CN1216519A - 污泥处理和输送系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于处理和输送含水污泥到燃烧器中的系统,从而降低与燃烧操作过程如水泥制造有关的污染物排放量。该系统含有燃烧装置;用于接受要燃烧的污泥的第一接受装置;用于将污泥由第一接受装置输送到污泥导管的装置;用于将污泥由污泥导管在某个可以有效地降低由污泥燃烧产生的污染物排放量的位置导入到燃烧装置中的装置。

Description

污泥处理和输送系统
本申请是于1994年3月16日递交的申请系列08/213718(现在是1996年12月24日发出的美国专利US5586510)的部分继续申请。
本发明涉及用于处理含水污泥并将其送入到燃烧器中的系统，从而将与燃烧操作如水泥生产过程有关的污染性排出物降低。本发明还涉及通过将污泥导入燃烧操作过程中而对生物污泥，例如由废水处理工厂产生的污泥进行处理。
氮的氧化物是燃烧过程释放出的一种主要污染物，并且已经知道有多种燃烧过程会产生含有过分高的NOx的废气。在每一种燃烧过程中，燃烧器处的高温会使某些氮的氧化物固定下来。在废气中发现这些化合物主要是氧化氮(NO)，少量的二氧化氮(NO2)和微量的其它氧化物，如N2O。由于氧化氮(NO)会在常温下在空气中继续氧化成二氧化氮(NO2)，因而无法准确地预测在给定时间时废气中各种气体的含量。因此，测定样品中氧化氮(NO)+二氧化氮(NO2)和N2O的总量并且将它们称为“氮的氧化物(NOx)”。
产生氯化氢(HCl)是燃烧过程的另一副作用。在与空气中的水接触时，氯化氢会形成盐酸，它会与NOx一样造成酸雨问题。水泥的生产过程是一个相当复杂的工艺，它包括采矿和将原料研磨，然后将原料直接送到窑中，或者先将原料送入热交换器(一般为预热器或预煅烧器)中，然后再将原料排放到窑中并烧结产生“熟料”。然后再将熟料研磨并包装作为水泥出售。这种现有的工艺示意性地示于图1中。
水泥窑操作属于已知的产生大量不希望要的NOx和HCl的燃烧过程。NOx排出量可以通过将一种还原剂如氨导入燃烧混合物中而得到降低。
就目前可以采取的技术而言，降低HCl排放量需要采用湿洗涤器。湿洗涤器增加了燃烧过程的复杂性，并且大大增加了燃烧操作过程的成本。
人们已经尝试了对窑操作的各种改进，以降低污染物的排放量并且利用燃烧过程来焚烧不需要的废物。更一步地说，人们已经将废水处理工厂的污泥(sludge)(即生物污泥)用作水泥窑操作过程的加入料，该方法除去了污泥。
举例来说，Yamane等人(美国专利5217624,1993年6月8日颁发)描述了一种将废物处理污泥加入到水泥窑中并且将在该污泥处理过程中产生的气体加入到窑中的方法，以降低废气中的NOx含量。Yamane等人更具体地描述了一种将污泥与生石灰混合产生熟石灰和泥污泥的方法。将该混合物脱水，释放出包含氨在内的气体。将余下的固体导入到水泥窑中，在水泥窑中石灰和无机物质变成水泥的原料，而有机物质变成水泥燃烧的燃料。在脱水过程中产生的气体中的灰层和水蒸汽分别通过过滤和蒸馏来除去，使得含有氨的气体导入到窑中。含有氨的气体有助于降低NOx排出量。
Lafser,Jr等人(US4921538,1990年5月1日授权)公开了一种将污染的泥水和矿物质在水泥熟料制造过程中循环再利用的方法。将被污染的物质与无机物在水中混合，从而形成一种适合生产波特兰水泥的原料料浆，然后将其加入到水泥窑中。
Wuntz(美国专利4306978,1981年12月22日授权)涉及一种使废含水污泥石灰稳定的方法。将污泥脱水，以产生含有10％-60％固体的污泥焦炭，然后将其与氧化钙混合，产生稳定的污泥颗粒。
Steinbiss等人(US4640681,1987年2月3日授权)涉及一种用于除去低热量有害废料，如弃物的方法和装置。在该废料中，所考虑的是“家庭废料、农业废料和工业废料”。
Enkegaard(US4984983,1991年1月15日授权)涉及一种用于同时烧结固体浆料、油污或污泥形式的有害有机废料的方法和装置，它是将该废料直接导入工业旋转窑的燃烧区中并且并将该废料在该区中与水泥窑或轻量集料一起烧结。特别是，在将气体喷入窑中之前将废物气化。该气化过程可以在常规的气化器，如用于煤气化器中完成。
Mozes等人(US5058514,1991年10月27日授权)描述了一种用于同时控制发电厂燃料气体中二氧化硫和NO排放量的方法。在所说的方法中，将石灰石的水浆和含氮前体如尿素在900-1350℃的温度下喷入窑中。
与前面的技术有些相似的是，Amrhein等人(US5176088,1993年1月5日授权)公开了将氨喷入温度为1600-2000华氏度的窑区域中以降低NOx。
因此，在本领域中需要降低在燃烧过程，如水泥窑操作过程中产生的污染物排放量。特别是需要降低NOx的排放量。
在本领域中还需要降低在燃烧过程，特别是水泥窑操作过程中产生的HCl排放量。
本领域中的另一个需要是提供一种用于处理含水污泥并将其送入燃烧器(通常地是带有预烧成器的水泥窑)中的安全、廉价和有效的系统。
本领域中还需要利用和除去泥污泥。
本领域中的这些和其它一些要求如下所说通过本发明来描述。
