申請(qǐng)日2015.09.25
公開(公告)日2016.02.24
IPC分類號(hào)C02F11/10; C10B53/00; C10B47/00; C10B27/00
摘要
本實(shí)用新型公開了污泥快速熱解的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：烘干單元;快速熱解反應(yīng)器，其包括：反應(yīng)器本體，反應(yīng)器本體內(nèi)限定出反應(yīng)空間，反應(yīng)空間自上而下形成分散區(qū)、熱解區(qū)和出料區(qū);分散區(qū)包括：布料器;污泥入口，污泥入口位于布料器的上方;布料氣入口，其與布料器相連通;熱解區(qū)包括：多層蓄熱式輻射管，其在熱解區(qū)中沿反應(yīng)器本體高度方向間隔分布，并且每層蓄熱式輻射管包括多個(gè)沿水平方向間隔分布的蓄熱式輻射管;出料區(qū)包括：半焦出口;多個(gè)熱解氣出口，其分別設(shè)置在分散區(qū)和/或熱解區(qū);其中，污泥入口與烘干單元相連;噴淋塔，噴淋塔與所述熱解氣出口相連。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)污泥的快速熱解，并且可以得到具有高利用價(jià)值的均相生物油。
摘要附圖
權(quán)利要求書
1.一種污泥快速熱解的系統(tǒng)，其特征在于，包括：
烘干單元;
快速熱解反應(yīng)器，
所述快速熱解反應(yīng)器包括：
反應(yīng)器本體，所述反應(yīng)器本體內(nèi)限定出反應(yīng)空間，所述反應(yīng)空間自上而下形成分散區(qū)、熱解區(qū)和出料區(qū);
所述分散區(qū)包括：
布料器;
污泥入口，所述污泥入口位于所述布料器的上方;
布料氣入口，所述布料氣入口與所述布料器相連通;
所述熱解區(qū)包括：
多層蓄熱式輻射管，所述多層蓄熱式輻射管在所述熱解區(qū)中沿所述反應(yīng)器本體高度方向間隔分布，并且每層所述蓄熱式輻射管包括多個(gè)沿水平方向間隔分布的蓄熱式輻射管;
所述出料區(qū)包括：半焦出口;
多個(gè)熱解氣出口，所述多個(gè)熱解氣出口分別設(shè)置在所述分散區(qū)和/或所述熱解區(qū);
其中，所述污泥入口與所述烘干單元相連;以及
噴淋塔，所述噴淋塔與所述熱解氣出口相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥快速熱解的系統(tǒng)，其特征在于，所述烘干單元包括：
熱煙爐;
烘干機(jī)，所述烘干機(jī)與所述熱煙爐相連;
烘干提升機(jī)，所述烘干提升機(jī)分別與所述烘干機(jī)和所述污泥入口相連;
輸送機(jī)，所述輸送機(jī)分別與所述半焦出口和所述熱煙爐相連;以及
第一風(fēng)機(jī)，所述第一風(fēng)機(jī)分別與所述蓄熱式輻射管和所述烘干提升機(jī)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的污泥快速熱解的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括：
油泵，所述油泵與所述噴淋塔相連;
儲(chǔ)油罐，所述儲(chǔ)油罐與所述油泵相連;
燃?xì)鈨?chǔ)罐，所述燃?xì)鈨?chǔ)罐與所述噴淋塔相連;
第二風(fēng)機(jī)，所述第二風(fēng)機(jī)分別與所述燃?xì)鈨?chǔ)罐和所述蓄熱式輻射管相連;以及
第三風(fēng)機(jī)，所述第三風(fēng)機(jī)分別與所述燃?xì)鈨?chǔ)罐和所述布料氣入口相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥快速熱解的系統(tǒng)，其特征在于，每層所述蓄熱式輻射管包括多個(gè)平行并且均勻分布的蓄熱式輻射管且每個(gè)所述蓄熱式輻射管與相鄰上下兩層蓄熱式輻射管中的每一個(gè)蓄熱式輻射管平行并且沿反應(yīng)器本體高度方向錯(cuò)開分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥快速熱解的系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)器本體的高度為2～20m，所述蓄熱式輻射管的管徑為100～500mm，相鄰所述蓄熱式輻射管外壁間的距離為100～500mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥快速熱解的系統(tǒng)，其特征在于，所述蓄熱式輻射管上設(shè)置有燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥。
