CN113800732A - 一种污泥热水解装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种污泥热水解装置及其控制方法，该装置包括依次管道连接的浆化反应器、水热反应器、闪蒸器，所述闪蒸器与所述浆化反应器管道连接。所述控制方法包括以下步骤：设定在第i个水热反应器2处于进料工序的时间段内，且第i+1个水热反应器2完成加热工序及保压工序；其中，若i＝N，则第i+1个水热反应器2为第1个水热反应器2。本发明解决了现有技术存在的热量利用效率低，热解效率低，换热器投资成本高，运行中易出现黏阻较大物料管壁结垢堵塞现象，维护成本高等问题。

Description

一种污泥热水解装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及污泥热水解改性技术领域，具体是一种污泥热水解装置及其控制方法。
背景技术
随着社会经济的发展和城镇的扩大化，市政污水处理厂产生大量含水的市政污泥。污泥中含有大量的有机物和病菌等，如果不做深度处理，会对环境造成严重污染。在市政污泥处理领域，热水解工艺作为市政污泥无害化、减量化、资源化的处理手段，在污泥处理上得到广泛应用。
污泥的热水解是指：在一定温度和压力条件下，在密闭的容器中对污泥进行加热，快速对病菌灭活，使得污泥絮体解体，细胞破裂，释放有机质，水解大分子。通过热水解处理，能够提高污泥的沉降性能、脱水性能和生物降解性能，从而能够有效提高后续厌氧消化的效率和品质。
现有的污泥热水解方法，主要有以下两种：
1、将先将污泥通入反应器，再将蒸汽通入反应器，同时使用搅拌机搅拌污泥，使污泥与蒸汽混合，蒸汽将污泥加热并使反应器内具有一定的压力，保证污泥在反应器内发生热水解反应,存在污泥加热不均匀，蒸汽消耗大的特点；
2、将污泥经污泥输送泵泵入污泥输送管道，污泥输送管道包括预热段、反应段和冷却段，在反应段，通过传热介质加热污泥输送管道的管壁，间接加热污泥输送管道内的污泥，使其在100～250摄氏度、0.5～3Mpa条件下发生热水解反应0.1～1小时(见申请号为201710601607.9的发明专利申请《污泥连续热处理改性装置及深度脱水干化焚烧工艺》)。由于污泥输送管道的内径相对于罐体的直径要小的多，污泥输送管道内部无法安装搅拌器，使得污泥在污泥输送管道的受热不均匀，而且污泥在污泥输送管道内容易出现内壁结垢，降低热传导效率。
现有的污泥热水解工艺污泥加热多采用蒸汽作为热源加热冷态污泥。污泥热水解后，高温污泥采用套管换热的方式降温冷却和热能的回收利用，热量利用效率低，热解效率低，换热器投资成本高，运行中易出现管壁结垢堵塞现象，维护成本高。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供了一种污泥热水解装置及其控制方法，解决现有技术存在的热量利用效率低，热解效率低，换热器投资成本高，运行中易出现管壁结垢堵塞现象，维护成本高等问题。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：
一种污泥热水解装置，包括依次管道连接的浆化反应器、水热反应器、闪蒸器，所述闪蒸器与所述浆化反应器管道连接。
本发明在水热反应器反应完成进行闪蒸卸料时，将闪蒸器产生的闪蒸汽回收用于水热反应器的预热；本发明采用闪蒸技术来给高温污泥降温，同时回收利用闪蒸蒸汽，用于污泥水热反应阶段的预热，减少了系统的蒸汽消耗量，提高了热量利用效率，避免了使用换热器的缺点；由于不采用换热器，投资成本大幅降低，而且便于维护，维护成本较低；由于采用了蒸汽逆向流的加热方式，有利于使得污泥在污泥输送管道中受热均匀，避免了污泥在污泥输送管道内出现内壁结垢，提高了热传导效率。
