專利名稱：污泥處理和輸送系統(tǒng)的制作方法
本申請(qǐng)是于1994年3月16日遞交的申請(qǐng)系列08/213718(現(xiàn)在是1996年12月24日發(fā)出的美國(guó)專利US5586510)的部分繼續(xù)申請(qǐng)。
本發(fā)明涉及用于處理含水污泥并將其送入到燃燒器中的系統(tǒng)，從而將與燃燒操作如水泥生產(chǎn)過(guò)程有關(guān)的污染性排出物降低。本發(fā)明還涉及通過(guò)將污泥導(dǎo)入燃燒操作過(guò)程中而對(duì)生物污泥，例如由廢水處理工廠產(chǎn)生的污泥進(jìn)行處理。
氮的氧化物是燃燒過(guò)程釋放出的一種主要污染物，并且已經(jīng)知道有多種燃燒過(guò)程會(huì)產(chǎn)生含有過(guò)分高的NOx的廢氣。在每一種燃燒過(guò)程中，燃燒器處的高溫會(huì)使某些氮的氧化物固定下來(lái)。在廢氣中發(fā)現(xiàn)這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)會(huì)在常溫下在空氣中繼續(xù)氧化成二氧化氮(NO2)，因而無(wú)法準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)在給定時(shí)間時(shí)廢氣中各種氣體的含量。因此，測(cè)定樣品中氧化氮(NO)+二氧化氮(NO2)和N2O的總量并且將它們稱為“氮的氧化物(NOx)”。
產(chǎn)生氯化氫(HCl)是燃燒過(guò)程的另一副作用。在與空氣中的水接觸時(shí)，氯化氫會(huì)形成鹽酸，它會(huì)與NOx一樣造成酸雨問(wèn)題。水泥的生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的工藝，它包括采礦和將原料研磨，然后將原料直接送到窯中，或者先將原料送入熱交換器(一般為預(yù)熱器或預(yù)煅燒器)中，然后再將原料排放到窯中并燒結(jié)產(chǎn)生“熟料”。然后再將熟料研磨并包裝作為水泥出售。這種現(xiàn)有的工藝示意性地示于

圖1中。
水泥窯操作屬于已知的產(chǎn)生大量不希望要的NOx和HCl的燃燒過(guò)程。NOx排出量可以通過(guò)將一種還原劑如氨導(dǎo)入燃燒混合物中而得到降低。
就目前可以采取的技術(shù)而言，降低HCl排放量需要采用濕洗滌器。濕洗滌器增加了燃燒過(guò)程的復(fù)雜性，并且大大增加了燃燒操作過(guò)程的成本。
人們已經(jīng)嘗試了對(duì)窯操作的各種改進(jìn)，以降低污染物的排放量并且利用燃燒過(guò)程來(lái)焚燒不需要的廢物。更一步地說(shuō)，人們已經(jīng)將廢水處理工廠的污泥(sludge)(即生物污泥)用作水泥窯操作過(guò)程的加入料，該方法除去了污泥。
舉例來(lái)說(shuō)，Yamane等人(美國(guó)專利5217624,1993年6月8日頒發(fā))描述了一種將廢物處理污泥加入到水泥窯中并且將在該污泥處理過(guò)程中產(chǎn)生的氣體加入到窯中的方法，以降低廢氣中的NOx含量。Yamane等人更具體地描述了一種將污泥與生石灰混合產(chǎn)生熟石灰和泥污泥的方法。將該混合物脫水，釋放出包含氨在內(nèi)的氣體。將余下的固體導(dǎo)入到水泥窯中，在水泥窯中石灰和無(wú)機(jī)物質(zhì)變成水泥的原料，而有機(jī)物質(zhì)變成水泥燃燒的燃料。在脫水過(guò)程中產(chǎn)生的氣體中的灰層和水蒸汽分別通過(guò)過(guò)濾和蒸餾來(lái)除去，使得含有氨的氣體導(dǎo)入到窯中。含有氨的氣體有助于降低NOx排出量。
Lafser,Jr等人(US4921538,1990年5月1日授權(quán))公開(kāi)了一種將污染的泥水和礦物質(zhì)在水泥熟料制造過(guò)程中循環(huán)再利用的方法。將被污染的物質(zhì)與無(wú)機(jī)物在水中混合，從而形成一種適合生產(chǎn)波特蘭水泥的原料料漿，然后將其加入到水泥窯中。
Wuntz(美國(guó)專利4306978,1981年12月22日授權(quán))涉及一種使廢含水污泥石灰穩(wěn)定的方法。將污泥脫水，以產(chǎn)生含有10％-60％固體的污泥焦炭，然后將其與氧化鈣混合，產(chǎn)生穩(wěn)定的污泥顆粒。
Steinbiss等人(US4640681,1987年2月3日授權(quán))涉及一種用于除去低熱量有害廢料，如棄物的方法和裝置。在該廢料中，所考慮的是“家庭廢料、農(nóng)業(yè)廢料和工業(yè)廢料”。