本发明涉及一种用于处理含水污泥并将其送入燃烧器中的系统，从而使由该污泥燃烧过程产生的污染性排放物降低。该系统的操作过程已详细描述于先前申请S.N.08/213718中，该申请作为参考而全部引入本文。这种方法包括将含水污泥(潮湿)在燃烧过程中导入燃烧混合物中，以降低不需要的污染物，特别是NOx和HCl的排放量。本发明是将含水污泥颗粒以一定的量并在燃烧操作过程中一定的位置导入燃烧操作过程中，以有效地降低该燃烧过程所产生的出口烟道气体中的NOx和在某些情况下的HCl排放量。优选地，将可以使NOx和HCl排放量有效达到最佳降低的数量的污泥在发生最多污染物如NOx和HCl排放量降低的位置到燃烧操作过程中。一般说来，最佳的导入燃烧操作过程的位置是在温度为约1500-1800华氏度的出口烟道气体中。在将污泥导入由窑和预煅烧器组成的燃烧操作过程，如水泥窑操作过程中的特定情况下，污泥在位于将窑出口烟道气体和烧结器烟道气体的混合的预煅烧器燃烧区下游的某一点导入。
可以通过将含水污泥在加压下利用雾化空气经过具有适当尺寸的孔而形成污泥颗粒，从而将足够量的污泥导入以有效地降低NOx排放量。在测定污泥的最佳导入量以后，可以改变雾化器设计和雾化器压力，特别是空气压力，以产生最佳的颗粒尺寸。最佳的颗粒尺寸可以通过改进的窑性能以及增加的污染物排放量的降低，或者窑操作所需的其它性能参数而反映出来。污泥颗粒一般不超过约25毫米，但这一点可以随着污泥的来源和水份含量而变化，并且这不是关键。
正如在先前的申请SN08/213718中所说，将含水污泥在温度约为1500-1800华氏度的燃烧过程中的每一点导入，优选地该温度约为1700华氏度。通常导入到燃烧过程中的污泥含有足够量的水份，从而很容易以颗粒形式输送并导入燃烧过程如窑中。优选地水份含量不能太高，因为这将会降低所产生的蒸汽量以及废气的体积。一般，该污泥由最高达约80-85重量％的水组成，并且不能包括低于约65-70重量％的水。优选地，该污泥由约70-80重量％水组成。污泥中最佳的水浓度可以通过机械脱水操作如离心和带压来达到，典型地可以通过卫生区来产生和处理。这些脱水操作不能明显影响湿污泥的氨含量。
如果送到燃烧操作位置的污泥处于适当的水分范围以外，本发明可以减少或增加水含量。举例来说，如果污泥的水分含量太高，可以通过机械脱水或蒸发来部分降低水含量，尽管在降低水量以后仍要保留充分的水量以泵送污泥并导入窑中。如果水量太低，可以将水加入到污泥中。由于干燥较费钱，因此不太可能提供太干的污泥。
在母专利申请SN 08/213718中所说的方法提供导入最大量的包含在污泥中的氨。存在于污泥中大多数氨溶解在水相中。氨还由潮湿并在适当位置加入的污泥颗粒中释放出来。因此本发明在降低污染物排放方面具有极大的经济性和效率。
将含水污泥导入到燃烧操作中是明显有利的。污泥通常含有85％以上的水，根据现有技术，基本上全部的水在将其固体物质导入到水泥窑中之前需要从污泥中除去。机械脱水可以使水分含量达到约80％。但是除去水，特别是当需要进行干燥时会使污泥处理的成本和复杂性大大增加。
另一方面，本发明涉及燃烧操作设备，如窑，以及用来将污泥含水颗粒导入到燃烧操作设备中的装置。这种装置优选地包括用于产生具有适当尺寸的污泥颗粒如雾化系统。因此，用来将污泥含水颗粒导入到燃烧操作过程中的装置需要与常规燃烧操作如图1所示的现有的水泥窑不太有关的装置。这种燃烧操作设备还包括与燃烧操作如水泥生产有关的装置和机械。
本发明涉及一种用于操作和输送含水污泥到燃烧器的系统，从而将由该污泥的燃烧过程释放的污染物排放量降低。本发明的系统包括：
(a)燃烧装置；
(b)用于接受要燃烧的污泥的第一接受装置；
(c)用于将污泥由所述第一接受装置输送到污泥导管的装置；
(d)用于从污泥导管接受污泥的第二接受装置；
(e)用于将污泥由第二接受装置在某个可以有效地降低由污泥在燃烧装置中燃烧产生的污染物排放量的位置导入到燃烧装置中的装置；
优选地，本发明的系统的燃烧装置包括含有烟道气体出口的水泥窑。较为合适的是，含有烟道气体出口的预煅烧器与该窑一起工作。
优选地，用于将污泥导入燃烧装置中的装置位于预煅烧器烟道气体出口中，处在预煅烧器燃烧区的下游，并且是在窑烟道气体出口与预煅烧器烟道出口气体相混合的位置。优选地，用于将污泥导入到燃烧装置中的装置包括一种雾化系统，其位置在污泥导入的位置处。优选地，用于将污泥导入到燃烧装置中的装置还包括与雾化系统流体相连的泵送装置，用于将污泥输送到雾化系统中。当用于将污泥导入到燃烧装置中的装置还包括用于将水导入到污泥中的装置时，可以获得更好的效果，这样可以用水润滑污泥，从而减小在污泥导管中的摩擦性。
典型地，用于接受要燃烧的含水污泥的第一接受装置至少包括一个容量为0.5-100吨的污泥仓。用于将污泥由第一接受装置输送到污泥导管中的装置可以是一个或多个螺旋送料器，它们优选地与合适的泵送装置如水力活塞泵流体相通。
用于接受污泥导管的污泥的第二接受装置优选地至少包括一个容量为约1-100立方英尺的污泥吊装振动仓(slinger surge bin hopper)。优选地，该污泥吊装振动仓通过至少一个螺旋送料装置而与污泥吊装器流体相连，这些螺旋送料装置与料仓出口和污泥吊装器进口相通。污泥吊装器的出口优选地通过至少一个用于将污泥注入预煅烧器中的喷嘴与燃烧装置的预煅烧器进口流体相连。
下面将参照附图和所附的说明对本发明作进一步描述。