說明書
污泥快速熱解的系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)用新型屬于化工領(lǐng)域，具體而言，本實(shí)用新型涉及一種污泥快速熱解的系統(tǒng)。
背景技術(shù)
污泥是一種由有機(jī)殘片、微生物、無機(jī)顆粒、膠體等組成的非均質(zhì)體，并且其中含有有毒的有機(jī)物、致病微生物和重金屬，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重危險(xiǎn)。但污泥中含有大量的有機(jī)質(zhì)，可以對(duì)其進(jìn)行能源化利用處理，目前主要采用三種方法：直接燃燒、氣化和熱解。其中熱解方法是采取隔絕氧氣對(duì)污泥進(jìn)行受熱分解產(chǎn)生油、氣、炭資源的過程，由于熱解方法處理污泥不僅可以減少二惡英，而且還可以對(duì)污泥中的重金屬進(jìn)行固化，從而減少污泥的二次污染，同時(shí)能夠得到高價(jià)值的油氣資源，因此熱解法被公認(rèn)為對(duì)污泥減量化、無害化、資源化處理的最佳路徑。
污泥熱解是利用污泥中有機(jī)物的熱不穩(wěn)定性，在無氧條件下加熱使有機(jī)物產(chǎn)生熱裂解，形成利用價(jià)值較高的氣、液、固三種產(chǎn)物。目前污泥的熱解處理工藝主要包括旋轉(zhuǎn)窯、固定床、流化床等工藝，根據(jù)加熱方式分為直接加熱和間接加熱，由于直接加熱一般采取熱載體，因此過程會(huì)涉及熱載體的加熱、分離等，工藝流程復(fù)雜;而采取間接加熱方式的干餾方式，熱效率不高，處理能力小。同時(shí)污泥水分含量高，污泥的烘干也是污泥熱解工藝需要特別考慮的。另外污泥的主要成分為木質(zhì)素、纖維素，非常接近生物質(zhì)，一般的熱解系統(tǒng)得到的生物油可以分層為木醋液和木生物油，市場(chǎng)應(yīng)用不大。
因此，現(xiàn)有的污泥熱解技術(shù)有待進(jìn)一步改善。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本實(shí)用新型的一個(gè)目的在于提出一種污泥快速熱解的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)污泥的快速熱解，并且可以得到具有高利用價(jià)值的均相生物油。
在本實(shí)用新型的一個(gè)方面，本實(shí)用新型提出了一種污泥快速熱解的系統(tǒng)。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，該系統(tǒng)包括：
烘干單元，所述烘干單元適于對(duì)污泥進(jìn)行干燥處理，以便得到干燥的污泥;
快速熱解反應(yīng)器，
所述快速熱解反應(yīng)器包括：
反應(yīng)器本體，所述反應(yīng)器本體內(nèi)限定出反應(yīng)空間，所述反應(yīng)空間自上而下形成分散區(qū)、熱解區(qū)和出料區(qū);
多層蓄熱式輻射管，所述多層蓄熱式輻射管在所述熱解區(qū)中沿所述反應(yīng)器本體高度方向間隔分布，并且每層所述蓄熱式輻射管包括多個(gè)沿水平方向間隔分布的蓄熱式輻射管;
布料器;
污泥入口，所述污泥入口位于所述分散區(qū)且位于所述布料器的上方;
布料氣入口，所述布料氣入口位于所述分散區(qū)且與所述布料器相連通，以便采用布料氣將所述布料器中的污泥吹出進(jìn)入分散區(qū)，均勻地落入熱解區(qū);
多個(gè)熱解氣出口，所述多個(gè)熱解氣出口分別設(shè)置在所述分散區(qū)和/或所述熱解區(qū);
半焦出口，所述半焦出口設(shè)置在所述出料區(qū);
其中，所述污泥入口與所述烘干單元相連，所述快速熱解反應(yīng)器適于采用所述蓄熱式輻射管對(duì)所述干燥的污泥進(jìn)行快速熱解處理，以便得到高溫半焦和熱解氣;以及
噴淋塔，所述噴淋塔與所述熱解氣出口相連，且適于采用冷卻液對(duì)所述熱解氣進(jìn)行噴淋處理，以便得到生物油和燃?xì)狻?/P>
在本實(shí)用新型的污泥快速熱解反應(yīng)系統(tǒng)中，蓄熱式輻射管以多層的方式布置。相鄰的兩個(gè)蓄熱式輻射管在水平方向上和豎直方向上以一定的間距隔開。
溫度場(chǎng)