Enkegaard(US4984983,1991年1月15日授權(quán))涉及一種用于同時(shí)燒結(jié)固體漿料、油污或污泥形式的有害有機(jī)廢料的方法和裝置，它是將該廢料直接導(dǎo)入工業(yè)旋轉(zhuǎn)窯的燃燒區(qū)中并且并將該廢料在該區(qū)中與水泥窯或輕量集料一起燒結(jié)。特別是，在將氣體噴入窯中之前將廢物氣化。該氣化過(guò)程可以在常規(guī)的氣化器，如用于煤氣化器中完成。
Mozes等人(US5058514,1991年10月27日授權(quán))描述了一種用于同時(shí)控制發(fā)電廠燃料氣體中二氧化硫和NO排放量的方法。在所說(shuō)的方法中，將石灰石的水漿和含氮前體如尿素在900-1350℃的溫度下噴入窯中。
與前面的技術(shù)有些相似的是，Amrhein等人(US5176088,1993年1月5日授權(quán))公開(kāi)了將氨噴入溫度為1600-2000華氏度的窯區(qū)域中以降低NOx。
因此，在本領(lǐng)域中需要降低在燃燒過(guò)程，如水泥窯操作過(guò)程中產(chǎn)生的污染物排放量。特別是需要降低NOx的排放量。
在本領(lǐng)域中還需要降低在燃燒過(guò)程，特別是水泥窯操作過(guò)程中產(chǎn)生的HCl排放量。
本領(lǐng)域中的另一個(gè)需要是提供一種用于處理含水污泥并將其送入燃燒器(通常地是帶有預(yù)燒成器的水泥窯)中的安全、廉價(jià)和有效的系統(tǒng)。
本領(lǐng)域中還需要利用和除去泥污泥。
本領(lǐng)域中的這些和其它一些要求如下所說(shuō)通過(guò)本發(fā)明來(lái)描述。
本發(fā)明涉及一種用于處理含水污泥并將其送入燃燒器中的系統(tǒng)，從而使由該污泥燃燒過(guò)程產(chǎn)生的污染性排放物降低。該系統(tǒng)的操作過(guò)程已詳細(xì)描述于先前申請(qǐng)S.N.08/213718中，該申請(qǐng)作為參考而全部引入本文。這種方法包括將含水污泥(潮濕)在燃燒過(guò)程中導(dǎo)入燃燒混合物中，以降低不需要的污染物，特別是NOx和HCl的排放量。本發(fā)明是將含水污泥顆粒以一定的量并在燃燒操作過(guò)程中一定的位置導(dǎo)入燃燒操作過(guò)程中，以有效地降低該燃燒過(guò)程所產(chǎn)生的出口煙道氣體中的NOx和在某些情況下的HCl排放量。優(yōu)選地，將可以使NOx和HCl排放量有效達(dá)到最佳降低的數(shù)量的污泥在發(fā)生最多污染物如NOx和HCl排放量降低的位置到燃燒操作過(guò)程中。一般說(shuō)來(lái)，最佳的導(dǎo)入燃燒操作過(guò)程的位置是在溫度為約1500-1800華氏度的出口煙道氣體中。在將污泥導(dǎo)入由窯和預(yù)煅燒器組成的燃燒操作過(guò)程，如水泥窯操作過(guò)程中的特定情況下，污泥在位于將窯出口煙道氣體和燒結(jié)器煙道氣體的混合的預(yù)煅燒器燃燒區(qū)下游的某一點(diǎn)導(dǎo)入。
可以通過(guò)將含水污泥在加壓下利用霧化空氣經(jīng)過(guò)具有適當(dāng)尺寸的孔而形成污泥顆粒，從而將足夠量的污泥導(dǎo)入以有效地降低NOx排放量。在測(cè)定污泥的最佳導(dǎo)入量以后，可以改變霧化器設(shè)計(jì)和霧化器壓力，特別是空氣壓力，以產(chǎn)生最佳的顆粒尺寸。最佳的顆粒尺寸可以通過(guò)改進(jìn)的窯性能以及增加的污染物排放量的降低，或者窯操作所需的其它性能參數(shù)而反映出來(lái)。污泥顆粒一般不超過(guò)約25毫米，但這一點(diǎn)可以隨著污泥的來(lái)源和水份含量而變化，并且這不是關(guān)鍵。
正如在先前的申請(qǐng)SN08/213718中所說(shuō)，將含水污泥在溫度約為1500-1800華氏度的燃燒過(guò)程中的每一點(diǎn)導(dǎo)入，優(yōu)選地該溫度約為1700華氏度。通常導(dǎo)入到燃燒過(guò)程中的污泥含有足夠量的水份，從而很容易以顆粒形式輸送并導(dǎo)入燃燒過(guò)程如窯中。優(yōu)選地水份含量不能太高，因?yàn)檫@將會(huì)降低所產(chǎn)生的蒸汽量以及廢氣的體積。一般，該污泥由最高達(dá)約80-85重量％的水組成，并且不能包括低于約65-70重量％的水。優(yōu)選地，該污泥由約70-80重量％水組成。污泥中最佳的水濃度可以通過(guò)機(jī)械脫水操作如離心和帶壓來(lái)達(dá)到，典型地可以通過(guò)衛(wèi)生區(qū)來(lái)產(chǎn)生和處理。這些脫水操作不能明顯影響濕污泥的氨含量。