作为一种优选的技术方案，所述闪蒸器上设有闪蒸反应蒸汽出口，所述水热反应器上设有水热反应蒸汽进口，所述闪蒸反应蒸汽出口与所述水热反应蒸汽进口管道连接。
闪蒸器产生的闪蒸汽经闪蒸反应蒸汽出口进入水热反应蒸汽进口，便于进一步回收利用闪蒸蒸汽，用于污泥水热反应阶段的预热，减少了系统的蒸汽消耗量，提高了热量利用效率。
作为一种优选的技术方案，所述水热反应器的数量为N个，N个水热反应器依次管道连接，水热反应器的标号沿所述浆化反应器至所述闪蒸器的方向分别记为：1,2，…，i，…，N，第N个水热反应器与第个水热反应器管道连接；其中，N≥0且N为正整数，1≤i≤N且N为正整数。
这使得本发明的水热反应处理能力进一步提高，进一步提高了热水解效率；而且，便于设置冗余回路，减少装置故障发生的概率。
作为一种优选的技术方案，2≤N≤5。
水热反应器的数量过大或过小，均不便达到最佳的热水解效果。这样的设置既考虑到水热反应处理能力进一步提高，又兼顾了控制难度和占用空间。
作为一种优选的技术方案，还包括PLC，所述PLC与所述浆化反应器、所述水热反应器、所述闪蒸器分别电相连。
PLC有利于提高本发明的自动化程度，方便自动化操作和控制。
所述的一种污泥热水解装置的控制方法，所述水热反应器依次完成以下工序：进料、预热、加热、保温、卸料、卸压，所述控制方法包括以下步骤：
S1，设定在第i个水热反应器处于进料工序的时间段内，且第i+1个水热反应器完成加热工序及保压工序；其中，若i＝N，则第i+1个水热反应器为第个水热反应器。
当某一个水热反应器处于进料工序的时间段内，下一个水热反应器完成加热工序及保压工序；这便于节约时间，有利于热反应效率的进一步提高；而且便于实现连续进料、连续卸料的处理模式，能最大程度回收利用闪蒸的蒸汽，降低污泥热水解能耗，达到节能环保的目的。
作为一种优选的技术方案，所述控制方法还包括以下步骤：
S2，设定在第i个水热反应器处于预热工序的时间段内，第i+1个水热反应器完成卸料工序。
当某一个水热反应器处于预热工序的时间段内，下一个水热反应器完成卸料工序；这便于进一步节约时间，有利于热反应效率的进一步提高；而且进一步便于实现连续进料、连续卸料的处理模式，能最大程度回收利用闪蒸的蒸汽，降低污泥热水解能耗，达到节能环保的目的。
作为一种优选的技术方案，所述控制方法还包括以下步骤：
S3，设定在第i个水热反应器处于加热工序的时间段内，第i+1个水热反应器完成卸压工序及进料工序。
当某一个水热反应器处于加热工序的时间段内，下一个水热反应器完成卸压工序及进料工序；这便于进一步节约时间，有利于热反应效率的进一步提高；而且进一步便于实现连续进料、连续卸料的处理模式，能最大程度回收利用闪蒸的蒸汽，降低污泥热水解能耗，达到节能环保的目的。
作为一种优选的技术方案，所述控制方法还包括以下步骤：
S4，设定在第i个水热反应器处于保温工序的时间段内，第i+1个水热反应器完成预热工序及加热工序。
当某一个水热反应器处于保温工序的时间段内，下一个水热反应器完成预热工序及加热工序；这便于进一步节约时间，有利于热反应效率的进一步提高；而且进一步便于实现连续进料、连续卸料的处理模式，能最大程度回收利用闪蒸的蒸汽，降低污泥热水解能耗，达到节能环保的目的。
作为一种优选的技术方案，步骤S1至步骤S4的顺序可任意调整。这便于控制方法的灵活使用，便于根据工况适时调整步骤S1至步骤S4的顺序，使本发明适用于更广泛的运用场景。
本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：