图1是典型的现有的水泥生产操作过程的示意图，从采矿和破碎原料、研磨和送入到水泥熟料生产窑中一直到熟料运输、研磨和成品的运输。
图2是预煅烧器和水泥窑的示意图。优选的用于将本发明的含水污泥导入的位置用箭头表示。
图3是用于导入污泥的水泥窑位置的示意图，它应处于混合室中。该图示意性地表示了在导入污泥以后影响NOx排放的情况。更具体地说，在该图中可以看出影响NOx产生的NH3与N挥发物之间的理论反应。
图4表示在导入到窑中以后污泥氮的减少情况。图4中的步骤与图3中的步骤相关。
图5表示导入到窑中的污泥颗粒中释放NH3的示意图。
图6是在导入到水泥窑中预煅烧器中后污泥颗粒的状态图。水平移动沿y矢量方向进行；垂直移动沿x矢量方向进行。x方向上的移动是颗粒尺寸的函数，而在y方向上的移动是喷射速度的函数。颗粒的干燥在喷入到窑中后发生。
图7是与在水泥窑出口气体中减少NOx排放量有关的参数示意图。
图8是用于本发明的污泥处理和送料系统的示意图。
图9是优选的本发明的污泥处理和送料系统的示意图。
本发明的主要目的在于提供一种有效的高效的用于处理含水污泥并将其在燃烧操作处理液流中的某一点加入到燃烧器中的系统，在该位置可以有效地使燃烧操作出口气体中的污染物含量降低。更具体地说，本发明涉及用于降低窑，特别是水泥窑中NOx和HCl产生量的系统。
用于本文中时，术语“窑”通常是指在材料制备或能量产生过程中用于燃烧操作或处理的燃烧操作设备。因此，在本申请中，除非另有说明，术语“窑”是指任何一种这样的燃烧操作设备。
优选地该燃烧操作过程包括一种窑。在具体实施方案中，本发明将含水污泥导入用于波特兰水泥熟料生产过程中所用的水泥窑中。可以明白的是该波特兰水泥是一种由多个水泥生产商制造的水硬水泥。除了用于水泥生产的窑之外，本发明还包括将污泥导入石灰、砖块、矿物和纸张等生产过程中所用的窑，特别是旋转窑中。术语“窑”还包括长干燥窑、带有锅炉的窑、预热窑、预煅烧窑、湿窑及其类似窑。本发明还可以进一步延伸但它不限于在金属制造、玻璃制造和能源产生，如燃烧煤以发电中的燃烧过程。
优选地，本发明用于涉及将含水污泥导入窑处理料流中的方法中，其中氨(NH3)与非氨氮的比例足以使NOx降低。虽然不想受到任何使NOx排放量降低的机理的特定理论的约束，可以认为在将含水污泥导入到燃烧操作过程中以后使NOx排放量降低涉及用NH3选择性还原。因此，该过程不需要使整个O2/燃料比率变成富含燃料(化学计量的空气)。另外某些NOx还原以及抵制N挥发物转化成NOx还可以由通过污泥燃烧而产生的局部还原区产生。在本文中所提出的选择性还原机理解释了为什么不需要大量的会导致高CO排放的污泥来使污染物排放量达到相同的降低水平。因此，本发明污泥的用量低于在采用干污泥作为燃料时通常所用的量。另外根据本发明，氨的释放伴随着干燥过程并且使导入至窑处理料流中的污泥释放出氮挥发物。
导入污泥可以导致导入不会与NOx起反应并且还原NOx的NH3。相反，该未反应的NH3“滑泥”(slip)会在烟气出口的下游与HCl起反应并且中和HCl从而形成NH4Cl盐，例如在约700华氏度或更低的温度下。在水泥窑操作过程中，该反应通常是在袋滤器上游或在袋滤器中进行。但是，大多数NH3会起反应以还原NOx，而不是作为滑泥逸出，后者将会导致形成卷流(plume)。
该污泥以颗粒导入到窑中，其中选择颗粒尺寸范围以满足颗粒输送、颗粒干燥时间和完成干燥、使氨释放和最终使污泥燃烧所需的颗粒渗透的需要。颗粒尺寸优选地是由对燃烧操作过程的影响而确定的操作参数。颗粒尺寸可以随雾化器类型和雾化空气压力而变化，同时保持将导入的污泥量。
在确定最佳的污泥导入速度、污泥的颗粒尺寸和其它用于设计本发明的窑的因素时应考虑下列因素。窑的尺寸、类型、燃料消耗量和操作温度是非常重要的。在无污泥时窑出口和预煅烧器气体出口处的氧气、NOx、CO和HCl的浓度也较重要。另外关键的是在导入位置如混合室或者预煅烧器(如果存在的话)中的气体温度。在设计本发明的系统时另一个关键因素是污泥中氨、非氨氮、水分量和BTU的含量。如果这些因素确定了，就可以确定污泥的喷入速度，从而在窑气体出口处形成足以使潜在的NOx降低量达到30％左右的条件(即NH3/NOx摩尔比约为0.3)。污泥喷入速度优选地还可以根据提供少量NH3滑泥以与氯化氢反应并将其中和以形成氯化铵盐，同时避免形成卷流而确定。
以干重为基础计算，大约5000-10000磅/小时的喷入速度(相当于大约10-20吨/小时湿重，其中水含量为约75％)预计可以在具有表1中所示参数的的水泥窑中使NOx降低约15-30％。更高的喷入速度可以导致更高的NOx降低水平。
表1
窑参数
    参数 单位 窑气体出口 预煅烧器气体出口     烟道
    烟道气体  DSCFM     40000     103000     178000
 WACFM     208000     446000     298000
磅/小时湿重     201000     544000     879000
    CO 体积％干重     17     29     17
    O2 体积％干重     2     2     10
    N2 体积％干重     81     69     73