如果送到燃燒操作位置的污泥處于適當(dāng)?shù)乃址秶酝?，本發(fā)明可以減少或增加水含量。舉例來(lái)說(shuō)，如果污泥的水分含量太高，可以通過(guò)機(jī)械脫水或蒸發(fā)來(lái)部分降低水含量，盡管在降低水量以后仍要保留充分的水量以泵送污泥并導(dǎo)入窯中。如果水量太低，可以將水加入到污泥中。由于干燥較費(fèi)錢，因此不太可能提供太干的污泥。
在母專利申請(qǐng)SN 08/213718中所說(shuō)的方法提供導(dǎo)入最大量的包含在污泥中的氨。存在于污泥中大多數(shù)氨溶解在水相中。氨還由潮濕并在適當(dāng)位置加入的污泥顆粒中釋放出來(lái)。因此本發(fā)明在降低污染物排放方面具有極大的經(jīng)濟(jì)性和效率。
將含水污泥導(dǎo)入到燃燒操作中是明顯有利的。污泥通常含有85％以上的水，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，基本上全部的水在將其固體物質(zhì)導(dǎo)入到水泥窯中之前需要從污泥中除去。機(jī)械脫水可以使水分含量達(dá)到約80％。但是除去水，特別是當(dāng)需要進(jìn)行干燥時(shí)會(huì)使污泥處理的成本和復(fù)雜性大大增加。
另一方面，本發(fā)明涉及燃燒操作設(shè)備，如窯，以及用來(lái)將污泥含水顆粒導(dǎo)入到燃燒操作設(shè)備中的裝置。這種裝置優(yōu)選地包括用于產(chǎn)生具有適當(dāng)尺寸的污泥顆粒如霧化系統(tǒng)。因此，用來(lái)將污泥含水顆粒導(dǎo)入到燃燒操作過(guò)程中的裝置需要與常規(guī)燃燒操作如圖1所示的現(xiàn)有的水泥窯不太有關(guān)的裝置。這種燃燒操作設(shè)備還包括與燃燒操作如水泥生產(chǎn)有關(guān)的裝置和機(jī)械。
本發(fā)明涉及一種用于操作和輸送含水污泥到燃燒器的系統(tǒng)，從而將由該污泥的燃燒過(guò)程釋放的污染物排放量降低。本發(fā)明的系統(tǒng)包括(a)燃燒裝置；(b)用于接受要燃燒的污泥的第一接受裝置；(c)用于將污泥由所述第一接受裝置輸送到污泥導(dǎo)管的裝置；(d)用于從污泥導(dǎo)管接受污泥的第二接受裝置；(e)用于將污泥由第二接受裝置在某個(gè)可以有效地降低由污泥在燃燒裝置中燃燒產(chǎn)生的污染物排放量的位置導(dǎo)入到燃燒裝置中的裝置；優(yōu)選地，本發(fā)明的系統(tǒng)的燃燒裝置包括含有煙道氣體出口的水泥窯。較為合適的是，含有煙道氣體出口的預(yù)煅燒器與該窯一起工作。
優(yōu)選地，用于將污泥導(dǎo)入燃燒裝置中的裝置位于預(yù)煅燒器煙道氣體出口中，處在預(yù)煅燒器燃燒區(qū)的下游，并且是在窯煙道氣體出口與預(yù)煅燒器煙道出口氣體相混合的位置。優(yōu)選地，用于將污泥導(dǎo)入到燃燒裝置中的裝置包括一種霧化系統(tǒng)，其位置在污泥導(dǎo)入的位置處。優(yōu)選地，用于將污泥導(dǎo)入到燃燒裝置中的裝置還包括與霧化系統(tǒng)流體相連的泵送裝置，用于將污泥輸送到霧化系統(tǒng)中。當(dāng)用于將污泥導(dǎo)入到燃燒裝置中的裝置還包括用于將水導(dǎo)入到污泥中的裝置時(shí)，可以獲得更好的效果，這樣可以用水潤(rùn)滑污泥，從而減小在污泥導(dǎo)管中的摩擦性。
典型地，用于接受要燃燒的含水污泥的第一接受裝置至少包括一個(gè)容量為0.5-100噸的污泥倉(cāng)。用于將污泥由第一接受裝置輸送到污泥導(dǎo)管中的裝置可以是一個(gè)或多個(gè)螺旋送料器，它們優(yōu)選地與合適的泵送裝置如水力活塞泵流體相通。
用于接受污泥導(dǎo)管的污泥的第二接受裝置優(yōu)選地至少包括一個(gè)容量為約1-100立方英尺的污泥吊裝振動(dòng)倉(cāng)(slinger surge bin hopper)。優(yōu)選地，該污泥吊裝振動(dòng)倉(cāng)通過(guò)至少一個(gè)螺旋送料裝置而與污泥吊裝器流體相連，這些螺旋送料裝置與料倉(cāng)出口和污泥吊裝器進(jìn)口相通。污泥吊裝器的出口優(yōu)選地通過(guò)至少一個(gè)用于將污泥注入預(yù)煅燒器中的噴嘴與燃燒裝置的預(yù)煅燒器進(jìn)口流體相連。
