CN112745136B - 一种基于生物质微米燃料的外热式轻质污泥陶粒烧制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于环保和建筑材料技术领域，公开了一种基于生物质微米燃料的外热式轻质污泥陶粒烧制方法，至少包括燃料输送单元，陶粒烧制单元、热风分流利用单元、污泥陶粒煅烧系统和自动控制单元。通过本发明，污水厂污泥可以一种低成本低耗能的形式进行陶粒生产，实现了固体废物的无害化、减量化和资源化处理。本发明节省前期污水厂污泥的干燥时间，降低能耗；本发明以生物质微米燃料为高温热源，彻底替代煤和天然气等化石能源，清洁环保可持续的基础上解决陶粒烧制过程中能耗高的问题。

Description

一种基于生物质微米燃料的外热式轻质污泥陶粒烧制方法

技术领域

本发明属于环保和建筑材料技术领域，尤其涉及一种基于生物质微米燃料的外热式轻质污泥陶粒烧制方法。

背景技术

目前，陶粒作为一种轻骨料，以其质轻、多孔、耐酸碱和保温等特性被广泛应用于环保和建筑领域。我国的陶粒目前多以粘土陶粒为主，而粘土主要来源于农村耕地，长此以往，不符合可持续发展战略。随着城市人口的增加和工业的发展，城市污泥量与日俱增。据统计，城市污水厂污泥年排放量约为8亿吨，且呈上升趋势。而目前以临时填埋和焚烧为主流的污泥处置方式，不仅不利于资源的合理利用，还会造成环境的二次污染。所以采用污水厂污泥为陶粒烧制的主要原料，不仅可以减少污泥的处理成本，同时特别符合我国固废处理的无害化、减量化和资源化政策。然而，目前我国利用污水厂污泥为陶粒烧制主要原料的技术和工艺在实际的大工业应用中较少。

限制以污水厂污泥为主要原料制备陶粒的技术和工艺应用主要原因有两点：

一是污水厂污泥含水率高，干式加入法成本高。目前国内利用污水厂污泥为主要原料的陶粒烧制技术多采用干法加入，将未脱水的污水厂污泥完全干燥后研磨成粉，然后与其他添加剂混合均匀。采用干法加入制备陶粒，前处理时间长，能量消耗大，投入与产出比太高，不能实现能源利用的经济效益。

二是陶粒烧制能耗高。目前传统的陶粒烧制主要采用回转窑或者程序升温炉，回转窑可应用于陶粒的大规模生产，但是回转窑多以煤或燃气为燃料，煤成本较高且属于不可再生资源，工艺末端为实现尾气的达标排放还需设置尾气净化设施，工艺路线较长，导致成本较高。程序升温炉具有操作简单和成本低的优点，但是仅适用于小规模的陶粒生产，难以在大规模应用中得到应用推广，所以可行性较差。

所以合理调配污泥含水率并在污泥烧制工艺中寻找高温高效清洁可再生热源形式是我国污泥制陶粒的切实可行的途径。

申请号为CN201520329970.6的发明专利公开了一种以生物质谷粉和天然气为热源的陶粒烧制方法。陶粒燃烧室内设置有谷粉枪和天然气枪，采用生物质与天然气混用提供热能的方式，保证了陶粒烧制工艺所需的温度。但是此种热源形式中仍有天然气的加入，且为陶粒烧制过程中的温度保障，虽然此工艺环保无污染，但是陶瓷烧制成本较高，若应用于大规模陶瓷生产投资与产出比例高。

申请号为201520964858.X的发明专利公开了一种煤气综合利用烧结陶粒生产装置，此装置以煤气为热源，完成了陶粒生产的原料处理、热源供应、成品生产和废气处理等生产环节的热能需求^[7]。此系统包括煤气发生系统、添加料预制系统、添加料烘干尾气处理系统和陶粒生产系统。将产生的热能进行综合利用，且配置有尾气处理系统，虽然达到了能源综合利用和环保要求，但是整体工艺路线过于复杂，若应用于大中型企业则投入成本过高。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

