公布日：2023.08.11
申請日：2023.05.30
分類號：C10J3/00(2006.01)I;F23G5/033(2006.01)I;F23G5/50(2006.01)I;F23N5/00(2006.01)I;C01B3/32(2006.01)I
摘要
本發(fā)明公開了一種稻殼輔助污泥熱解氣化旋風(fēng)熔融無害化處置方法與裝置，方法包括以下步驟：將污泥和稻殼輔料分別通過料倉給入烘焙器發(fā)生低溫?zé)峤夥磻?yīng)，固相產(chǎn)物給入立式氣化爐，在立式氣化爐內(nèi)與空氣發(fā)生氣化反應(yīng)，氣化殘焦運送至重整器，與從立式氣化爐的氣體出口溢出的氣化氣發(fā)生催化重整反應(yīng)，同時，利用烘焙氣通入重整器作為重整介質(zhì)；催化重整后的氣化殘焦進(jìn)入破碎機粉碎，后噴入旋風(fēng)熔融爐與高溫空氣接觸，發(fā)生燃燒反應(yīng)，另外，給入重整提質(zhì)后的氣化氣進(jìn)行助燃，將氣化殘焦中所含灰分和氣化氣攜帶的飛灰徹底熔融液化以有效固溶污泥中重金屬。本發(fā)明中巧妙用稻殼輔助污泥，可對各種污泥進(jìn)行徹底無害處置，且整個系統(tǒng)的能量自給。
權(quán)利要求書
1.稻殼輔助污泥熱解氣化旋風(fēng)熔融無害化處置的方法，其特征在于，包括以下步驟：將污泥和稻殼輔料按一定比例分別通過料倉給入間接加熱夾套式烘焙器，反應(yīng)溫度控制在200-300℃保持一定時間，污泥-稻殼混合原料在烘焙過程中發(fā)生低溫?zé)峤夥磻?yīng)形成固相產(chǎn)物，然后固相產(chǎn)物通過加熱夾套式烘焙器的出料口連接關(guān)風(fēng)器給入立式氣化爐，在立式氣化爐內(nèi)與空氣發(fā)生氣化反應(yīng)，氣化反應(yīng)溫度600-800℃，氣化形成的氣化殘焦通過立式氣化爐底部的爐排運送至重整器，并在重整器內(nèi)與從立式氣化爐的氣體出口溢出的氣化氣發(fā)生催化重整反應(yīng)，同時，將污泥和稻殼烘焙過程產(chǎn)生的烘焙氣通入重整器作為重整介質(zhì)以在重整過程提高氣化氣的品質(zhì)，增加氣化氣的熱值；催化重整后的氣化殘焦通過冷渣器和關(guān)風(fēng)器排出，進(jìn)入破碎機粉碎，破碎后的焦粉噴入旋風(fēng)熔融爐的粉料入口，與從旋風(fēng)熔融爐的熱空氣進(jìn)口給入的高溫空氣接觸，發(fā)生燃燒反應(yīng)，另外，旋風(fēng)熔融爐的助燃器進(jìn)口給入重整提質(zhì)后的氣化氣進(jìn)行助燃，將氣化殘焦中所含灰分和氣化氣攜帶的飛灰徹底熔融液化，達(dá)到有效固溶污泥中重金屬的目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稻殼輔助污泥熱解氣化旋風(fēng)熔融無害化處置的方法，其特征在于，旋風(fēng)熔融爐排出的高溫?zé)煔馔ㄟ^氣-氣換熱器預(yù)熱空氣后，再給入間接加熱夾套式烘焙器作為熱源，煙氣降溫后排出；通過氣-氣換熱器預(yù)熱后的空氣作為高溫空氣從旋風(fēng)熔融爐的熱空氣進(jìn)口給入，以與噴入旋風(fēng)熔融爐的粉料接觸而發(fā)生燃燒反應(yīng)，實現(xiàn)整個流程的能源自給。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稻殼輔助污泥熱解氣化旋風(fēng)熔融無害化處置的方法，其特征在于，稻殼輔料的給入量為通過整個過程的能源自給需求和旋風(fēng)熔融溫度需求測定，控制其給入量為在間接加熱夾套式烘焙器中加入的混合物總重量的10%-30%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稻殼輔助污泥熱解氣化旋風(fēng)熔融無害化處置的方法，其特征在于，污泥和稻殼輔料在間接加熱夾套式烘焙器中反應(yīng)溫度200-300℃情況下保持1-3小時。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稻殼輔助污泥熱解氣化旋風(fēng)熔融無害化處置的方法，其特征在于，控制旋風(fēng)熔融爐中的燃燒溫度控制為1200-1400℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稻殼輔助污泥熱解氣化旋風(fēng)熔融無害化處置的方法，其特征在于，從旋風(fēng)熔融爐的熱空氣進(jìn)口給入的高溫空氣的溫度控制為400-600℃。