下面將參照附圖和所附的說(shuō)明對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
圖1是典型的現(xiàn)有的水泥生產(chǎn)操作過(guò)程的示意圖，從采礦和破碎原料、研磨和送入到水泥熟料生產(chǎn)窯中一直到熟料運(yùn)輸、研磨和成品的運(yùn)輸。
圖2是預(yù)煅燒器和水泥窯的示意圖。優(yōu)選的用于將本發(fā)明的含水污泥導(dǎo)入的位置用箭頭表示。
圖3是用于導(dǎo)入污泥的水泥窯位置的示意圖，它應(yīng)處于混合室中。該圖示意性地表示了在導(dǎo)入污泥以后影響NOx排放的情況。更具體地說(shuō)，在該圖中可以看出影響NOx產(chǎn)生的NH3與N揮發(fā)物之間的理論反應(yīng)。
圖4表示在導(dǎo)入到窯中以后污泥氮的減少情況。圖4中的步驟與圖3中的步驟相關(guān)。
圖5表示導(dǎo)入到窯中的污泥顆粒中釋放NH3的示意圖。
圖6是在導(dǎo)入到水泥窯中預(yù)煅燒器中后污泥顆粒的狀態(tài)圖。水平移動(dòng)沿y矢量方向進(jìn)行；垂直移動(dòng)沿x矢量方向進(jìn)行。x方向上的移動(dòng)是顆粒尺寸的函數(shù)，而在y方向上的移動(dòng)是噴射速度的函數(shù)。顆粒的干燥在噴入到窯中后發(fā)生。
圖7是與在水泥窯出口氣體中減少NOx排放量有關(guān)的參數(shù)示意圖。
圖8是用于本發(fā)明的污泥處理和送料系統(tǒng)的示意圖。
圖9是優(yōu)選的本發(fā)明的污泥處理和送料系統(tǒng)的示意圖。
本發(fā)明的主要目的在于提供一種有效的高效的用于處理含水污泥并將其在燃燒操作處理液流中的某一點(diǎn)加入到燃燒器中的系統(tǒng)，在該位置可以有效地使燃燒操作出口氣體中的污染物含量降低。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及用于降低窯，特別是水泥窯中NOx和HCl產(chǎn)生量的系統(tǒng)。
用于本文中時(shí)，術(shù)語(yǔ)“窯”通常是指在材料制備或能量產(chǎn)生過(guò)程中用于燃燒操作或處理的燃燒操作設(shè)備。因此，在本申請(qǐng)中，除非另有說(shuō)明，術(shù)語(yǔ)“窯”是指任何一種這樣的燃燒操作設(shè)備。
優(yōu)選地該燃燒操作過(guò)程包括一種窯。在具體實(shí)施方案中，本發(fā)明將含水污泥導(dǎo)入用于波特蘭水泥熟料生產(chǎn)過(guò)程中所用的水泥窯中?？梢悦靼椎氖窃摬ㄌ靥m水泥是一種由多個(gè)水泥生產(chǎn)商制造的水硬水泥。除了用于水泥生產(chǎn)的窯之外，本發(fā)明還包括將污泥導(dǎo)入石灰、磚塊、礦物和紙張等生產(chǎn)過(guò)程中所用的窯，特別是旋轉(zhuǎn)窯中。術(shù)語(yǔ)“窯”還包括長(zhǎng)干燥窯、帶有鍋爐的窯、預(yù)熱窯、預(yù)煅燒窯、濕窯及其類似窯。本發(fā)明還可以進(jìn)一步延伸但它不限于在金屬制造、玻璃制造和能源產(chǎn)生，如燃燒煤以發(fā)電中的燃燒過(guò)程。
優(yōu)選地，本發(fā)明用于涉及將含水污泥導(dǎo)入窯處理料流中的方法中，其中氨(NH3)與非氨氮的比例足以使NOx降低。雖然不想受到任何使NOx排放量降低的機(jī)理的特定理論的約束，可以認(rèn)為在將含水污泥導(dǎo)入到燃燒操作過(guò)程中以后使NOx排放量降低涉及用NH3選擇性還原。因此，該過(guò)程不需要使整個(gè)O2/燃料比率變成富含燃料(化學(xué)計(jì)量的空氣)。另外某些NOx還原以及抵制N揮發(fā)物轉(zhuǎn)化成NOx還可以由通過(guò)污泥燃燒而產(chǎn)生的局部還原區(qū)產(chǎn)生。在本文中所提出的選擇性還原機(jī)理解釋了為什么不需要大量的會(huì)導(dǎo)致高CO排放的污泥來(lái)使污染物排放量達(dá)到相同的降低水平。因此，本發(fā)明污泥的用量低于在采用干污泥作為燃料時(shí)通常所用的量。另外根據(jù)本發(fā)明，氨的釋放伴隨著干燥過(guò)程并且使導(dǎo)入至窯處理料流中的污泥釋放出氮揮發(fā)物。
導(dǎo)入污泥可以導(dǎo)致導(dǎo)入不會(huì)與NOx起反應(yīng)并且還原NOx的NH3。相反，該未反應(yīng)的NH3“滑泥”(slip)會(huì)在煙氣出口的下游與HCl起反應(yīng)并且中和HCl從而形成NH4Cl鹽，例如在約700華氏度或更低的溫度下。在水泥窯操作過(guò)程中，該反應(yīng)通常是在袋濾器上游或在袋濾器中進(jìn)行。但是，大多數(shù)NH3會(huì)起反應(yīng)以還原NOx，而不是作為滑泥逸出，后者將會(huì)導(dǎo)致形成卷流(plume)。