目前以污泥为主要原料制备陶粒技术设备在实际应用中，污水厂污泥含水率高，干式加入法成本高，陶粒烧制能耗高。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于生物质微米燃料的外热式轻质污泥陶粒烧制系统。

本发明是这样实现的，一种基于生物质微米燃料的外热式轻质污泥陶粒烧制方法，所述基于生物质微米燃料的外热式轻质污泥陶粒烧制方法包括：

步骤一，生物质微米燃料储存在燃料输送单元Ⅰ的料斗中，随搅动叶片的不断转动，使生物质微米燃料均匀的到达料斗底部的出料管中，出料管内部含有出料螺杆，出料螺杆随减速风机匀速转动，生物质微米燃料在出料螺杆的带动下被均匀带出，经连接管道进入到切向进料管道中；

步骤二，然后在送料风机作用下将生物质微米燃料经点火装置吹入陶粒烧制单元Ⅱ中的外加热腔体夹层中；

步骤三，将污水厂污泥与粉煤灰、生物质粉末添加料和少量粘土按照比例进行掺混，搅拌均匀后造粒，将完成造粒的陶粒批量放入污泥陶粒干燥系统Ⅲ中的密封腔体中；

步骤四，当陶粒烧制腔体中的温度高于1200℃时，在温度传感器的作用下将引流风机打开，将陶粒烧制单元Ⅱ中的外加热腔体夹层中多余的热量输送到污泥陶粒干燥系统Ⅲ中的密封腔体中对内部的湿基陶粒进行干燥；

步骤五，将经过污泥陶粒干燥系统Ⅲ的陶粒置于陶粒烧制单元Ⅱ中的陶粒烧制腔体中，生物质微米燃料在送料风机的作用下经过点火装置被点燃；

步骤六，然后进入到外加热腔体夹层中，通过螺旋进料系统，外加热腔体夹层被均匀加热，热能透过耐火砖层被传递到陶粒烧制腔体中，陶粒烧制腔体被均匀加热；

步骤七，然后在引流风机的作用下将陶粒烧制单元Ⅱ中的外加热腔体夹层中的多余热量引入密封腔体中，使陶粒烧制腔体内部温度加速冷却，进行下一阶段的污泥烧制。

进一步，所述步骤二切向进料管道采用不锈钢管；

所述步骤三，将含水率为60％的污水厂污泥与粉煤灰、生物质粉末添加料和少量粘土按照5:2:1:2的比例进行掺混。

所述步骤四，当密封腔体的温度低于100℃而陶粒烧制单元Ⅱ中的外加热腔体夹层中无多余热量时，温度传感器触发独立加热装置，加热装置开启，使密封腔体内的温度维持在100℃，烘干5h。

所述步骤六中，当待烧制的湿基陶粒置于陶粒烧制腔体中进行烧制时，入口温度为300-350℃，升温至1050-1200℃后保持10min的高温烧制时间。

所述步骤七，点火装置采用碳化硅点火棒；切向进料管道和热风引流管道采用不锈钢材料。

本发明另一目的在于提供一种基于生物质微米燃料的外热式轻质污泥陶粒烧制单装置至少包括燃料输送单元，陶粒烧制单元、热风分流利用单元、污泥陶粒干燥系统和自动控制单元。

所述的燃料输送单元包括生物质微米燃料料斗、出料螺杆、出料管和送料风机。

所述的生物质微米燃料料斗包括料斗、搅动叶片和减速电机，料斗优选密封料斗，料斗内部设置叶片搅动装置，外部设置减速电机，在减速电机的带动下，内部叶片在减速电机的带动下低速转动，带动料斗内的生物质微米燃料翻转、搅拌，促进物料下料均匀。

所述的出料螺杆位于料斗底部，同样与料斗装置中的减速电机连接，出料螺杆通过传动链条与减速电机相连，螺杆随减速电机转动，促使生物质微米燃料出料均匀。

出料管为中空不锈钢管，其内径大小略大于出料螺杆的外径。

送料风机与陶粒烧制单元通过管道连接，管道中间与出料螺杆相通，由出料螺杆带出的生物质微米燃料会源源不断的掉落到送料风机与陶粒烧制单元的连接管道中，送料风机将出料螺杆带出的生物质微米燃料均匀的送入陶粒烧制单元。