(1)在水热反应器反应完成进行闪蒸卸料时，将闪蒸器产生的闪蒸汽回收用于水热反应器的预热；本发明采用闪蒸技术来给高温污泥降温，同时回收利用闪蒸蒸汽，用于污泥水热反应阶段的预热，减少了系统的蒸汽消耗量，提高了热量利用效率，避免了使用换热器的缺点；由于不采用换热器，投资成本大幅降低，而且便于维护，维护成本较低；由于采用了蒸汽逆向流的加热方式，有利于使得污泥在污泥输送管道中受热均匀，避免了污泥在污泥输送管道内出现内壁结垢，提高了热传导效率；
(2)水热反应处理能力进一步提高，进一步提高了热水解效率；而且，便于设置冗余回路，减少装置故障发生的概率；
(3)既考虑到水热反应处理能力进一步提高，又兼顾了控制难度和占用空间；
(4)PLC有利于提高本发明的自动化程度，方便自动化操作和控制；
(5)便于节约时间，有利于热反应效率的进一步提高；而且便于实现连续进料、连续卸料的处理模式，能最大程度回收利用闪蒸的蒸汽，降低污泥热水解能耗，达到节能环保的目的；
(6)便于控制方法的灵活使用，便于根据工况适时调整步骤S1至步骤S4的顺序，使本发明适用于更广泛的运用场景。
附图说明
图1为本发明所述污泥热水解装置的结构框图；
图2为本发明所述水热反应器的结构示意图；
图3为本发明所述闪蒸器的结构示意图；
图4为实施例3中所述污泥热水解装置的结构示意图；
图5为实施例3中各水热反应器的各工序的时序图。
附图中标记及相应的零部件名称：1、浆化反应器，2、水热反应器，3、闪蒸器，21、水热反应蒸汽进口，31、闪蒸反应蒸汽出口。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1至图5所示，一种污泥热水解装置，包括依次管道连接的浆化反应器1、水热反应器2、闪蒸器3，所述闪蒸器3与所述浆化反应器1管道连接。
本发明污泥热水解工艺采用分段加热方式，包括浆化反应器1的预热段、水热反应器2的反应段和闪蒸器3的降温冷却段。使用时，首先将污泥在浆化反应器1预热，(优选的，同时搅拌污泥，可采用搅拌机等进行搅拌)，预热后的具有良好的污泥流动性，经过泵送系统输送到污泥水热反应器2加热、保压，污泥性状得到改变，污泥经闪蒸降温后进入后端利用。
本发明在水热反应器2反应完成进行闪蒸卸料时，将闪蒸器3产生的闪蒸汽回收用于水热反应器2的预热；本发明采用闪蒸技术来给高温污泥降温，同时回收利用闪蒸蒸汽，用于污泥水热反应阶段的预热，减少了系统的蒸汽消耗量，提高了热量利用效率，避免了使用换热器的缺点；由于不采用换热器，投资成本大幅降低，而且便于维护，维护成本较低；由于采用了蒸汽逆向流的加热方式，有利于使得污泥在污泥输送管道中受热均匀，避免了污泥在污泥输送管道内出现内壁结垢，提高了热传导效率。
作为一种优选的技术方案，所述闪蒸器3上设有闪蒸反应蒸汽出口31，所述水热反应器2上设有水热反应蒸汽进口21，所述闪蒸反应蒸汽出口31与所述水热反应蒸汽进口21管道连接。
闪蒸器3产生的闪蒸汽经闪蒸反应蒸汽出口31进入水热反应蒸汽进口21，便于进一步回收利用闪蒸蒸汽，用于污泥水热反应阶段的预热，减少了系统的蒸汽消耗量，提高了热量利用效率。
作为一种优选的技术方案，所述水热反应器2的数量为N个，N个水热反应器2依次管道连接，水热反应器2的标号沿所述浆化反应器1至所述闪蒸器3的方向分别记为：1,2，…，i，…，N，第N个水热反应器2与第1个水热反应器2管道连接；其中，N≥0且N为正整数，1≤i≤N且N为正整数。
这使得本发明的水热反应处理能力进一步提高，进一步提高了热水解效率；而且，便于设置冗余回路，减少装置故障发生的概率。
作为一种优选的技术方案，2≤N≤5。
水热反应器2的数量过大或过小，均不便达到最佳的热水解效果。这样的设置既考虑到水热反应处理能力进一步提高，又兼顾了控制难度和占用空间。