該污泥以顆粒導(dǎo)入到窯中，其中選擇顆粒尺寸范圍以滿足顆粒輸送、顆粒干燥時(shí)間和完成干燥、使氨釋放和最終使污泥燃燒所需的顆粒滲透的需要。顆粒尺寸優(yōu)選地是由對(duì)燃燒操作過(guò)程的影響而確定的操作參數(shù)。顆粒尺寸可以隨霧化器類型和霧化空氣壓力而變化，同時(shí)保持將導(dǎo)入的污泥量。
在確定最佳的污泥導(dǎo)入速度、污泥的顆粒尺寸和其它用于設(shè)計(jì)本發(fā)明的窯的因素時(shí)應(yīng)考慮下列因素。窯的尺寸、類型、燃料消耗量和操作溫度是非常重要的。在無(wú)污泥時(shí)窯出口和預(yù)煅燒器氣體出口處的氧氣、NOx、CO和HCl的濃度也較重要。另外關(guān)鍵的是在導(dǎo)入位置如混合室或者預(yù)煅燒器(如果存在的話)中的氣體溫度。在設(shè)計(jì)本發(fā)明的系統(tǒng)時(shí)另一個(gè)關(guān)鍵因素是污泥中氨、非氨氮、水分量和BTU的含量。如果這些因素確定了，就可以確定污泥的噴入速度，從而在窯氣體出口處形成足以使?jié)撛诘腘Ox降低量達(dá)到30％左右的條件(即NH3/NOx摩爾比約為0.3)。污泥噴入速度優(yōu)選地還可以根據(jù)提供少量NH3滑泥以與氯化氫反應(yīng)并將其中和以形成氯化銨鹽，同時(shí)避免形成卷流而確定。
以干重為基礎(chǔ)計(jì)算，大約5000-10000磅/小時(shí)的噴入速度(相當(dāng)于大約10-20噸/小時(shí)濕重，其中水含量為約75％)預(yù)計(jì)可以在具有表1中所示參數(shù)的的水泥窯中使NOx降低約15-30％。更高的噴入速度可以導(dǎo)致更高的NOx降低水平。
表1窯參數(shù)
窯出口氣體中NOx降低的能力優(yōu)選地大于約30％。確定此值的主要假設(shè)是在將污泥顆粒導(dǎo)入到窯中時(shí)與水一起釋放的濕污泥中的氨含量以及在不存在污泥時(shí)基線NOx排放量。此外，可以認(rèn)為通過(guò)適當(dāng)選擇噴入位置和前面所說(shuō)的參數(shù)而使干污泥揮發(fā)氮轉(zhuǎn)化成NOx的量達(dá)到最低。
用于本文時(shí)，下列術(shù)語(yǔ)具有下列涵義術(shù)語(yǔ)“污染物”是指具有有害或有毒性能的燃燒排放氣體中的成分。本發(fā)明可以降低污染物的排放。更進(jìn)一步地說(shuō)，術(shù)語(yǔ)“污染物”是指可以在大氣中反應(yīng)形成酸并且有助于環(huán)境臭氧形成的化合物。在具體的方面，術(shù)語(yǔ)“污染物”是指NOx和HCl。
術(shù)語(yǔ)“含水污泥”通常是指懸浮或混合在水中的生物固體，如由廢水處理廠產(chǎn)生的含水污泥。本發(fā)明的一個(gè)特別的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)利用它來(lái)制造水泥的高效、經(jīng)濟(jì)地處理污泥。但是本發(fā)明還可以利用除了污泥以外的含水有機(jī)固體或生物固體。
以基于氮的干重計(jì)算，該污泥含有約0.4-1.5％重量氨。非氨與氨氮的重量比約為1.5-12.0。污泥中另外的成分包括但不限于碳、氫、氧、硫和其它元素。污泥包含揮發(fā)性成分和在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生灰的固體。該污泥較好地還可以含有水，因而省去了現(xiàn)有的污泥燃燒方法所必需的脫水步驟。
通常，導(dǎo)入到燃燒操作過(guò)程中的污泥中的水含量約為65-70％重量，最高達(dá)約80-85％重量。優(yōu)選地，水份含量為約70-80％重量。在特定的實(shí)施方案中，水份含量約為75％。如果水含量太高，水的蒸發(fā)將會(huì)整體變冷，這將對(duì)燃燒操作過(guò)程產(chǎn)生不利影響，或者會(huì)限制可能的污染物排放量的降低。如果水含量太低，將不可能將污泥顆粒導(dǎo)入到燃燒操作過(guò)程中。污泥樣品的具體例子的參數(shù)示于表2中。
表2