进一步，所述的陶粒烧制单元包括生物质微米燃料点火装置、切向进料管道、外加热腔体夹层和陶粒烧制腔体。

所述的生物质微米燃料点火装置，优选碳化硅干粉点火棒，在生物质微米燃料输送之前，要保证碳化硅点火棒至少30s的预热时间，促进生物质微米燃料的顺利点火；

所述的切向进料管道，优选316不锈钢管，耐热性能好，将管道布置在圆柱形陶粒烧制腔体的一端，且垂直于管道与以圆柱形腔体接触点为端点的直径，保证生物质微米燃料的切向进料，且管道与进料端腔体的横截面呈45度角，保证生物质微米燃料进入后路径呈螺旋状一直延伸至腔体另一端；

所述的外加热腔体夹层为圆柱体，外层材质使用316不锈钢，内层为耐火砖，腔体夹层可保证进入夹层的微米燃料的热能均匀传送；

所述的陶粒烧制腔体在外加热腔体夹层的内部，其外层材料即为外加热腔体的内层耐火砖，促进内部腔体的污泥陶粒受热均匀；

将湿基陶粒送入陶粒烧制腔体内，保证入口温度为300-350℃，升至1050- 1200℃后维持10min的高温烧制时间；

高温烧制10min后，进入冷却阶段，将制得的轻质污泥陶粒冷却至室温。

进一步，所述的热风分流利用单元包括热风传送管道和引流风机。

所述的热风传送管道优选316不锈钢，与陶粒烧制单元连接，连接位置位于生物质微米燃料切向进料管所连接腔体的另外一个横截面，管道安装位置与切向进料管对角并相相对方向延伸，热风传送管道的另一端与污泥陶粒干燥系统连接，促进热风顺利进入污泥陶粒干燥系统；

所述的引流风机安装在热风传送管道的中间位置，与前所述的陶粒烧制单元中的外加热腔体夹层中的温度传感器相连，当外加热腔体夹层中的温度高于1 200℃时，引流风机自动开启，将陶粒烧制单元中的外加热腔体夹层中多余的热量输送至污泥陶粒干燥系统。

进一步，所述的污泥陶粒干燥系统包括密封腔体、温度传感器和独立电加热装置。

所述的密封腔体为待干燥的污泥陶粒提供场所；

所述的温度传感器与独立电加热装置连接，时刻监控密封腔体内的温度，当腔体温度低于100℃时，会自动将独立电加热装置打开；

进一步，所述的独立电加热装置为腔体的温度补充系统，当腔体内温度低于100℃时，会通过温度传感器自动打开，对腔体内温度进行补充。

所述的自动控制单元包括陶粒烧制单元中热能控制单元、热风分流利用单元、污泥陶粒干燥系统中温度检测仪表和自控阀门等，根据系统工况要求，自动控制热风的输送，污泥陶粒干燥系统中独立电加热装置的温度开关维持整个系统的正常工作并减轻工作强度。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：

本发明提供的设备在陶粒的烧制采用半干式加入法应用中，节省前期污水厂污泥的干燥时间，降低能耗；

本发明提供的设备以生物质微米燃料为高温热源，彻底替代煤和天然气等化石能源，在清洁环保可持续的基础上解决了陶粒烧制过程中能耗高的问题；

本发明提供的设备在应用中，微米燃料高温高效燃烧产生的热量高，远高于陶粒烧制所需温度，将微米燃料高温燃烧产生的全部热量分为两部分，一部分用于污水厂污泥的陶粒烧制，一部分以工业热风的形式为前期污泥脱水提供热能，可最大程度的节约能耗；

本发明提供的设备在应用中采用外热式加热方式，可保证陶粒烧制过程中物料的均匀受热，避免局部温度过高而造成的物料烧结问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的基于生物质微米燃料的外热式轻质污泥陶粒烧制方法流程图。