根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，多層蓄熱式輻射管用于提供熱源，使得在熱解區(qū)形成一個(gè)或多個(gè)溫度場(chǎng)，并且每個(gè)溫度場(chǎng)的溫度是均勻的，由此，在熱解區(qū)形成溫度梯度。
例如，在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述熱解區(qū)自上而下形成預(yù)熱段、快速熱解段和完全熱解段。(即，形成了3個(gè)溫度場(chǎng))
溫度場(chǎng)的個(gè)數(shù)以及溫度梯度可根據(jù)需要設(shè)置。
溫度場(chǎng)的溫度可通過多種方式調(diào)節(jié)，例如，調(diào)整蓄熱式輻射管在水平方向和/或豎直方向上的個(gè)數(shù);蓄熱式輻射管的層數(shù);蓄熱式輻射管彼此之間的間距(豎直方向和/或水平方向);各蓄熱式輻射管本身的溫度;等等。
在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，蓄熱式輻射管上設(shè)置有燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥，用于調(diào)整通入蓄熱式輻射管的燃?xì)獾牧髁�，從而能夠精確控制蓄熱式輻射管的溫度。
蓄熱式輻射管
蓄熱式輻射管在管體的兩端分別具有燃燒器，在一端燃燒器燃燒產(chǎn)生的火焰在噴出時(shí)形成溫度梯度，即，從燃燒器向外溫度逐漸降低。類似的是，在另一端燃燒器燃燒產(chǎn)生的火焰在噴出時(shí)也形成溫度梯度。當(dāng)兩端的燃燒器交替進(jìn)行燃燒時(shí)，所形成的兩個(gè)溫度梯度疊加，使得溫度互補(bǔ)，導(dǎo)致整個(gè)蓄熱式輻射管整體的溫度均勻。例如，單根所述蓄熱式輻射管上的溫度差不大于30℃。
本實(shí)用新型的污泥快速熱解反應(yīng)系統(tǒng)使用本實(shí)用新型的蓄熱式輻射管的布置方式，由于蓄熱式輻射管本身固有的屬性(如上所述，在蓄熱式輻射管兩端的燃燒器能夠快速交替燃燒，實(shí)現(xiàn)蓄熱式燃燒)，允許根據(jù)需要在反應(yīng)器布置一個(gè)或多個(gè)不同的溫度場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)溫度梯度并且確保每個(gè)溫度場(chǎng)具有均勻的溫度。
在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方案中，各蓄熱式輻射管的溫度相同或不同，只要確保溫度場(chǎng)的溫度均勻即可。
在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方案中，介于相鄰蓄熱式輻射管之間的間距可以相同或不同，只要確保溫度場(chǎng)的溫度均勻即可。例如，相鄰所述蓄熱式輻射管外壁間的水平距離和豎直距離分別獨(dú)立地為100～500mm，例如200～300mm，例如200mm，例如300mm。
在所述熱解區(qū)自上而下形成預(yù)熱段、快速熱解段和完全熱解段的實(shí)施例中，在預(yù)熱段中的各蓄熱式輻射管的溫度相同或不同，優(yōu)選相同，只要確保預(yù)熱段的溫度均勻即可。
在所述熱解區(qū)自上而下形成預(yù)熱段、快速熱解段和完全熱解段的實(shí)施例中，在快速熱解段中的各蓄熱式輻射管的溫度相同或不同，優(yōu)選相同，只要確保快速熱解段的溫度均勻即可。
在所述熱解區(qū)自上而下形成預(yù)熱段、快速熱解段和完全熱解段的實(shí)施例中，在完全熱解段中的各蓄熱式輻射管的溫度相同或不同，優(yōu)選相同，只要確保完全熱解段的溫度均勻即可。
雖然并不限于理論，但據(jù)信，如果污泥在熱解區(qū)不能均勻受熱，局部溫度過高則導(dǎo)致熱解過程中局部污泥發(fā)生高溫裂解，使熱解產(chǎn)物中部分能產(chǎn)生物油的高分子物質(zhì)直接生成了燃?xì)夂桶虢�，或者局部溫度過低則導(dǎo)致熱解過程中局部污泥熱解不充分，致使污泥中的揮發(fā)分不能釋放出來，從而降低了生物油產(chǎn)率。
在本實(shí)用新型中，當(dāng)蓄熱式輻射管被布置成形成一個(gè)或多個(gè)溫度場(chǎng)時(shí)，由于溫度場(chǎng)各自的溫度是大致均勻的，因此，污泥在落入各溫度場(chǎng)時(shí)均勻受熱，發(fā)生反應(yīng)的程度大體相同。由此，順而避免生物油產(chǎn)率下降。