作为一种优选的技术方案，还包括PLC，所述PLC与所述浆化反应器1、所述水热反应器2、所述闪蒸器3分别电相连。
PLC有利于提高本发明的自动化程度，方便自动化操作和控制。
优选的，所述水热反应器2上设有流量控制元件，所述流量控制元件与所述PLC电相连。
这便于实现污泥热水解装置的流量控制，从而更加自动化，更加方便监测和控制。
优选的，所述水热反应器2上设有温度控制元件，所述温度控制元件与所述PLC电相连。
这便于实现污泥热水解装置的温度控制，从而更加自动化，更加方便监测和控制。
优选的，所述水热反应器2上设有压力控制元件，所述压力控制元件与所述PLC电相连。
这便于实现污泥热水解装置的压力控制，从而更加自动化，更加方便监测和控制。
优选的，所述水热反应器2上设有液位控制元件，所述液位控制元件与所述PLC电相连。
这便于实现污泥热水解装置的液位控制，从而更加自动化，更加方便监测和控制。
优选的，所述水热反应器2包裹有保温层。
这便于进一步降低热量损失，从而进一步提高热水解效率。
实施例2
如图1至图5所示，作为实施例1的进一步优化，本实施例包含了实施例1的全部技术特征，除此之外，本实施例还包括以下技术特征：
所述的一种污泥热水解装置的控制方法，所述水热反应器2依次完成以下工序：进料、预热、加热、保温、卸料、卸压，所述控制方法包括以下步骤：
S1，设定在第i个水热反应器2处于进料工序的时间段内，且第i+1个水热反应器2完成加热工序及保压工序；其中，若i＝N，则第i+1个水热反应器2为第1个水热反应器2。
当某一个水热反应器2处于进料工序的时间段内，下一个水热反应器2完成加热工序及保压工序；这便于节约时间，有利于热反应效率的进一步提高；而且便于实现连续进料、连续卸料的处理模式，能最大程度回收利用闪蒸的蒸汽，降低污泥热水解能耗，达到节能环保的目的。
作为一种优选的技术方案，所述控制方法还包括以下步骤：
S2，设定在第i个水热反应器2处于预热工序的时间段内，第i+1个水热反应器2完成卸料工序。
当某一个水热反应器2处于预热工序的时间段内，下一个水热反应器2完成卸料工序；这便于进一步节约时间，有利于热反应效率的进一步提高；而且进一步便于实现连续进料、连续卸料的处理模式，能最大程度回收利用闪蒸的蒸汽，降低污泥热水解能耗，达到节能环保的目的。
作为一种优选的技术方案，所述控制方法还包括以下步骤：
S3，设定在第i个水热反应器2处于加热工序的时间段内，第i+1个水热反应器2完成卸压工序及进料工序。
当某一个水热反应器2处于加热工序的时间段内，下一个水热反应器2完成卸压工序及进料工序；这便于进一步节约时间，有利于热反应效率的进一步提高；而且进一步便于实现连续进料、连续卸料的处理模式，能最大程度回收利用闪蒸的蒸汽，降低污泥热水解能耗，达到节能环保的目的。
作为一种优选的技术方案，所述控制方法还包括以下步骤：
S4，设定在第i个水热反应器2处于保温工序的时间段内，第i+1个水热反应器2完成预热工序及加热工序。
当某一个水热反应器2处于保温工序的时间段内，下一个水热反应器2完成预热工序及加热工序；这便于进一步节约时间，有利于热反应效率的进一步提高；而且进一步便于实现连续进料、连续卸料的处理模式，能最大程度回收利用闪蒸的蒸汽，降低污泥热水解能耗，达到节能环保的目的。
作为一种优选的技术方案，步骤S1至步骤S4的顺序可任意调整。
这便于控制方法的灵活使用，便于根据工况适时调整步骤S1至步骤S4的顺序，使本发明适用于更广泛的运用场景。
实施例3
如图1至图5所示，本实施例在实施例1、实施例2的基础上，提供更细化的实施方式。