图2是本发明实施例提供的基于生物质微米燃料的外热式轻质污泥陶粒烧制系统示意图。

图中：101、料斗；102、搅动叶片；103、出料螺杆；104、出料管；105、送料风机；106、减速电机；201、切向进料管道；202、点火装置；203、耐火砖层；204、外加热腔体夹层；205、陶粒烧制腔体；301、热风引流管道； 302、密封腔体；303、温度传感器及独立电加热装置；304、引流风机；Ⅰ、燃料输送单元；Ⅱ、陶粒烧制单元；Ⅲ、污泥陶粒干燥系统。

图3是本发明实施例提供的轻质污泥陶粒内部孔径结构电镜图片。

图4是本发明实施例提供的轻质污泥陶粒内部孔径结构电镜图片。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于生物质微米燃料的外热式轻质污泥陶粒烧制系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。

本发明实施例提供的基于生物质微米燃料的外热式轻质污泥陶粒烧制方法包括：

针对陶粒制备干式加入法成本高的问题，采用半干加入的方法，即：将未脱水的污水厂污泥置于污泥陶粒干燥系统中100℃干燥至含水量<60％，之后与粉煤灰、生物质粉末添加料和少量粘土掺混均匀。采用半干式加入法，将60％含水量的污泥与其他添加料混合后即可进行陶粒烧结。解决了因污水厂污泥含水率高而导致的前处理周期长和能源消耗量大的问题，为污水厂污泥制备陶粒的规模化生产铺平了道路。

其次，针对陶粒烧制过程中热能消耗高的问题，本发明创新性地使用生物质微米燃料为外加热热源，结合外热式生物质微米燃料燃烧炉，彻底替代陶粒烧制过程中煤和天然气等化石能源形式，降低陶粒烧制过程中的能耗。另外本发明具有另一优势：由于微米燃料燃烧炉中微米燃料的燃烧温度可达1450℃，而陶粒烧制工艺中的烧结温度为1150-1200℃，远远低于微米燃料的高温燃烧温度，鉴于此，可将微米燃料高温燃烧产生的全部热量分为两部分，一部分用于污水厂污泥的陶粒烧制，一部分以工业热风的形式为前期污泥脱水提供热能。从而最大程度的为陶粒烧制工艺节约能耗，为污水厂污泥的规模化生产提供可行方案。

本发明克服现有技术的不足，本发明提供的设备在采用半干式加入法运行中，将含水率60％的污水厂污泥直接与粉煤灰、生物质粉末添加料和少量粘土掺混，减短前处理时间的同时节约了能耗；采用生物质微米燃料为高温热源，替代煤和天然气等化石能源，节约环保的基础上降低了能耗；将生物质微米燃料高温高效燃烧所产生的总热量分为两部分，一部分供给陶粒烧制所需能量，多余的热量以工业热风的形式干燥污水厂含水污泥，达到能源的综合利用和合理调配。

具体地，如图1所示，本发明实施例提供的基于生物质微米燃料的外热式轻质污泥陶粒烧制方法包括：

S101，生物质微米燃料储存在燃料输送单元Ⅰ的料斗101中，随搅动叶片1 02的不断转动，使生物质微米燃料均匀的到达料斗101底部的出料管104中，出料管104内部含有出料螺杆103，出料螺杆103随减速风机106匀速转动，生物质微米燃料在出料螺杆103的带动下被均匀带出，经连接管道进入到切向进料管道201中。

S102，然后在送料风机105作用下将生物质微米燃料经点火装置202吹入陶粒烧制单元Ⅱ中的外加热腔体夹层204中。切向进料管道201优选316不锈钢管，因点燃后的生物质微米燃料急速放热，燃烧温度较高。

S103，将含水率为60％的污水厂污泥与粉煤灰、生物质粉末添加料和少量粘土按照5:2:1:2的比例进行掺混，搅拌均匀后造粒，将完成造粒的陶粒批量放入污泥陶粒干燥系统Ⅲ中的密封腔体302中。

