[發明專利]翅翼式污泥管式熱解反應器

有效

• 申請號: 201810037591.8
• 申請日: 2018-01-15
• 公開（公告）號: CN108164113B
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 葛仕福;周彩玲;張程
• 申請（專利權）人: 東南大學;無錫市杰家化工裝備有限公司;江蘇澄乾環保工程有限公司
• 主分類號: C02F11/10
• 分類號: C02F11/10;C10B53/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明涉及一種翅翼式污泥管式熱解反應器，該反應器由熱解爐、燃燒室、煙氣混合室組成，熱解爐底部與燃燒室相連，熱解爐頂部與煙氣混合室相連，燃燒室設有天然氣燒嘴，天然氣量通過設在煙氣混合室上的溫度測量及控制儀調節，熱解爐內設有至少2層熱解管，每個熱解管兩端均伸出熱解爐外且分別設有進泥端口和出泥端口，最上一層熱解管的進泥端口作為所述反應器的進泥口，最下一層熱解管的出泥端口作為所述反應器的生物炭出口，相鄰熱解管中的上層熱解管的出泥端口與相鄰熱解管中的下層熱解管的進泥端口連接，所述熱解管包括管體，在管體內設有空心螺旋片。整個系統裝置在實現超低污染排放的過程中產生有價值的生物炭。

技術領域

本發明涉及一種在實現超低污染物排放下，經濟高效地處理污泥并產生生物炭的熱解反應器。

背景技術

污泥是污水處理中不可避免的副產物，隨著經濟的快速發展，在全球范圍內形成了一個嚴峻的水環境及污泥圍城形勢。污泥中含有大量重金屬、有機物等，具有很大的危害。而大量污泥的產生已變成污水處理廠亟待處理的問題。研究顯示，中國每年產生30億噸，歐盟每年產生54.8億噸污泥。作為水處理配套領域的污泥處置及相關領域將承擔著環境改善的重要任務。然而現實中我們對污泥的處置卻沒有達到相對應的要求。

現在污泥處置的主流技術路線有：厭氧消化、好氧發酵、干化焚燒、深度脫水+填埋這四個板塊。美國能源署和環保署將熱解-氣化列為第三代生物質能源利用關鍵技術，發展污泥清潔焚燒技術路線是未來的主流。目前針對城市污泥熱解處理主要有兩種技術：低溫熱解(低于550℃)和中高溫熱解(550℃-950℃)。與直接焚燒相比，污泥熱解具有明顯的技術優勢：

熱解是一種清潔焚燒技術、綠色無污染的熱化學處理技術；從根本上解決了煙氣污染物排放的問題；缺氧熱化學反應狀態，杜絕了二惡英和呋喃的產生；氣化后燃燒，不僅減少了焚燒煙氣量，還減少了煙氣中的灰量；污泥熱解溫度低，煙氣中無低沸點重金屬。污泥熱解過程中，污泥中的重金屬聚集并固化在生物炭中，極難釋放，因此可解決污泥重金屬污染問題。同時，污泥中含有大量的N、P和K，利用污泥熱解制備的生物炭N、P和K總含量也比較高。污泥熱解所得的生物炭可以回收利用污泥中的磷和鉀，對于磷、鉀資源匱乏的國家具有重要意義。此外，污泥熱解制備得到的生物炭比表面積達35m²/g，大量微孔不僅可以補充土壤的有機物含量，還可以改善土壤的透氣性和排水性，蓄留植物根部所需水分，有效地保存水分和養料，提高土壤肥力，是極佳的土壤改良劑。

然而現有的大部分污泥熱解工藝著重關注其所產生的衍生油，以制備高價值的能源使得處理工藝路線長、裝置投資高、運行費用大：熱解產物經水洗塔、尾氣冷凝分離器后，可燃氣進燃燒爐燃燒放熱，而焦油經隔油池分離后，再進行提質才可使用，工藝復雜，設備投資及運行費用都高，且系統焦油粘堵現象嚴重。

實踐證明，現有滾筒熱解制備生物炭裝置及系統，仍存在以下問題：

(1)由于焦油、污泥、硅化物等物質的存在，滾筒熱解爐內壁易結垢，最后成鍋巴狀，嚴重影響傳熱及熱解處理量，一般半年需清理一次，清理環境差，工作量大。

(2)隨著滾筒的旋轉，干污泥不斷向前推進。由于只存在一個較粗的滾筒，在其旋轉過程中，干污泥拋落高度較大，大量的熱解氣及泄露氣在一個端口排出產生氣流，而微細的污泥粉塵則會被熱解氣帶走，有些沒有完全炭化的污泥會在出口分離進入生物炭中，增加生物炭資源化利用的環境風險；有些細污泥被焦油吸附著，增加焦油的提質處理難度，還有一些則會污染尾氣冷凝換熱面，或與熱解氣體一起進入燃燒爐焚燒，增加煙氣污染物含量。

(3)熱解產物在洗氣塔、尾氣冷凝分離器中，焦油不可避免地粘在或堵在連接管道和換熱面上，嚴重影響系統正常運行，有時富集到一定程度，還會出現爆燃現象，降低運行安全性。

(4)對于滾筒式熱解爐，大直徑旋轉的滾筒與固定的熱煙氣加熱夾套和固定外筒之間的密封存在一定的技術難度，多個泄露點會增加煙氣的處理量，更降低了熱解氣的熱值。