污泥中的水含量?jī)H在將污泥導(dǎo)入到燃燒操作過(guò)程中時(shí)是重要的。在大多數(shù)情況下，在導(dǎo)入到燃燒操作過(guò)程之前，無(wú)需另外對(duì)污泥進(jìn)行處理。不管怎么說(shuō)，對(duì)水含量可能會(huì)太高或太低的污泥進(jìn)行水含量調(diào)節(jié)是有利的，雖然實(shí)際上不一定有可能。這是因?yàn)橛捎诖罅课镔|(zhì)是水，具有高水含量的污泥運(yùn)輸費(fèi)用較高。具有低水含量的污泥由于干燥需要干燥池用的空間和時(shí)間，故其費(fèi)用較高。因此，生產(chǎn)太濕的用于本發(fā)明的污泥是沒(méi)有刺激的。不管怎么說(shuō)，本發(fā)明例如通過(guò)機(jī)械脫水(利用帶壓或離心)或蒸發(fā)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，從而降低了在燃燒污泥時(shí)所產(chǎn)生的水蒸汽量。本發(fā)明還涉及將水加入到具有太低水含量的污泥中。
人們還認(rèn)識(shí)到污泥本身也可以作燃料。也就是說(shuō)污泥含有能量，還可以用BTU來(lái)表示。舉例來(lái)說(shuō)，污泥中每磅干固體的能量約為4500-6500BTU；污泥中存在的揮發(fā)份的能量約為12000。因此，將污泥導(dǎo)入到燃燒操作過(guò)程中可以使能量消耗稍稍降低。這種能量消耗的降低部分抵消了污泥中的水份含量，但是，含水污泥中的凈BTU含量在污泥的水份含量下是正的(凈燃料節(jié)省)。
用于本文中時(shí)，術(shù)語(yǔ)“霧化系統(tǒng)”是指由污泥產(chǎn)生具有一定尺寸的顆粒的設(shè)備和裝置。舉例來(lái)說(shuō)，該霧化系統(tǒng)可以是一種旋轉(zhuǎn)霧化系統(tǒng)，其中氣流或空氣使含水污泥通過(guò)一種霧化器，結(jié)果產(chǎn)生污泥顆粒，該霧化器是一種處于壓力下的噴腔噴嘴，或者是雙料流霧化器。在特定的實(shí)施方案中，可以產(chǎn)生尺寸為約5毫米-25毫米的顆粒。但是，實(shí)際的顆粒尺寸不需要測(cè)定，或者如果測(cè)定的話，則必定落在上述范圍內(nèi)。關(guān)鍵的一點(diǎn)是該霧化系統(tǒng)產(chǎn)生了導(dǎo)入到燃燒操作過(guò)程中時(shí)會(huì)使污染物排放量降低的污泥顆粒。
現(xiàn)在參見(jiàn)附圖2，它表示了在本發(fā)明優(yōu)選的方案中的典型的水泥窯10和預(yù)煅燒器20，污泥在預(yù)煅燒器煙道氣體入口22處導(dǎo)入。更優(yōu)選地，污泥在預(yù)煅燒器中導(dǎo)入，其位置位于預(yù)煅燒器燃燒區(qū)域和窯出口煙道氣體進(jìn)入點(diǎn)的下游(圖3)。在這種結(jié)構(gòu)中，本發(fā)明可以使來(lái)自窯和預(yù)煅燒器燃燒操作的污染物排放量降低。本發(fā)明使在污泥導(dǎo)入點(diǎn)處的煙道氣的溫度為約1500華氏度-1800華氏度，更優(yōu)選地為1700華氏度。
在將污泥導(dǎo)入到煙道氣體中時(shí)，會(huì)發(fā)生一系列導(dǎo)致NOx排放量降低的過(guò)程。一開(kāi)始會(huì)釋放出存在于污泥中的水和更重要的氨。在該步驟中釋放出的氨與NO和氧結(jié)合形成分子氮和水。此時(shí)使得氣體中的NOx量大大降低。在起初釋放出氨和水以后，揮發(fā)性氮，包括存在于污泥固體顆粒中的氨也會(huì)釋放出來(lái)?？偟姆磻?yīng)是導(dǎo)致NOx形成量降低的那種。該方法的總效果是在除了除去污泥之外使NOx排放量明顯降低。該反應(yīng)概述于圖4中。
在導(dǎo)入污泥時(shí)釋放出的氨還可以使HCl排放量降低。由污泥NH3和NOx之間的反應(yīng)產(chǎn)生的污泥NH3滑泥可以與袋濾器中的HCl起反應(yīng)以形成NH4Cl，從而中和了HCl。以這種方式中和HCl避免了使用濕洗滌器以降低HCl排放量。
正如前面所指出的那樣，煙道氣體中污染物排放量的降低主要取決于污泥中氨的釋放。本發(fā)明的一個(gè)特別的好處在于污泥中氨含量較高并且同時(shí)污泥提供了能量。
濕污泥含有100％存在于污泥中氨(圖5)。根據(jù)模型系統(tǒng)，可以預(yù)計(jì)在污泥顆粒在窯高溫下部分干燥以后，大約保留約48％的起始氨。因此，很顯然本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于所有存在于污泥中的氨可以用于煙道氣體中的反應(yīng)以降低NOx和HCl排放量。