熱解氣的快速導(dǎo)出
利用本實(shí)用新型的污泥快速熱解反應(yīng)系統(tǒng)，能夠在污泥熱解之后實(shí)現(xiàn)熱解氣的快速導(dǎo)出。具體而言，在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方案中，污泥快速熱解反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)器在熱解區(qū)的側(cè)壁和/或分散區(qū)的頂壁上設(shè)有一個(gè)或多個(gè)熱解氣出口。在熱解反應(yīng)過程中，產(chǎn)生熱解氣，使得該反應(yīng)器內(nèi)部的壓力升高。產(chǎn)生的熱解氣在升高的壓力的驅(qū)使下快速從熱解氣出口導(dǎo)出。
在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，在反應(yīng)器外部設(shè)有與熱解氣出口連通的抽氣裝置，有利于將熱解氣從該反應(yīng)器中快速導(dǎo)出。
熱解過程中產(chǎn)生的熱解氣從反應(yīng)器側(cè)部導(dǎo)出，而位于熱解氣出口處、反應(yīng)器內(nèi)側(cè)的熱解氣與上方落下來的物料接觸，把進(jìn)入反應(yīng)器側(cè)部的熱解氣中的細(xì)塵在所述物料重力作用下被攜帶下落，使得導(dǎo)出的熱解氣中含塵率低，從而冷卻后得到的生物油中含塵率低。
熱解氣出口是至少2個(gè)，例如2-100個(gè)，3-80個(gè)，5-70個(gè)，10-50，20-40，30-40個(gè)。更具體而言，熱解氣出口是8個(gè)、15個(gè)、22個(gè)或28個(gè)。本實(shí)用新型并不限于此。
熱解氣的快速冷卻
從熱解氣出口導(dǎo)出的熱解氣通過冷卻裝置被快速冷卻，由此將不可凝氣體與生物油分離。
布料
另外本實(shí)用新型通過使用布料器，可以使得污泥在熱解區(qū)中均勻分散，進(jìn)而顯著提高裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性。
污泥
通過設(shè)置的布料系統(tǒng)使小顆粒污泥分散的、均勻的進(jìn)入熱解反應(yīng)器，小顆粒污泥在均勻的溫度場(chǎng)中經(jīng)換熱，每個(gè)污泥顆粒都受熱均勻，避免了污泥團(tuán)聚造成升溫速率不均勻和降低進(jìn)而導(dǎo)致油氣產(chǎn)率下降的問題。
效果
由于采用本實(shí)用新型的蓄熱式輻射管布置方式，污泥在熱解過程中在反應(yīng)器內(nèi)能夠被快速升溫。同時(shí)產(chǎn)生的熱解氣能夠被快速導(dǎo)出反應(yīng)器并且被快速冷卻。由此減少了在熱解過程、導(dǎo)出過程和冷卻過程中可能發(fā)生的二次反應(yīng)(該反應(yīng)會(huì)降低生物油產(chǎn)率)，因此，所得的生物油產(chǎn)率被顯著提高。
同時(shí)較傳統(tǒng)的使用氣體熱載體或固體熱載體作為熱解熱源的熱解反應(yīng)裝置相比，本實(shí)用新型的快速熱解的系統(tǒng)不需要設(shè)置預(yù)熱單元和載體分離單元，從而可以極大簡(jiǎn)化快速熱解反應(yīng)工藝流程，進(jìn)而顯著降低裝置的故障率。
本實(shí)用新型通過采用特定的蓄熱式輻射管布置方式，可以在反應(yīng)器中形成一個(gè)或多個(gè)溫度場(chǎng)并能夠確保每個(gè)溫度場(chǎng)的溫度均勻，同時(shí)允許反應(yīng)器各個(gè)溫度場(chǎng)的溫度是可控的。由此，使污泥在反應(yīng)器中能夠均勻受熱，實(shí)現(xiàn)快速烘干和更充分的熱解，進(jìn)而提高了生物油產(chǎn)率，提高了污泥的快速熱解效率。
另外，根據(jù)本實(shí)用新型上述實(shí)施例的污泥快速熱解的系統(tǒng)還可以具有如下附加的技術(shù)特征：
在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，所述烘干單元包括：熱煙爐，所述熱煙爐適于燃燒含碳物料，以便得到燃燒煙氣;烘干機(jī)，所述烘干機(jī)與所述熱煙爐相連，且適于采用所述燃燒煙氣對(duì)所述污泥進(jìn)行第一干燥處理，以便得到第一污泥;烘干提升機(jī)，所述烘干提升機(jī)分別與所述烘干機(jī)和所述污泥入口相連，且適于采用熱煙氣對(duì)所述第一污泥進(jìn)行第二干燥處理，并將所得到的干燥的污泥供給至所述快速熱解反應(yīng)器中;輸送機(jī)，所述輸送機(jī)分別與所述半焦出口和所述熱煙爐相連，且適于將所述高溫半焦供給至所述熱煙爐;以及第一風(fēng)機(jī)，所述第一風(fēng)機(jī)分別與所述蓄熱式輻射管和所述烘干提升機(jī)相連，且適于將所述蓄熱式輻射管產(chǎn)生的高溫?zé)煔夤┙o至所述烘干提升管作為所述熱煙氣使用。由此，可以實(shí)現(xiàn)物料的循環(huán)利用，從而降低處理成本。