7.實現(xiàn)權(quán)利要求1-6任意一項所述的方法的裝置，其特征在于，具體包括：料倉、間接加熱夾套式烘焙器、關(guān)風(fēng)器、立式氣化爐、爐排、重整器、破碎機、旋風(fēng)熔融爐、冷渣器、氣-氣換熱器、鼓風(fēng)機；污泥料倉和稻殼料倉的出口連接間接加熱夾套式烘焙器的物料進(jìn)口，間接加熱夾套式烘焙器的出料口連接關(guān)風(fēng)器，關(guān)風(fēng)器出口連接立式氣化爐的進(jìn)料口，立式氣化爐的底部設(shè)有爐排，爐排的另一側(cè)連入重整器，立式氣化爐的氣體出口連接重整器，間接加熱夾套式烘焙器的氣體出口連接重整器的重整介質(zhì)進(jìn)口，重整器的氣化殘焦出口連接冷渣器，冷渣器連接關(guān)風(fēng)器，通過關(guān)風(fēng)器排出的氣化殘焦進(jìn)入破碎機，破碎機連接旋風(fēng)熔融爐的粉料入口；重整器內(nèi)提質(zhì)后的高熱值氣化氣經(jīng)由重整器氣化氣出口連接旋風(fēng)熔融爐的助燃?xì)膺M(jìn)口，旋風(fēng)熔融爐的液態(tài)排渣口排出液態(tài)渣，旋風(fēng)熔融爐的高溫?zé)煔獬隹谶B接氣-氣換熱器的熱煙氣進(jìn)口，氣-氣換熱器的熱煙氣出口連接間接加熱夾套式烘焙器的熱介質(zhì)進(jìn)口，高溫?zé)煔鈸Q熱冷卻后排出，鼓風(fēng)機連接氣-氣換熱器的空氣進(jìn)口，鼓入的空氣經(jīng)熱煙氣預(yù)熱后成為高溫空氣，氣-氣換熱器的空氣出口連接旋風(fēng)熔融爐的熱空氣進(jìn)口。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種徹底無害化且能源自給的稻殼輔助污泥熱解氣化旋風(fēng)熔融無害化處置方法與裝置。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：稻殼輔助污泥熱解氣化旋風(fēng)熔融無害化處置的方法，包括以下步驟：將污泥和稻殼輔料按一定比例分別通過料倉給入間接加熱夾套式烘焙器，反應(yīng)溫度控制在200-300℃保持一定時間，作為優(yōu)選，保持時間控制為1-3小時，在此條件下，污泥-稻殼混合原料首先預(yù)熱干燥去除大量的外在水分，隨后在烘焙過程中發(fā)生低溫?zé)峤夥磻?yīng)進(jìn)一步的去除內(nèi)在水和小分子含氧組分，使得含能組分富集在固相產(chǎn)物中，因此得到高能量密度固相產(chǎn)物，固相產(chǎn)物通過加熱夾套式烘焙器的出料口連接關(guān)風(fēng)器給入立式氣化爐，在立式氣化爐內(nèi)與空氣發(fā)生氣化反應(yīng)，氣化反應(yīng)溫度600-800℃，氣化殘焦通過立式氣化爐底部的爐排運送至重整器，并在重整器中與從立式氣化爐的氣體出口溢出的氣化氣發(fā)生催化重整反應(yīng)，同時，將污泥和稻殼烘焙過程產(chǎn)生的烘焙氣（其含有大量的水蒸氣和二氧化碳等輕質(zhì)組分）通入重整器作為重整介質(zhì)，共同發(fā)生一系列的重整反應(yīng)（如水蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)C+H2O→CO+H2、水煤氣變換反應(yīng)CO+H2O→CO2+H2、甲烷干重整反應(yīng)CH4+CO2→2CO+2H2等水蒸氣重整和二氧化碳重整反應(yīng)）,重整過程提高了氣化氣的品質(zhì)，增加了氣化氣的熱值；催化重整后的氣化殘焦通過冷渣器和關(guān)風(fēng)器排出，進(jìn)入破碎機粉碎，破碎后的焦粉噴入旋風(fēng)熔融爐的粉料入口，與從旋風(fēng)熔融爐的熱空氣進(jìn)口給入的高溫空氣接觸，發(fā)生燃燒反應(yīng)，另外，旋風(fēng)熔融爐的助燃器進(jìn)口給入重整提質(zhì)后的氣化氣進(jìn)行助燃，將氣化殘焦中所含灰分和氣化氣攜帶的飛灰徹底熔融液化，達(dá)到有效固溶污泥中重金屬的目的。
作為優(yōu)選，旋風(fēng)熔融爐中的燃燒溫度控制為1200-1400℃。
作為優(yōu)選，從旋風(fēng)熔融爐的熱空氣進(jìn)口給入的高溫空氣的溫度控制為400-600℃。
作為優(yōu)選，在立式氣化爐內(nèi)，固相產(chǎn)物是與少量的空氣發(fā)生氣化反應(yīng)，所述少量空氣的空氣注入量由過量空氣系數(shù)0.1-0.3范圍取得。