圖6是表示導(dǎo)入到窯中的污泥顆粒的性能。濕污泥噴入到燃燒操作過(guò)程中的適當(dāng)位置。正如人們可能理解的那樣，燃燒氣體的基本流動(dòng)方向是向上流動(dòng)。因此對(duì)于每一個(gè)污泥顆粒的運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)，均有兩個(gè)組成矢量，即在X方向上的垂直運(yùn)動(dòng)，它取決于煙道氣體的速度，和在Y方向上的水平運(yùn)動(dòng)，它取決于污泥噴入的速度。每一個(gè)污泥顆粒均具有一個(gè)取決于顆粒尺寸的干燥時(shí)間。干燥時(shí)間反過(guò)來(lái)又影響顆粒受到X和Y方向力的過(guò)程的時(shí)間。干燥時(shí)間越長(zhǎng)，在各個(gè)方向上移動(dòng)的距離越長(zhǎng)。選擇污泥的顆粒尺寸使其符合顆粒輸送、顆粒干燥時(shí)間和顆粒滲透的需要，從而最有效地使煙道氣體中的污染物降低。
導(dǎo)入該系統(tǒng)中的污泥的量決定了NOx排放量的降低程度。導(dǎo)入的污泥越多，NOx排放量降低得越多。但是，太多的污泥會(huì)使燃燒系統(tǒng)過(guò)載。導(dǎo)入的實(shí)際污泥量如上所說(shuō)取決于窯的性能，如窯的類型、窯的尺寸、用來(lái)燃燒該窯的燃料的量和種類等等。導(dǎo)入的污泥的量可以變化，以使污染物排放量的降低達(dá)到最佳。
以干重計(jì)算，大于約5000-10000磅/小時(shí)的污泥噴入速度可以使參數(shù)如表1中所示的水泥窯中NOx排放量降低15-30％。
由于該方法提出氨的釋放將基本上伴隨著干燥過(guò)程，并且釋放出氮揮發(fā)物，煙道氣體中的氨將在可以用于形成NOx的氮之前存在。
圖7中概述了降低煙道氣體中NOx排放量和處理污泥所涉及的關(guān)鍵參數(shù)。噴入方向、噴射器的數(shù)量、顆粒尺寸、顆粒速度、煙道氣體速度、污泥氮分配、污泥水含量和溫度影響混合及氨/非氨釋放的溫度。破碎和沉積控制也取決于顆粒尺寸和運(yùn)行的距離，這反過(guò)來(lái)又與顆粒速度有關(guān)。這些因素還受到煙道氣體中所存在的過(guò)量氧含量的影響，它反過(guò)來(lái)又與存在氧及燃料的數(shù)量有關(guān)。最后，噴射方式和灰熔化溫度影響產(chǎn)量。
本發(fā)明特別是涉及一種用于處理和輸送污泥到工藝物流中，該過(guò)程可以有效地產(chǎn)生NOx，并且HCl的排放量降低。在本發(fā)明的一個(gè)特定方面，該污泥可以導(dǎo)入如圖8所示的預(yù)煅燒器中。污泥可以由25噸裝料卡車30通過(guò)帶式輸送機(jī)32送入到加料倉(cāng)34中。螺旋加料器36將污泥送入到污泥泵38中，該泵通過(guò)由75馬力電機(jī)42供給能量的水力驅(qū)動(dòng)器40操作。優(yōu)選地，水通過(guò)噴射器44噴入到從污泥泵中泵出的污泥中，以產(chǎn)生潤(rùn)滑作用。更優(yōu)選地，安裝計(jì)量泵46來(lái)控制水的噴入速度。在一個(gè)特定的方面，水以約24加侖/小時(shí)的速度噴入。在該特定的方案中，污泥從污泥泵通過(guò)8英寸管48以大約40-80加侖/分鐘濕污泥(含有約25％固體)的速度輸送。該污泥到達(dá)旋轉(zhuǎn)霧化系統(tǒng)50，其采用800SCFM100PSIG蒸汽或空氣加壓。因此該污泥以顆粒形式導(dǎo)入到預(yù)煅燒器20中。
圖9表示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案?？ㄜ?0將污泥送入第一接受裝置中，第一接受裝置是一種污泥倉(cāng)61，其容量為0.5-100噸，一般尺寸的料倉(cāng)61容量為60噸。兩臺(tái)位于料倉(cāng)61下方的可變速度的螺旋器62將污泥送入到水力活塞泵63中并且送入到污泥導(dǎo)管64，即鋼管中。優(yōu)選地，通過(guò)泵66和噴水器67噴入管狀水65，從而潤(rùn)滑污泥并降低管道64中的摩擦力。然后含水污泥進(jìn)入兩條通道。一條通道用于通過(guò)噴嘴71將空氣噴入到預(yù)煅燒器73中，空氣已經(jīng)通過(guò)空氣壓縮機(jī)72加壓送入。在第二條通道中，污泥由導(dǎo)管64送入第二接受裝置，如污泥吊裝振動(dòng)倉(cāng)68中，該振動(dòng)倉(cāng)的容量為1-100立方英尺，如60立方英尺。污泥由料倉(cāng)68通過(guò)螺旋加料器69排出，該螺旋加料器使污泥送入到污泥吊裝器70中，該吊裝器將污泥噴入預(yù)煅燒器73中。