    H2O 体积％     6.9     5.7     3.4
    NOx ppmvd实际     1150     610     350
磅/小时     330     446     446
磅/MMBTU     1.65     1.06     1.06
磅/吨熟料     2.64     3.58     3.58
    气体温度 华氏度     1900-2100     1600-1700     -
    气体速度 英尺/秒     31     66     -
    气体长度 英尺     187     186     -
    气体停留时间 秒     6.1     2.8     -
    参数 单位     窑     预煅烧器     总量
    加料速度 TPH     -     -     186
    熟料速度 TPH     -     -     125
    耗煤量 TPH     7.99     7.35     15.34
    消耗的轮胎 TPH     -     1.28     1.28
    能源消耗 MMBTU/小时     200     222     422
窑出口气体中NOx降低的能力优选地大于约30％。确定此值的主要假设是在将污泥颗粒导入到窑中时与水一起释放的湿污泥中的氨含量以及在不存在污泥时基线NOx排放量。此外，可以认为通过适当选择喷入位置和前面所说的参数而使干污泥挥发氮转化成NOx的量达到最低。
用于本文时，下列术语具有下列涵义：
术语“污染物”是指具有有害或有毒性能的燃烧排放气体中的成分。本发明可以降低污染物的排放。更进一步地说，术语“污染物”是指可以在大气中反应形成酸并且有助于环境臭氧形成的化合物。在具体的方面，术语“污染物”是指NOx和HCl。
术语“含水污泥”通常是指悬浮或混合在水中的生物固体，如由废水处理厂产生的含水污泥。本发明的一个特别的优点在于通过利用它来制造水泥的高效、经济地处理污泥。但是本发明还可以利用除了污泥以外的含水有机固体或生物固体。
以基于氮的干重计算，该污泥含有约0.4-1.5％重量氨。非氨与氨氮的重量比约为1.5-12.0。污泥中另外的成分包括但不限于碳、氢、氧、硫和其它元素。污泥包含挥发性成分和在燃烧时会产生灰的固体。该污泥较好地还可以含有水，因而省去了现有的污泥燃烧方法所必需的脱水步骤。
通常，导入到燃烧操作过程中的污泥中的水含量约为65-70％重量，最高达约80-85％重量。优选地，水份含量为约70-80％重量。在特定的实施方案中，水份含量约为75％。如果水含量太高，水的蒸发将会整体变冷，这将对燃烧操作过程产生不利影响，或者会限制可能的污染物排放量的降低。如果水含量太低，将不可能将污泥颗粒导入到燃烧操作过程中。污泥样品的具体例子的参数示于表2中。
表2
参数 单位 最小值 平均值 最大值
C 重量％，干重     25     27.5     30
H 重量％，干重     4     4     4
O 重量％，干重     3     3     3
S 重量％，干重     2.5     2.75     3
总挥发物 重量％，干重     37.5     41.25     45
灰 重量％，干重     62.5     58.75     55
总N 重量％，干重     3.0     4.0     5.0
NH3 重量％，干重     0.9     1.2     1.5
非NH3N 重量％，干重     2.25     3.0     3.75
固体含量 ％固体     25     30     35
水含量 ％水分     75     70     65
BTU含量 磅/磅干固体     3.0     2.3     1.9
BTU/磅干固体     4500     5400     6300
BTU/磅挥发物     12000     13000     14000
污泥中的水含量仅在将污泥导入到燃烧操作过程中时是重要的。在大多数情况下，在导入到燃烧操作过程之前，无需另外对污泥进行处理。不管怎么说，对水含量可能会太高或太低的污泥进行水含量调节是有利的，虽然实际上不一定有可能。这是因为由于大量物质是水，具有高水含量的污泥运输费用较高。具有低水含量的污泥由于干燥需要干燥池用的空间和时间，故其费用较高。因此，生产太湿的用于本发明的污泥是没有刺激的。不管怎么说，本发明例如通过机械脱水(利用带压或离心)或蒸发可以使含有太多水份的污泥中的水分含量降低但不是除去，从而降低了在燃烧污泥时所产生的水蒸汽量。本发明还涉及将水加入到具有太低水含量的污泥中。
人们还认识到污泥本身也可以作燃料。也就是说污泥含有能量，还可以用BTU来表示。举例来说，污泥中每磅干固体的能量约为4500-6500BTU；污泥中存在的挥发份的能量约为12000。因此，将污泥导入到燃烧操作过程中可以使能量消耗稍稍降低。这种能量消耗的降低部分抵消了污泥中的水份含量，但是，含水污泥中的净BTU含量在污泥的水份含量下是正的(净燃料节省)。