S104，当陶粒烧制腔体205中的温度高于1200℃时，在温度传感器303的作用下将引流风机304打开，将陶粒烧制单元Ⅱ中的外加热腔体夹层204中多余的热量输送到污泥陶粒干燥系统Ⅲ中的密封腔体302中对内部的湿基陶粒进行干燥，维持密封腔体302的温度为100℃，但当密封腔体302的温度低于100℃而陶粒烧制单元Ⅱ中的外加热腔体夹层204中无多余热量时，温度传感器303 将会触发独立加热装置305，加热装置开启，最终使密封腔体302内的温度维持在100℃，烘干5h。

S105，将经过污泥陶粒干燥系统Ⅲ的陶粒置于陶粒烧制单元Ⅱ中的陶粒烧制腔体205中，生物质微米燃料在送料风机105的作用下经过点火装置202被点燃。

S106，然后进入到外加热腔体夹层204中，通过螺旋进料系统，外加热腔体夹层204被均匀加热，热能透过耐火砖层203被传递到陶粒烧制腔体205中，陶粒烧制腔体被均匀加热，当待烧制的湿基陶粒置于陶粒烧制腔体205中进行烧制时，需保证入口温度为300-350℃，升温至1050-1200℃后保持10min的高温烧制时间。

S107，然后在引流风机304的作用下将陶粒烧制单元Ⅱ中的外加热腔体夹层204中的多余热量引入密封腔体302中，使陶粒烧制腔体205内部温度加速冷却，便于进行下一阶段的污泥烧制。点火装置202优选碳化硅点火棒，碳化硅点火棒具有耐干烧、升温速率高的特性，适用于对生物质微米燃料的点燃。切向进料管道201和热风引流管道301由于需要耐受较高的温度，所以优选31 6不锈钢材料。

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步描述。

实施例

如图2所示，本发明提供一种基于生物质微米燃料的外热式轻质污泥陶粒烧制单元，所述外热式轻质污泥陶粒烧制单元至少包括燃料输送单元，陶粒烧制单元、热风分流利用单元、污泥陶粒干燥系统和自动控制单元。

所述的燃料输送单元包括生物质微米燃料料斗、出料螺杆、出料管和送料风机。

优选地，所述的生物质微米燃料料斗包括料斗、搅动叶片和减速电机，料斗优选密封料斗，料斗内部这只叶片搅动装置，外部设置减速电机，在减速电机的带动下，内部叶片在减速电机的带动下低速转动，带动料斗内的生物质微米燃料翻转、搅拌，促进物料下料均匀。

优选地，所述的出料螺杆位于料斗底部，同样与料斗装置中的减速电机连接，出料螺杆通过传动链条与减速电机相连，螺杆随减速电机一起转动，促使生物质微米燃料出料均匀。

优选地，出料管为中空不锈钢管，其内径大小略大于出料螺杆的外径。

优选地，送料风机与陶粒烧制单元通过管道连接，管道中间与出料螺杆相通，由出料螺杆带出的生物质微米燃料会源源不断的掉落到送料风机与陶粒烧制单元的连接管道中，送料风机将出料螺杆带出的生物质微米燃料均匀的送入陶粒烧制单元。

所述的陶粒烧制单元包括生物质微米燃料点火装置、切向进料管道、外加热腔体夹层和陶粒烧制腔体。

优选地，所述的生物质微米燃料点火装置，优选碳化硅干粉点火棒，在生物质微米燃料输送之前，要保证碳化硅点火棒至少30s的预热时间，促进生物质微米燃料的顺利点火；

优选地，所述的切向进料管道，优选316不锈钢管，耐热性能好，将管道布置在圆柱形陶粒烧制腔体的一端，且垂直于管道与以圆柱形腔体接触点为端点的直径，保证生物质微米燃料的切向进料，且管道与进料端腔体的横截面成4 5度角，保证生物质微米燃料进入后路径呈螺旋状一直延伸至腔体另一端；