作為優(yōu)選，旋風(fēng)熔融爐排出的高溫?zé)煔馔ㄟ^氣-氣換熱器預(yù)熱空氣后，再給入間接加熱夾套式烘焙器作為熱源，煙氣降溫后排出；通過氣-氣換熱器預(yù)熱后的空氣作為高溫空氣從旋風(fēng)熔融爐的熱空氣進(jìn)口給入，以與噴入旋風(fēng)熔融爐的粉料接觸而發(fā)生燃燒反應(yīng)，實現(xiàn)整個流程的能源自給。
作為優(yōu)選，稻殼輔料主要由有機組分（85%-90%）和二氧化硅（SiO2，10%-15%）構(gòu)成，其給入量可通過整個過程的能源自給需求和旋風(fēng)熔融溫度需求測定，一般控制在間接加熱夾套式烘焙器中加入的混合物總重量的10%-30%范圍內(nèi)，稻殼輔助污泥熱解氣化可提高所得氣體產(chǎn)物的熱值，并且利用稻殼和污泥在烘焙過程中的高含水量揮發(fā)分氣體重整熱解氣化氣，進(jìn)一步提高氣體產(chǎn)物的品質(zhì)，以達(dá)到后續(xù)旋風(fēng)熔融燃燒所需的溫度；同時利用稻殼中高含量的二氧化硅成分，其與污泥熱解焦在旋風(fēng)熔融燃燒過程中，可發(fā)生灰相高溫反應(yīng)，形成低熔點的硅酸鹽，降低污泥灰的熔點，通過調(diào)控稻殼的比例可調(diào)控旋風(fēng)熔融液化的溫度，實現(xiàn)污泥用熔融爐的工業(yè)化設(shè)計和整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
在此方法的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提出一種稻殼輔助污泥熱解氣化旋風(fēng)熔融無害化處置的裝置，具體包括：料倉、間接加熱夾套式烘焙器、關(guān)風(fēng)器、立式氣化爐、爐排、重整器、破碎機、旋風(fēng)熔融爐、冷渣器、氣-氣換熱器、鼓風(fēng)機；污泥料倉和稻殼料倉的出口連接間接加熱夾套式烘焙器的物料進(jìn)口，烘焙器的出料口連接關(guān)風(fēng)器，關(guān)風(fēng)器出口連接立式氣化爐的進(jìn)料口，立式氣化爐的底部設(shè)有爐排，爐排的另一側(cè)連入重整器，立式氣化爐的氣體出口連接重整器，間接加熱夾套式烘焙器的氣體出口連接重整器的重整介質(zhì)進(jìn)口，重整器的氣化殘焦出口連接冷渣器，冷渣器連接關(guān)風(fēng)器，通過關(guān)風(fēng)器排出的氣化殘焦進(jìn)入破碎機，破碎機連接旋風(fēng)熔融爐的粉料入口；重整器內(nèi)提質(zhì)后的高熱值氣化氣經(jīng)由重整器氣化氣出口連接旋風(fēng)熔融爐的助燃?xì)膺M(jìn)口，旋風(fēng)熔融爐的液態(tài)排渣口排出液態(tài)渣，旋風(fēng)熔融爐的高溫?zé)煔獬隹谶B接氣-氣換熱器的熱煙氣進(jìn)口，氣-氣換熱器的熱煙氣出口連接間接加熱夾套式烘焙器的熱介質(zhì)進(jìn)口，高溫?zé)煔鈸Q熱冷卻后排出，鼓風(fēng)機連接氣-氣換熱器的空氣進(jìn)口，鼓入的空氣經(jīng)熱煙氣預(yù)熱后成為高溫空氣，氣-氣換熱器的空氣出口連接旋風(fēng)熔融爐的熱空氣進(jìn)口。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明顯著優(yōu)點有：（1）稻殼輔助污泥熱解氣化提高所得氣體產(chǎn)物的熱值，并且利用稻殼和污泥在烘焙過程中的高含水量揮發(fā)分氣體重整熱解氣化氣，進(jìn)一步提高氣體產(chǎn)物的品質(zhì)，以達(dá)到后續(xù)旋風(fēng)熔融燃燒所需的溫度；（2）利用稻殼中高含量的二氧化硅成分，其與污泥熱解焦在旋風(fēng)熔融燃燒過程中，可發(fā)生灰相高溫反應(yīng)，形成低熔點的硅酸鹽，降低污泥灰的熔點，通過調(diào)控稻殼的比例可調(diào)控旋風(fēng)熔融液化的溫度，實現(xiàn)污泥用熔融爐的工業(yè)化設(shè)計和整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行；（3）整個系統(tǒng)能夠系統(tǒng)化、自熱式地對各種污泥進(jìn)行無害處置，可實現(xiàn)整個系統(tǒng)的能量自給，并且實現(xiàn)重金屬等污染物的固溶，使其徹底無害化。
（發(fā)明人：張書平;李莎;錢晨）