用于本文中时，术语“雾化系统”是指由污泥产生具有一定尺寸的颗粒的设备和装置。举例来说，该雾化系统可以是一种旋转雾化系统，其中气流或空气使含水污泥通过一种雾化器，结果产生污泥颗粒，该雾化器是一种处于压力下的喷腔喷嘴，或者是双料流雾化器。在特定的实施方案中，可以产生尺寸为约5毫米-25毫米的颗粒。但是，实际的颗粒尺寸不需要测定，或者如果测定的话，则必定落在上述范围内。关键的一点是该雾化系统产生了导入到燃烧操作过程中时会使污染物排放量降低的污泥颗粒。
现在参见附图2，它表示了在本发明优选的方案中的典型的水泥窑10和预煅烧器20，污泥在预煅烧器烟道气体入口22处导入。更优选地，污泥在预煅烧器中导入，其位置位于预煅烧器燃烧区域和窑出口烟道气体进入点的下游(图3)。在这种结构中，本发明可以使来自窑和预煅烧器燃烧操作的污染物排放量降低。本发明使在污泥导入点处的烟道气的温度为约1500华氏度-1800华氏度，更优选地为1700华氏度。
在将污泥导入到烟道气体中时，会发生一系列导致NOx排放量降低的过程。一开始会释放出存在于污泥中的水和更重要的氨。在该步骤中释放出的氨与NO和氧结合形成分子氮和水。此时使得气体中的NOx量大大降低。在起初释放出氨和水以后，挥发性氮，包括存在于污泥固体颗粒中的氨也会释放出来。总的反应是导致NOx形成量降低的那种。该方法的总效果是在除了除去污泥之外使NOx排放量明显降低。该反应概述于图4中。
在导入污泥时释放出的氨还可以使HCl排放量降低。由污泥NH3和NOx之间的反应产生的污泥NH3滑泥可以与袋滤器中的HCl起反应以形成NH4Cl，从而中和了HCl。以这种方式中和HCl避免了使用湿洗涤器以降低HCl排放量。
正如前面所指出的那样，烟道气体中污染物排放量的降低主要取决于污泥中氨的释放。本发明的一个特别的好处在于污泥中氨含量较高并且同时污泥提供了能量。
湿污泥含有100％存在于污泥中氨(图5)。根据模型系统，可以预计在污泥颗粒在窑高温下部分干燥以后，大约保留约48％的起始氨。因此，很显然本发明的优点在于所有存在于污泥中的氨可以用于烟道气体中的反应以降低NOx和HCl排放量。
图6是表示导入到窑中的污泥颗粒的性能。湿污泥喷入到燃烧操作过程中的适当位置。正如人们可能理解的那样，燃烧气体的基本流动方向是向上流动。因此对于每一个污泥颗粒的运动来说，均有两个组成矢量，即在X方向上的垂直运动，它取决于烟道气体的速度，和在Y方向上的水平运动，它取决于污泥喷入的速度。每一个污泥颗粒均具有一个取决于颗粒尺寸的干燥时间。干燥时间反过来又影响颗粒受到X和Y方向力的过程的时间。干燥时间越长，在各个方向上移动的距离越长。选择污泥的颗粒尺寸使其符合颗粒输送、颗粒干燥时间和颗粒渗透的需要，从而最有效地使烟道气体中的污染物降低。
导入该系统中的污泥的量决定了NOx排放量的降低程度。导入的污泥越多，NOx排放量降低得越多。但是，太多的污泥会使燃烧系统过载。导入的实际污泥量如上所说取决于窑的性能，如窑的类型、窑的尺寸、用来燃烧该窑的燃料的量和种类等等。导入的污泥的量可以变化，以使污染物排放量的降低达到最佳。
以干重计算，大于约5000-10000磅/小时的污泥喷入速度可以使参数如表1中所示的水泥窑中NOx排放量降低15-30％。
由于该方法提出氨的释放将基本上伴随着干燥过程，并且释放出氮挥发物，烟道气体中的氨将在可以用于形成NOx的氮之前存在。
图7中概述了降低烟道气体中NOx排放量和处理污泥所涉及的关键参数。喷入方向、喷射器的数量、颗粒尺寸、颗粒速度、烟道气体速度、污泥氮分配、污泥水含量和温度影响混合及氨/非氨释放的温度。破碎和沉积控制也取决于颗粒尺寸和运行的距离，这反过来又与颗粒速度有关。这些因素还受到烟道气体中所存在的过量氧含量的影响，它反过来又与存在氧及燃料的数量有关。最后，喷射方式和灰熔化温度影响产量。
本发明特别是涉及一种用于处理和输送污泥到工艺物流中，该过程可以有效地产生NOx，并且HCl的排放量降低。在本发明的一个特定方面，该污泥可以导入如图8所示的预煅烧器中。污泥可以由25吨装料卡车30通过带式输送机32送入到加料仓34中。螺旋加料器36将污泥送入到污泥泵38中，该泵通过由75马力电机42供给能量的水力驱动器40操作。优选地，水通过喷射器44喷入到从污泥泵中泵出的污泥中，以产生润滑作用。更优选地，安装计量泵46来控制水的喷入速度。在一个特定的方面，水以约24加仑/小时的速度喷入。在该特定的方案中，污泥从污泥泵通过8英寸管48以大约40-80加仑/分钟湿污泥(含有约25％固体)的速度输送。该污泥到达旋转雾化系统50，其采用800SCFM100PSIG蒸汽或空气加压。因此该污泥以颗粒形式导入到预煅烧器20中。
图9表示本发明的优选实施方案。卡车60将污泥送入第一接受装置中，第一接受装置是一种污泥仓61，其容量为0.5-100吨，一般尺寸的料仓61容量为60吨。两台位于料仓61下方的可变速度的螺旋器62将污泥送入到水力活塞泵63中并且送入到污泥导管64，即钢管中。优选地，通过泵66和喷水器67喷入管状水65，从而润滑污泥并降低管道64中的摩擦力。然后含水污泥进入两条通道。一条通道用于通过喷嘴71将空气喷入到预煅烧器73中，空气已经通过空气压缩机72加压送入。在第二条通道中，污泥由导管64送入第二接受装置，如污泥吊装振动仓68中，该振动仓的容量为1-100立方英尺，如60立方英尺。污泥由料仓68通过螺旋加料器69排出，该螺旋加料器使污泥送入到污泥吊装器70中，该吊装器将污泥喷入预煅烧器73中。