优选地，所述的外加热腔体夹层为圆柱体，外层材质使用316不锈钢，内层为耐火砖，腔体夹层可保证进入夹层的微米燃料的热能均匀传送；

更优选地，所述的陶粒烧制腔体在外加热腔体夹层的内部，其外层材料即为外加热腔体的内层耐火砖，促进内部腔体的污泥陶粒受热均匀；

更优选地，将湿基陶粒送入陶粒烧制腔体内，保证入口温度为300-350℃，升至1050-1200℃后维持10min的高温烧制时间；

更优选地，高温烧制10min后，进入冷却阶段，将制得的轻质污泥陶粒冷却至室温。

所述的热风分流利用单元包括热风传送管道和引流风机。

优选地，所述的热风传送管道优选316不锈钢，与陶粒烧制单元连接，连接位置位于生物质微米燃料切向进料管所连接腔体的另外一个横截面，管道安装位置与切向进料管对角并相相对方向延伸，热风传送管道的另一端与污泥陶粒干燥系统连接，促进热风顺利进入污泥陶粒干燥系统；

优选地，所述的引流风机安装在热风传送管道的中间位置，与前所述的陶粒烧制单元中的外加热腔体夹层中的温度传感器相连，当外加热腔体夹层中的温度高于1200℃时，引流风机自动开启，将陶粒烧制单元中的外加热腔体夹层中多余的热量输送至污泥陶粒干燥系统。

所述的污泥陶粒干燥系统包括密封腔体、温度传感器和独立电加热装置。

优选地，所述的密封腔体为待干燥的污泥陶粒提供场所；

优选地，所述的温度传感器与独立电加热装置连接，时刻监控密封腔体内的温度，当腔体温度低于100℃时，会自动将独立电加热装置打开；

优选地，所述的独立电加热装置为腔体的温度补充系统，当腔体内温度低于100℃时，会通过温度传感器自动打开，对腔体内温度进行补充。

所述的自动控制单元包括陶粒烧制单元中热能控制单元、热风分流利用单元、污泥陶粒干燥系统中温度检测仪表和自控阀门等，根据系统工况要求，自动控制热风的输送、污泥陶粒干燥系统中独立电加热装置的温度开关，维持整个系统的正常工作并减轻工作强度。

优选地，本发明中，污水厂活性污泥中水的存在形式包括空隙水、表面吸附水和内部结合水。其中孔隙水中的游离水约为70％，可以通过重力沉降而分离，表面吸附水和内部结合水不易脱除。所以在陶粒烧制过程中若采用污泥的干法加入则需要将污水厂污泥中水分全部脱除，前处理长且能耗巨大。本发明采用污泥的半干法加入，含水率60％的污水厂污泥可直接与粉煤灰、生物质粉末添加料和少量粘土掺混，从而解决了陶粒烧制前处理时间长和能耗高的问题。

本发明中，由于生物质微米燃料内部为多孔结构，将生物质燃料破碎至微米级后，孔结构暴露完全，空气可完全渗透其中，形成物理带氧燃料，将传统的生物质层燃慢速燃烧转化为微米燃料的单相快速燃烧，传热传质速度快，可将热能迅速释放，形成生物质微米燃料具有高温高效燃烧特性，燃烧温度高达1 450℃，解决了传统生物质燃料热值低不能应用于陶瓷烧制等大工业生产的难题。

本发明中，陶瓷烧制单元中的进料系统采用切向进料，被点燃的生物质微米燃料进入炉膛后贴近炉壁，随炉壁的圆形弧度旋转，增长了物料在炉内的停留时间，且便于热能的传输。

通过上述方案，本发明中，以生物质微米燃料为外热式热源，利用生物质微米燃料高温高效燃烧的原理，实现了污泥陶粒烧制过程中的热能供应，降低了陶粒烧制的能耗；

运行半干式污泥加入法时，无需将污水厂污泥脱水干燥完全，可直接将含水率为60％的污泥与粉煤灰、生物质粉末添加料和少量粘土掺混造粒，节约了前期处理时间和能耗；

所采用的切向进料系统，增加了燃烧物料在炉体内的停留时间，加快了物料的热释放和传热传质效率，实现了外热式腔体内的温度的均一，避免了传统陶粒烧制过程中局部温度过高而出现的陶粒烧结现象；