本发明的目的是提供一种污泥热水解装置及其控制方法，尤其是针对目前国内市政污泥产量在50t/d-200t/d的中、小型城市市政污水处理厂，提供一种市政污泥无害化、减量化、资源化的处理方法。该装置及控制方法能够实现市政污泥连续进料、连续卸料的处理模式，能最大程度回收利用闪蒸的蒸汽，降低污泥热水解能耗，达到节能环保的目的。
本发明提供一种污泥热水解处理装置，包括泵送系统通过管道依次连接的污泥浆化反应器1、4个水热反应器2及3个闪蒸器3，所述浆化反应器1开设有污泥进料口及卸料口、蒸汽进口及安全泄压口；所述水热反应器2设有污泥进料口及卸料口、水热反应蒸汽进口21及安全泄压口；所述闪蒸器3设有污泥进料口、闪蒸反应蒸汽出口31及安全泄压口。污泥处理装置采用污泥、蒸汽逆向流的加热方式，还用以对各反应器监测并调节反应器内压力的控制组件以及检测、反馈并调节反应器内各种介质工作。
设每个水热反应器2完成所有工序的工作时间为T小时，水热反应器2各工序及各工序控制节拍分别为：进料-t1；预热-t2；加热-t3；保压-t4；卸料-t5；卸压-t6，t1+t2+t3+t4+t5+t6＝T。
作为本发明的进一步改进，所述闪蒸器3回收利用蒸汽直接给水热反应器中污泥加热，所述闪蒸蒸汽给4个水热反应器2加热的管路共管，连接至水热反应器2的水热反应蒸汽进口21，进气管路上设有自动控制动调节阀和单向止回阀。
作为本发明的明显特征，闪蒸蒸汽管路共管使用。
作为本发明的进一步改进，所述水热反应器2的输送管路上均安装有安全控制阀。
作为本发明的进一步改进，污泥浆化反应器1、水热反应器2均设计有旁路系统，便于污泥及时排出。
作为本发明的进一步改进，污泥浆化反应器1、水热反应器2的外表面至少部分包覆设置有保温层。
本发明还提供一种污泥热水解装置的控制方法，该控制方法的核心是4个水热反应器2工作节拍的耦合控制，所述控制方法包括(以下描述中，1#水热反应器～4#水热反应器分别指第1个～第4个水热反应器2,图4中出于位置显示及尺寸的考虑，简写为1#反应器～4#反应器)：
浆化反应器进料的同时，污泥预热同步完成；
控制打开螺杆泵，通过流量控制组件完成1#水热反应器的进料；此时，2#水热反应器处于保压状态；3#水热反应器处于保压状态；4#水热反应器处于加热状态；
控制打开2#水热反应器卸料口，污泥进入闪蒸器开始闪蒸，闪蒸蒸汽开始加热1#水热反应器中的污泥，闪蒸完成的同时，1#水热反应器中的污泥完成加预热；
控制打开蒸汽锅炉的自动控制阀，加热1#水热反应器中污泥；在污泥完成加热的时间内，2#水热反应器完成以下工序：控制打开2#水热反应器卸压阀卸；然后打开进料泵，2#水热反应器完成进料后关闭进料泵；
控制关闭蒸汽锅炉自动控制动阀，1#水热反应器进入保温工序；
控制打开3#水热反应器卸料口，污泥进入闪蒸器开始闪蒸，闪蒸蒸汽开始加热2#水热反应器中的污泥，闪蒸完成的同时，2#水热反应器中的污泥完成加热；
控制打开蒸汽锅炉的自动控制阀，加热2#水热反应器中污泥；在污泥完成加热的时间内，3#水热反应器完成以下工序：控制打开3#水热反应器卸压阀卸；然后打开进料泵，3#水热反应器完成进料后关闭进料泵；
控制关闭蒸汽锅炉自动控制动阀，2#水热反应器进入保温工序；
控制打开4#水热反应器卸料口，污泥进入闪蒸器开始闪蒸，闪蒸蒸汽开始加热3#水热反应器中的污泥，闪蒸完成的同时，3#水热反应器中的污泥完成加热；
控制打开蒸汽锅炉自动控制动阀，加热3#水热反应器；同时控制打开4#水热反应器卸压阀卸；然后打开进料泵，4#水热反应器完成进料后关闭进料泵；
控制关闭蒸汽锅炉自动控制动阀，3#水热反应器进入保温工序；
控制打开1#水热反应器卸料口，污泥进入闪蒸器开始闪蒸，闪蒸蒸汽开始加热4#水热反应器中的污泥，闪蒸完成的同时，4#水热反应器中的污泥完成加热；