本发明不仅仅限于所说的特定的实施方案。确实，对于熟悉本领域的技术人员来说，由上面的描述及附图，本发明的各种变化以及本文中所说的内容将是明显的。这些变化应被视为落在所附的权利要求书范围中。
在本文中引用了多种出版物，其公开的内容作为参考全文引入本文。

Claims (13)

1．一种用于处理和输送含水污泥到燃烧器的系统，从而将由该污泥的燃烧过程释放的污染物排放量降低，该系统包括：
(a)燃烧装置；
(b)用于接受要燃烧的污泥的第一接受装置；
(c)用于将污泥由第一接受装置输送到污泥导管的装置；
(d)用于将污泥由污泥导管在某个可以有效地降低由污泥在燃烧装置中燃烧产生的污染物排放量的位置导入到燃烧装置中的装置。
2．权利要求1所说的系统，其中该燃烧装置包括含有烟道气体出口的水泥窑。
3．权利要求2所说的系统，它包括与该窑一起工作的预煅烧器，所说的预煅烧器含有烟道气体出口。
4．权利要求3所说的系统，其中用于将污泥导入燃烧装置中的装置位于预煅烧器烟道气体出口中，处在预煅烧器燃烧区的下游，并且是在窑烟道气体出口与预煅烧器烟道气体出口的气体相混合的位置。
5．权利要求1所说的系统，其中用于将污泥导入到燃烧装置中的装置包括一种雾化系统，其位置在污泥导入的位置处。
6．权利要求5所说的系统，其中用于将污泥导入到燃烧装置中的装置还包括与雾化系统流体相连的泵送装置，用于将污泥输送到雾化系统中。
7．权利要求1所说的系统，其中用于将污泥导入到燃烧装置中的装置还包括用于将水导入到污泥中的装置，从而用水润滑污泥。
8．权利要求1所说的系统，其中第一接受装置至少包括一个容量为0.5-100吨的污泥仓。
9．权利要求1所说的系统，其中用于将污泥由第一接受装置输送到污泥导管中的装置包括至少一个螺旋送料器。
10．权利要求9所说的系统，其中用于将污泥由第一接受装置输送到污泥导管中的装置还包括至少与该螺旋加料器流体相通的泵送装置。
11．权利要求1所说的系统，它还包括位于污泥导管和燃烧装置之间的第二接受装置，用于接受至少部分来自污泥导管的污泥。
12．权利要求1所说的系统，其中第二接受装置至少包括一个容量为约1-100立方英尺的污泥吊装振动仓。
13．权利要求12所说的系统，其中该污泥吊装振动仓通过至少一个螺旋送料装置而与污泥吊装器流动相连，这些螺旋送料装置与料仓出口和污泥吊装器进口相通，所说的污泥吊装器可以将污泥喷入到所说的燃烧装置中。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104329675A (zh) * 2014-11-07 2015-02-04 西安建筑科技大学 一种利用水泥厂窑尾系统焚烧污泥的方法
CN110030561A (zh) * 2019-05-20 2019-07-19 青岛振华绿能能源科技有限公司 一种污泥焚烧处理方法

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2795716B1 (fr) * 1999-07-02 2001-08-03 Air Liquide Procede de calcination d'un materiau a base de minerai
US7229281B2 (en) * 2000-09-11 2007-06-12 Cadence Environmental Energy, Inc. Method of mixing high temperature gases in mineral processing kilns
US6672865B2 (en) * 2000-09-11 2004-01-06 Cadence Enviromental Energy, Inc. Method of mixing high temperature gases in mineral processing kilns
US6887389B2 (en) * 2002-10-23 2005-05-03 Wendell Judd Method and apparatus for recycling sewage sludge utilizing spent water-softener lime
US7461466B2 (en) * 2004-06-14 2008-12-09 Lehigh Cement Company Method and apparatus for drying wet bio-solids using excess heat from a cement clinker cooler
US7434332B2 (en) * 2004-06-14 2008-10-14 Lehigh Cement Company Method and apparatus for drying wet bio-solids using excess heat from a cement clinker cooler
US20050274293A1 (en) * 2004-06-14 2005-12-15 Lehigh Cement Company Method and apparatus for drying wet bio-solids using excess heat recovered from cement manufacturing process equipment