采用了热风分流利用系统，将生物质微米燃料高温高效燃烧所产生的总热量分为两部分，一部分供给陶粒烧制所需能量，多余的热量以工业热风的形式干燥污水厂含水污泥，达到能源的合理调配。

本发明提供基于生物质微米燃料的外热式轻质污泥陶粒烧制单元，外热式轻质污泥陶粒烧制单元Ⅰ为燃料输送单元Ⅱ陶粒烧制单元Ⅲ和热风分流单元，通过本发明，污水厂污泥可以一种低成本低耗能的形式进行陶粒生产，实现了固体废物的无害化、减量化和资源化处理。

下面结合具体实施结果对本发明积极效果作进一步描述。

1、烧结温度为1000℃，烧结时间为10min时：

(1)污泥陶粒内部孔径结构，如图3轻质污泥陶粒内部孔径结构电镜图片。

(2)污泥陶粒物理性质

表1轻质污泥陶粒的基本物理性能

2、烧结温度为1200℃，烧结时间为10min时：

(1)污泥陶粒内部孔径结构，如图4轻质污泥陶粒内部孔径结构电镜图片。

表2轻质污泥陶粒的基本物理性能

其中，轻质污泥陶粒的原料配比为：污水厂污泥:粉煤灰:生物质粉末:粘土＝5:2:1:2的比例进行掺混。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于生物质微米燃料的外热式轻质污泥陶粒烧制方法，其特征在于，所述基于生物质微米燃料的外热式轻质污泥陶粒烧制方法包括：

步骤一，生物质微米燃料储存在燃料输送单元Ⅰ的料斗中，随搅动叶片的不断转动，使生物质微米燃料均匀的到达料斗底部的出料管中，出料管内部含有出料螺杆，出料螺杆随减速风机匀速转动，生物质微米燃料在出料螺杆的带动下被均匀带出，经连接管道进入到切向进料管道中；

步骤二，然后在送料风机作用下将生物质微米燃料经点火装置吹入陶粒烧制单元Ⅱ中的外加热腔体夹层中；

步骤三，将污水厂污泥与粉煤灰、生物质粉末添加料和少量粘土按照比例进行掺混，搅拌均匀后造粒，将完成造粒的陶粒批量放入污泥陶粒干燥系统Ⅲ中的密封腔体中；

步骤四，当陶粒烧制腔体中的温度高于1200℃时，在温度传感器的作用下将引流风机打开，将陶粒烧制单元Ⅱ中的外加热腔体夹层中多余的热量输送到污泥陶粒干燥系统Ⅲ中的密封腔体中对内部的湿基陶粒进行干燥；

步骤五，将经过污泥陶粒干燥系统Ⅲ的陶粒置于陶粒烧制单元Ⅱ中的陶粒烧制腔体中，生物质微米燃料在送料风机的作用下经过点火装置被点燃；

步骤六，经点燃的生物质微米燃料进入到外加热腔体夹层中，通过螺旋进料系统，外加热腔体夹层被均匀加热，热能透过耐火砖层被传递到陶粒烧制腔体中，陶粒烧制腔体被均匀加热；

步骤七，然后在引流风机的作用下将陶粒烧制单元Ⅱ中的外加热腔体夹层中的多余热量引入密封腔体中，使陶粒烧制腔体内部温度加速冷却，进行下一阶段的污泥烧制。

2.如权利要求1所述的基于生物质微米燃料的外热式轻质污泥陶粒烧制方法，其特征在于，所述步骤一切向进料管道采用不锈钢管；

所述步骤三，将含水率为60%的污水厂污泥与粉煤灰、生物质粉末添加料和少量粘土按照5:2:1:2的比例进行掺混。

3.如权利要求1所述的基于生物质微米燃料的外热式轻质污泥陶粒烧制方法，其特征在于，所述步骤四，当密封腔体的温度低于100℃而陶粒烧制单元Ⅱ中的外加热腔体夹层中无多余热量时，温度传感器触发独立加热装置，加热装置开启，使密封腔体内的温度维持在100℃，烘干5 h。