本發(fā)明不僅僅限于所說(shuō)的特定的實(shí)施方案。確實(shí)，對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，由上面的描述及附圖，本發(fā)明的各種變化以及本文中所說(shuō)的內(nèi)容將是明顯的。這些變化應(yīng)被視為落在所附的權(quán)利要求書(shū)范圍中。
在本文中引用了多種出版物，其公開(kāi)的內(nèi)容作為參考全文引入本文。
權(quán)利要求
1．一種用于處理和輸送含水污泥到燃燒器的系統(tǒng)，從而將由該污泥的燃燒過(guò)程釋放的污染物排放量降低，該系統(tǒng)包括(a)燃燒裝置；(b)用于接受要燃燒的污泥的第一接受裝置；(c)用于將污泥由第一接受裝置輸送到污泥導(dǎo)管的裝置；(d)用于將污泥由污泥導(dǎo)管在某個(gè)可以有效地降低由污泥在燃燒裝置中燃燒產(chǎn)生的污染物排放量的位置導(dǎo)入到燃燒裝置中的裝置。
2．權(quán)利要求1所說(shuō)的系統(tǒng)，其中該燃燒裝置包括含有煙道氣體出口的水泥窯。
3．權(quán)利要求2所說(shuō)的系統(tǒng)，它包括與該窯一起工作的預(yù)煅燒器，所說(shuō)的預(yù)煅燒器含有煙道氣體出口。
4．權(quán)利要求3所說(shuō)的系統(tǒng)，其中用于將污泥導(dǎo)入燃燒裝置中的裝置位于預(yù)煅燒器煙道氣體出口中，處在預(yù)煅燒器燃燒區(qū)的下游，并且是在窯煙道氣體出口與預(yù)煅燒器煙道氣體出口的氣體相混合的位置。
5．權(quán)利要求1所說(shuō)的系統(tǒng)，其中用于將污泥導(dǎo)入到燃燒裝置中的裝置包括一種霧化系統(tǒng)，其位置在污泥導(dǎo)入的位置處。
6．權(quán)利要求5所說(shuō)的系統(tǒng)，其中用于將污泥導(dǎo)入到燃燒裝置中的裝置還包括與霧化系統(tǒng)流體相連的泵送裝置，用于將污泥輸送到霧化系統(tǒng)中。
7．權(quán)利要求1所說(shuō)的系統(tǒng)，其中用于將污泥導(dǎo)入到燃燒裝置中的裝置還包括用于將水導(dǎo)入到污泥中的裝置，從而用水潤(rùn)滑污泥。
8．權(quán)利要求1所說(shuō)的系統(tǒng)，其中第一接受裝置至少包括一個(gè)容量為0.5-100噸的污泥倉(cāng)。
9．權(quán)利要求1所說(shuō)的系統(tǒng)，其中用于將污泥由第一接受裝置輸送到污泥導(dǎo)管中的裝置包括至少一個(gè)螺旋送料器。
10．權(quán)利要求9所說(shuō)的系統(tǒng)，其中用于將污泥由第一接受裝置輸送到污泥導(dǎo)管中的裝置還包括至少與該螺旋加料器流體相通的泵送裝置。
11．權(quán)利要求1所說(shuō)的系統(tǒng)，它還包括位于污泥導(dǎo)管和燃燒裝置之間的第二接受裝置，用于接受至少部分來(lái)自污泥導(dǎo)管的污泥。
12．權(quán)利要求1所說(shuō)的系統(tǒng)，其中第二接受裝置至少包括一個(gè)容量為約1-100立方英尺的污泥吊裝振動(dòng)倉(cāng)。
13．權(quán)利要求12所說(shuō)的系統(tǒng)，其中該污泥吊裝振動(dòng)倉(cāng)通過(guò)至少一個(gè)螺旋送料裝置而與污泥吊裝器流動(dòng)相連，這些螺旋送料裝置與料倉(cāng)出口和污泥吊裝器進(jìn)口相通，所說(shuō)的污泥吊裝器可以將污泥噴入到所說(shuō)的燃燒裝置中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于處理和輸送含水污泥到燃燒器中的系統(tǒng),從而降低與燃燒操作過(guò)程如水泥制造有關(guān)的污染物排放量。該系統(tǒng)含有燃燒裝置;用于接受要燃燒的污泥的第一接受裝置;用于將污泥由第一接受裝置輸送到污泥導(dǎo)管的裝置;用于將污泥由污泥導(dǎo)管在某個(gè)可以有效地降低由污泥燃燒產(chǎn)生的污染物排放量的位置導(dǎo)入到燃燒裝置中的裝置。
文檔編號(hào)C04B7/42GK1216519SQ97194008
公開(kāi)日1999年5月12日 申請(qǐng)日期1997年12月17日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月23日
發(fā)明者R·利昂·倫納德, 厄爾·F·鮑斯, 安妮·T·麥奎因, 小哈利·O·比格斯 申請(qǐng)人:水泥工業(yè)環(huán)境聯(lián)營(yíng)公司