US20050274068A1 (en) * 2004-06-14 2005-12-15 Morton Edward L Bio-solid materials as alternate fuels in cement kiln, riser duct and calciner
CN1298656C (zh) * 2004-08-03 2007-02-07 中国地质大学（武汉） 用油田含油钙质污泥制备水泥熟料的方法
US7909895B2 (en) * 2004-11-10 2011-03-22 Enertech Environmental, Inc. Slurry dewatering and conversion of biosolids to a renewable fuel
AT502048B1 (de) * 2005-09-28 2007-01-15 Himmelfreundpointner Kurt Verfahren und vorrichtung zum beschicken von verarbeitungsanlagen
DE102005052753A1 (de) * 2005-11-04 2007-05-10 Polysius Ag Anlage und Verfahren zur Herstellung von Zementklinker
ATE440254T1 (de) * 2006-09-11 2009-09-15 Abb Research Ltd Temperaturkontrolle für vorkalzinierer
EP1947066A1 (fr) * 2007-01-17 2008-07-23 Wilhelm Kreusch Procede de valorisation de boues de dragage et industrielles
WO2009147465A1 (en) * 2008-06-05 2009-12-10 Cemex Research Group Ag Enhanced electricity cogeneration in cement clinker production
CN102452802B (zh) * 2010-10-21 2013-09-11 川崎重工业株式会社 包含污泥的废弃物的处理设备

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH485175A (de) * 1968-07-15 1970-01-31 Von Roll Ag Verfahren und Einrichtung zur gemeinsamen Verbrennung von festen Abfallstoffen, insbesondere Stadtmüll, und wässrigem Klärschlamm, insbesondere aus kommunalen Kläranlagen
DE1810975A1 (de) * 1968-11-26 1970-06-11 Ver Kesselwerke Ag Verfahren und Einrichtung zur kombinierten Muell-Klaerschlammbeseitigung
US3604375A (en) * 1970-03-31 1971-09-14 Int Hydronics Corp Incineration process and unfired afterburner apparatus
NL7108710A (zh) * 1970-07-29 1972-02-01
US4073242A (en) * 1975-12-29 1978-02-14 Thiokol Corporation Sewage sludge disposal
US4306978A (en) 1980-07-14 1981-12-22 Willow Technology, Inc. Method for lime stabilization of wastewater treatment plant sludges
EP0141932A3 (de) 1983-08-25 1986-11-26 Klöckner-Humboldt-Deutz Aktiengesellschaft Verfahren und Anlage zur schadstofffreien Beseitigung von Schad- und Abfallstoffen mit geringem Heizwert, insbesondere Müll, durch Verbrennung
US4571175A (en) * 1985-04-29 1986-02-18 Roan Industries, Inc. Process for a disposal of waste solutions
