化气。
示例性地，将炭化料在800～1000℃的高温下与作为活化气体的过热整体接触，进行活化反应制得活性炭。其中，活化气包括一氧化碳等可燃气体。
接着，继续参看图2，执行步骤S4：燃烧所述炭化气和所述活化气以获得高温烟气。
将活性炭制备过程中产生的气体(包括炭化气和活化气)进行燃烧，使得活性炭生产过程中的炭化气和活化气得到有效处理，避免了其对环境的污染，实现了资源无害化处理。
接着，继续参看图2，执行步骤S5：将所述高温烟气与水进行换热获得蒸汽。
本发明中，将活性炭制备过程中产生的气体(包括炭化气和活化气)进行燃烧后获得高温烟气与水进行换热，将换热后的蒸汽用于污泥的干燥，实现了活性炭生产过程产生的气体的热量的高效综合利用，最大限度的实现了生物质和污泥的无害化、资源化利用。
根据本发明的一个示例，换热后的蒸汽用于步骤S3中，活化工艺采用水蒸气对炭化料进行活化，高温下水蒸气与炭化料发生反应，使炭化料中无序炭部分氧化刻蚀成孔，在炭化料内部形成发达的微孔结构，从而生产出比表面积巨大、孔隙发达的活性炭产品。这一过程中，一方面使活性炭制备过程中产生的气体燃烧后的能量得到充分利用，节约了资源和能源，避免了环境污染；同时，另一方面，采用水蒸气进行炭化料的活化，提高了制备的活性炭的品质。
接着，继续参看图2，执行步骤S6：利用所述蒸汽作为间接供热介质干化污泥。
由于污泥干燥机利用蒸汽作为间接供热介质，其中，湿污泥在干燥的过程中不与蒸汽接触，湿污泥在干燥后产生含有大量水汽与空气的尾气，将这些尾气通入活化炉，可替代部分活化气体(一般为水蒸气与空气)，减少活化水气体用量，减少生产成本，而蒸汽在干燥的过程中冷凝形成冷凝水可以得到回收，减少资源浪费。同时污泥干燥尾气通过活化炉活化后，其中的臭气经活化炉高温分解，未分解的部分还能与活化气一气进入二燃室进行进一步燃烧，从而使有害物质大大减少，减少污泥干化过程对环境的污染。根据本发明，利用活性炭生产过程中的多余热量对干化污泥，将污泥进行减量化、稳定化，实现热能的高效、综合利用。
根据本发明的一个示例，在所述步骤S5中还包括在所述高温烟气换热后对所述高温烟气进行净化处理。高温烟气换热后进行净化处理最终得到可排放的气体，有效避免了环境污染，同时，根据本发明，可以将污泥干化与活性炭制备共用一套烟气净化系统，减少设备投资与占地面积。
在根据本发明的一个示例中，还包括焚烧干化污泥的步骤。干化污泥接输送到焚烧炉进行进一步的焚烧处理，焚烧污泥产生的热量可以用于发电等，实现污泥的最终无害化、资源化利用。
综上所述，根据本发明的活性炭制备协同污泥干化的装置和方法，利用活性炭生产过程中的多余热量干化污泥，将污泥进行减量化、稳定化，实现了热能的高效、综合利用。同时将污泥干化产生的尾气通入活化炉，可替代部分活化气体，减少活化气体的用量，而污泥干化尾气中挥发性有机气体及臭气经活化炉分解与二燃室燃烧后，其中的有害物质减少，解决了污泥干化废气排放所带来的大气污染问题。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (10)

1.一种活性炭制备协同污泥干化的装置，其特征在于，包括：
炭化炉，用以对生物质原料进行炭化以生成炭化料和炭化气；
活化炉，用以对所述炭化料进行活化以生成活性炭和活化气；
二燃室，用以燃烧所述炭化气和所述活化气以生成高温烟气；
余热锅炉，用以使所述高温烟气在其中与水进行换热形成蒸汽；以及
污泥干燥机，用以利用所述蒸汽作为间接供热介质对污泥进行干燥，以获得干化污泥；其中，
所述污泥干燥机在对污泥进行干燥的过程中排出尾气，所述活化炉利用所述尾气对所述炭化料进行活化。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述活化炉还利用所述蒸汽对所述炭化料进行活化。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述蒸汽在所述污泥干燥机中冷凝形成冷凝水，所述冷凝水回收至所述余热锅炉。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括与所述余热锅炉相连的烟气净化系统，所述高温烟气在所述余热锅炉中换热后输入所述烟气净化系统进行净化。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述污泥干燥机包括圆盘式干燥机和/或空心桨叶式干燥机。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括焚烧炉，用以焚烧所述干化污泥。
7.一种活性炭制备协同污泥干化的方法，其特征在于，包括：
步骤S1：获取生物质原料；
步骤S2：对所述生物质原料执行炭化工艺，以获得炭化料并排放炭化气；
步骤S3：对所述炭化料执行活化工艺，以获得活性炭并排放活化气；
步骤S4：燃烧所述炭化气和所述活化气以获得高温烟气；
步骤S5：将所述高温烟气与水进行换热获得蒸汽；
步骤S6：利用所述蒸汽作为间接供热介质干化污泥；其中
在所述步骤S6中还排放尾气，所述步骤S3中利用所述尾气进行所述活化工艺。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中还利用所述步骤S5中的所述蒸汽进行所述活化工艺。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述步骤S5中还包括在所述高温烟气换热后对所述高温烟气进行净化处理。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括步骤S7：焚烧所述干化污泥。
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