4.如权利要求1所述的基于生物质微米燃料的外热式轻质污泥陶粒烧制方法，其特征在于，所述步骤六中，当待烧制的干燥陶粒置于陶粒烧制腔体中进行烧制时，入口温度为300-350℃，升温至1050-1200℃后保持10 min的高温烧制时间。

5.如权利要求1所述的基于生物质微米燃料的外热式轻质污泥陶粒烧制方法，其特征在于，所述步骤五，点火装置采用碳化硅点火棒；切向进料管道采用不锈钢材料。

6.一种应用于权利要求1~5任意一项所述基于生物质微米燃料的外热式轻质污泥陶粒烧制方法外热式轻质污泥陶粒烧制系统，其特征在于，所述外热式轻质污泥陶粒烧制系统包括：

燃料输送单元，包括生物质微米燃料料斗、出料螺杆、出料管和送料风机；所述送料风机将出料螺杆带出的生物质微米燃料均匀的送入陶粒烧制单元；

陶粒烧制单元，包括生物质微米燃料点火装置、切向进料管道、外加热腔体夹层和陶粒烧制腔体；

热风分流利用单元，包括热风传送管道和引流风机；

热风传送管道与陶粒烧制单元连接，连接位置位于生物质微米燃料切向进料管所连接腔体的另外一个横截面，热风传送管道安装位置与切向进料管对角并向相对方向延伸，热风传送管道的另一端与污泥陶粒干燥系统连接，促进热风顺利进入污泥陶粒干燥系统；

污泥陶粒干燥系统，包括密封腔体、温度传感器和独立电加热装置；

自动控制单元，包括陶粒烧制单元中热能控制单元、热风分流利用单元、污泥陶粒干燥系统中温度检测仪表和自控阀门；根据系统工况要求，自动控制热风的输送、污泥陶粒干燥系统中独立电加热装置的温度开关；

所述的生物质微米燃料料斗包括料斗、搅动叶片和减速电机，料斗为密封料斗，料斗内部设置叶片搅动装置，外部设置减速电机，在减速电机的带动下，内部叶片在减速电机的带动下低速转动，带动料斗内的生物质微米燃料翻转、搅拌，促进物料下料均匀；

所述的出料螺杆位于料斗底部，同样与料斗装置中的减速电机连接，出料螺杆通过传动链条与减速电机相连，螺杆随减速电机转动，促使生物质微米燃料出料均匀；

所述出料管为中空不锈钢管，内径大于出料螺杆的外径；

送料风机与陶粒烧制单元通过管道连接，管道中间与出料螺杆相通，由出料螺杆带出的生物质微米燃料会源源不断的掉落到送料风机与陶粒烧制单元的连接管道中；

所述的生物质微米燃料点火装置为碳化硅干粉点火棒；

所述的切向进料管道保持水平位置，布置在圆柱形陶粒烧制腔体的一端，与水平放置的圆柱形腔体垂直于地面的端面直径相垂直，用于生物质微米燃料的切向进料，且管道与进料端腔体的横截面呈45度角，用于生物质微米燃料进入后路径呈螺旋状一直延伸至腔体另一端。

7.如权利要求6所述的外热式轻质污泥陶粒烧制系统，其特征在于，所述的外加热腔体夹层为圆柱体，外层为不锈钢层，内层为耐火砖层；

所述的陶粒烧制腔体为耐火砖层包裹的圆柱形腔体。

8.如权利要求6所述的外热式轻质污泥陶粒烧制系统，其特征在于，

所述的引流风机安装在热风传送管道的中间位置，与前所述的陶粒烧制单元中的外加热腔体夹层中的温度传感器相连，所述引流风机将陶粒烧制单元中的外加热腔体夹层中多余的热量输送至污泥陶粒干燥系统。

9.如权利要求6所述的外热式轻质污泥陶粒烧制系统，其特征在于，所述的温度传感器与独立电加热装置连接，用于监控密封腔体内的温度。

10.如权利要求6所述的外热式轻质污泥陶粒烧制系统，其特征在于，所制得的陶粒的内部为多孔结构。

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