控制打开蒸汽锅炉的自动控制阀，加热4#水热反应器中污泥；在污泥完成加热的时间内，1#水热反应器完成以下工序：控制打开1#水热反应器卸压阀卸；然后打开进料泵，1#水热反应器完成进料后关闭进料泵；
至此，完成污泥热水解循环工序控制。
采用本发明，污泥热水解能耗降低，高效闪蒸蒸汽的连续回收利用的一体化控制方法，通过控制各反应器的工作节拍，解决污泥热水解各反应器控制问题，在满足闪蒸蒸汽共管的工况下，达到节能降耗的目的。
本发明通过控制各反应器的工作节拍，解决了污泥热水解各水热反应器、闪蒸器进料、卸料、闪蒸等工步的有序控制问题；同时在满足闪蒸蒸汽共管回收利用的工况下，达到节能降耗的目的。
如上所述，可较好地实现本发明。
本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种污泥热水解装置，其特征在于，包括依次管道连接的浆化反应器(1)、水热反应器(2)、闪蒸器(3)，所述闪蒸器(3)与所述浆化反应器(1)管道连接。
2.根据权利要求1所述的一种污泥热水解装置，其特征在于，所述闪蒸器(3)上设有闪蒸反应蒸汽出口(31)，所述水热反应器(2)上设有水热反应蒸汽进口(21)，所述闪蒸反应蒸汽出口(31)与所述水热反应蒸汽进口(21)管道连接。
3.根据权利要求2所述的一种污泥热水解装置，其特征在于，所述水热反应器(2)的数量为N个，N个水热反应器(2)依次管道连接，水热反应器(2)的标号沿所述浆化反应器(1)至所述闪蒸器(3)的方向分别记为：1,2，…，i，…，N，第N个水热反应器(2)与第1个水热反应器(2)管道连接；其中，N≥0且N为正整数，1≤i≤N且N为正整数。
4.根据权利要求3所述的一种污泥热水解装置，其特征在于，2≤N≤5。
5.根据权利要求4所述的一种污泥热水解装置，其特征在于，还包括PLC，所述PLC与所述浆化反应器(1)、所述水热反应器(2)、所述闪蒸器(3)分别电相连。
6.权利要求3至5任一项所述的一种污泥热水解装置的控制方法，所述水热反应器(2)依次完成以下工序：进料、预热、加热、保温、卸料、卸压，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：
S1，设定在第i个水热反应器(2)处于进料工序的时间段内，且第i+1个水热反应器(2)完成加热工序及保压工序；其中，若i＝N，则第i+1个水热反应器(2)为第1个水热反应器(2)。
7.权利要求6所述的一种污泥热水解装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括以下步骤：
S2，设定在第i个水热反应器(2)处于预热工序的时间段内，第i+1个水热反应器(2)完成卸料工序。
8.权利要求7所述的一种污泥热水解装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括以下步骤：
S3，设定在第i个水热反应器(2)处于加热工序的时间段内，第i+1个水热反应器(2)完成卸压工序及进料工序。
9.权利要求8所述的一种污泥热水解装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括以下步骤：
S4，设定在第i个水热反应器(2)处于保温工序的时间段内，第i+1个水热反应器(2)完成预热工序及加热工序。
10.权利要求9所述的一种污泥热水解装置的控制方法，其特征在于，步骤S1至步骤S4的顺序可任意调整。
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