在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，所述污泥快速熱解的系統(tǒng)進(jìn)一步包括：油泵，所述油泵與所述噴淋塔相連，且適于將所述生物油的一部分返回至所述噴淋塔作為所述冷卻液使用;儲(chǔ)油罐，所述儲(chǔ)油罐與所述油泵相連，且適于儲(chǔ)存另一部分所述生物油;燃?xì)鈨?chǔ)罐，所述燃?xì)鈨?chǔ)罐與所述噴淋塔相連，且適于儲(chǔ)存所述燃?xì)?第二風(fēng)機(jī)，所述第二風(fēng)機(jī)分別與所述燃?xì)鈨?chǔ)罐和所述蓄熱式輻射管相連，且適于將所述燃?xì)獾囊徊糠止┙o至所述蓄熱式輻射管;以及第三風(fēng)機(jī)，所述第三風(fēng)機(jī)分別與所述燃?xì)鈨?chǔ)罐和所述布料氣入口相連，且適于將所述燃?xì)獾牧硪徊糠止┙o至所述布料氣入口作為布料氣使用。由此，不需要額外設(shè)置冷卻液補(bǔ)給裝置，從而顯著降低設(shè)備成本投入。
在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，每層所述蓄熱式輻射管包括多個(gè)平行并且均勻分布的蓄熱式輻射管且每個(gè)所述蓄熱式輻射管與相鄰上下兩層蓄熱式輻射管中的每一個(gè)蓄熱式輻射管平行并且沿反應(yīng)器本體高度方向錯(cuò)開分布。由此，使得污泥物料進(jìn)入反應(yīng)器能夠均勻通過溫度場(chǎng)，從而進(jìn)一步提高污泥的快速熱解效率。
在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，所述反應(yīng)器本體的高度為2～20m，所述蓄熱式輻射管的管徑為100～500mm，相鄰所述蓄熱式輻射管外壁間的水平距離和豎直距離分別獨(dú)立地為 100～500mm。由此，可以保障污泥熱解需要的停留時(shí)間，從而進(jìn)一步提高污泥的快速熱解效率。
在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，蓄熱式輻射管為蓄熱式燃?xì)廨椛涔�，即通過輻射管管體將燃燒燃?xì)猱a(chǎn)生的熱量以輻射的方式進(jìn)行供熱。
在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，所述蓄熱式輻射管上設(shè)置有燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥，使用多層蓄熱式輻射管提供熱解過程所需的熱源，能夠調(diào)整通入蓄熱式輻射管的燃?xì)獾牧髁�，從而能夠精確控制熱解過程的溫度。
在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，單根所述蓄熱式輻射管上的溫度差不大于30℃，所述熱解區(qū)自上而下形成預(yù)熱段、快速熱解段和完全熱解段，所述預(yù)熱段的蓄熱式輻射管溫度為550～900℃，所述快速熱解段的蓄熱式輻射管溫度為500～800℃，所述完全熱解段的蓄熱式輻射管溫度為500～800℃。由此，使得反應(yīng)器同一區(qū)域溫度場(chǎng)非常均勻，并且實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器上中下區(qū)域溫度場(chǎng)靈活調(diào)整，從而進(jìn)一步提高污泥的快速熱解效率。
在本實(shí)用新型的一些實(shí)施例中，多層蓄熱式輻射管的層數(shù)可以為4-30層。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，該種結(jié)構(gòu)布置可以使得熱解區(qū)中溫度場(chǎng)分布均勻，從而可以顯著提高污泥的快速熱解效率，進(jìn)而提高生物油的產(chǎn)率。
本實(shí)用新型的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實(shí)用新型的實(shí)踐了解到。