US4921538A (en) 1988-06-16 1990-05-01 Industrial Waste Management, Inc. Method for recycle and use of contaminated soil and sludge
US4984983A (en) 1989-02-07 1991-01-15 F. L. Smidth & Co. A/S Method of cofiring hazardous waste in industrial rotary kilns
US5037561A (en) 1989-04-14 1991-08-06 Copeland Brian J Method for drying biological sludge
US5217624A (en) 1989-09-11 1993-06-08 Onoda Cement Co., Ltd. Method for the disposal of aqueous sewage sludge
US5058514A (en) 1989-10-18 1991-10-22 Mozes Miriam S Process for controlling acid gas emissions in power plant flue gases
DE3939197C3 (de) 1989-11-27 1999-02-25 Martin Umwelt & Energietech Verfahren und Vorrichtung zur Minderung der Stickoxid-Konzentration im Abgasstrom von Verbrennungsprozessen
US5284405A (en) * 1990-07-13 1994-02-08 Systech Environmental Corporation Method and apparatus for injecting sludge into a kiln
ATE121311T1 (de) 1991-01-30 1995-05-15 Stadt Landshut Vertreten Durch Verfahren zur rauchgasreinigung von feuerungsanlagen, insbesondere müllverbrennungsanlagen.
US5176088A (en) 1992-01-10 1993-01-05 The Babcock & Wilcox Company Furnace ammonia and limestone injection with dry scrubbing for improved simultaneous SOX and NOX removal
US5405537A (en) * 1993-03-26 1995-04-11 Air Products And Chemicals, Inc. Process for combusting dewatered sludge waste in a municipal solid waste incinerator
US5315941A (en) 1993-06-07 1994-05-31 The Babcock & Wilcox Company Method and apparatus for injecting nox inhibiting reagent into the flue gas of a boiler
CA2185691C (en) 1994-03-16 2003-05-20 R. Leon Leonard Method and system for controlling pollutant emissions in combustion operations
US5632616A (en) * 1994-11-28 1997-05-27 Cadence Environmental Energy, Inc. Method and apparatus for injecting air into long cement kilns

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104329675A (zh) * 2014-11-07 2015-02-04 西安建筑科技大学 一种利用水泥厂窑尾系统焚烧污泥的方法
CN110030561A (zh) * 2019-05-20 2019-07-19 青岛振华绿能能源科技有限公司 一种污泥焚烧处理方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO1998028237A1 (en) 1998-07-02
CA2247454A1 (en) 1998-07-02
AU5531498A (en) 1998-07-17
CN1194924C (zh) 2005-03-30
JP2000514774A (ja) 2000-11-07
US6176187B1 (en) 2001-01-23
EP0889859A1 (en) 1999-01-13

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