一種微波輻照濕污泥干化熱解連續(xù)反應(yīng)裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微波輻照濕污泥干化熱解連續(xù)反應(yīng)裝置及方法。裝置包括污泥倉、攪拌器、料斗給料器、污泥形狀控制器、皮帶傳送器、功率控制微波輻照器、微波熱解反應(yīng)腔、壓力傳感控制器、風(fēng)機(jī)、冷凝換熱器、刮板分離器、油水分離器）、疏液槽、焦炭儲(chǔ)罐、產(chǎn)物油罐、產(chǎn)物氣罐、氮?dú)獍l(fā)生器、焦炭破碎機(jī)、污泥水罐和氣體分流板。本發(fā)明充分利用微波物料內(nèi)部加熱的特點(diǎn)減少散熱損失，針對(duì)濕污泥直接干化熱解，得到裂解油，可燃?xì)夂凸腆w焦炭三種產(chǎn)品，并充分利用產(chǎn)物氣的熱量回收和產(chǎn)物殘?jiān)妮o助微波加熱特性降低運(yùn)行成本，提高了污泥熱解效率和產(chǎn)物品質(zhì)。裝置結(jié)構(gòu)簡單，體積小，設(shè)計(jì)合理，便于市場(chǎng)普及，適合于微波污泥連續(xù)熱解的工業(yè)化應(yīng)用。
【專利說明】一種微波輻照濕污泥干化熱解連續(xù)反應(yīng)裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微波輻照濕污泥干化熱解連續(xù)反應(yīng)裝置及方法，屬于微波加熱應(yīng)用技術(shù)和污泥處置【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，處理污水污泥最普遍的方法是堆肥法、農(nóng)田利用法以及焚燒法，但它們都有自身的缺點(diǎn)。堆肥法處理過程沒有實(shí)現(xiàn)體積減量化，且處理、儲(chǔ)存、緩沖區(qū)占地面積很大。為防止被有害的污染物污染，土壤要被隔開，并且這種處理方法會(huì)浪費(fèi)掉污泥本身含有的大量能量。污泥堆肥處理運(yùn)行費(fèi)用較高，不適應(yīng)于大型處理項(xiàng)目，而且沒有大型處理項(xiàng)目成功運(yùn)行的實(shí)例。過多地使用農(nóng)田利用法，將導(dǎo)致農(nóng)田土壤中重金屬的含量升高，病原體、難降解有機(jī)物及氮磷的流失，也會(huì)對(duì)地表水和地下水造成污染。焚燒法能夠大幅度減少污泥的體積，并能利用其中的能量來提高熱能利用率。然而，焚燒法處理設(shè)施投資大，處理費(fèi)用高，有機(jī)物焚燒會(huì)產(chǎn)生二惡英等劇毒物質(zhì)，防治費(fèi)用很高。微波熱解污泥技術(shù)的研究近年來逐漸深入，是一種非常有效的資源化處理污泥的方法。微波熱解污泥不需要預(yù)先對(duì)污泥進(jìn)行干燥，可直接把污泥(約含80%水分)混合添加劑放入微波爐反應(yīng)器中熱解，大大減少了能量和時(shí)間消耗，且微波熱解污泥顯著減少固體質(zhì)量，為進(jìn)一步的處理提供方便。熱解得到的氣體含有大量水煤氣，既可作為潔凈燃料氣使用，也可以作為合成氣使用。熱解生成的油份主要含有脂肪族類和單苯環(huán)類化合物，且多環(huán)芳烴含量較低，是高價(jià)值的化工原料和燃料油。熱解產(chǎn)生的固體可以作為固體燃料，吸附劑，或輔助微波加熱。
[0003]目前微波熱解污泥技術(shù)尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段，一般以批量式管式爐和反應(yīng)罐的形式進(jìn)行，間歇式反應(yīng)器需要頻繁更換物料，具有操作繁瑣，散熱損失大，反應(yīng)過程不穩(wěn)定，控制要求高等缺點(diǎn)，不適于工業(yè)化推廣。而目前的發(fā)明尚無針對(duì)濕污泥連續(xù)反應(yīng)的微波熱解裝置，且對(duì)于污泥給料方式，熱解系統(tǒng)的氣體，液體，固體收集方式和熱循環(huán)利用的方式缺乏具體說明和可操作性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種微波輻照濕污泥干化熱解連續(xù)反應(yīng)裝置及方法。
[0005]微波輻照濕污泥干化熱解連續(xù)反應(yīng)裝置包括污泥倉、攪拌器、料斗給料器、污泥形狀控制器、皮帶傳送器、功率控制微波輻照器、微波熱解反應(yīng)腔、壓力傳感控制器、風(fēng)機(jī)、冷凝換熱器、刮板分離器、油水分離器)、疏液槽、焦炭儲(chǔ)罐、產(chǎn)物油罐、產(chǎn)物氣罐、氮?dú)獍l(fā)生器、焦炭破碎機(jī)、污泥水罐和氣體分流板；微波熱解反應(yīng)腔內(nèi)設(shè)有污泥形狀控制器、皮帶傳送器、刮板分離器、氣體分流板，皮帶傳送器上方設(shè)有氣體分流板，皮帶傳送器左側(cè)上端設(shè)有污泥形狀控制器，皮帶傳送器右側(cè)下端設(shè)有刮板分離器，污泥倉下部的污泥出口和焦炭破碎機(jī)的焦炭出口分別與攪拌器的上部兩入口相連，料斗給料器上部入口與攪拌器的下部出口相連，料斗給料器的下部出口與污泥形狀控制器相連，微波熱解反應(yīng)腔上端設(shè)有功率控制微波輻照器，微波熱解反應(yīng)腔下端設(shè)有疏液槽、焦炭儲(chǔ)罐，疏液槽出口與油水分離器第一入口相連，油水分離器第二入口與冷凝換熱器的冷凝液出口相連，油水分離器兩出口分別與產(chǎn)物油罐、污泥水罐相連，微波熱解反應(yīng)腔右端上部氣體出口與冷凝換熱器、風(fēng)機(jī)、產(chǎn)物氣罐順次相連，微波熱解反應(yīng)腔右端下部氣體入口與冷凝換熱器、氮?dú)獍l(fā)生器順次相連，壓力傳感控制器分別與風(fēng)機(jī)、微波熱解反應(yīng)腔相連。
[0006]微波輻照濕污泥干化熱解連續(xù)反應(yīng)方法:從污泥倉以設(shè)定的給料速率送出的濕污泥和從焦炭破碎機(jī)以設(shè)定的給料速率送出的焦炭分別進(jìn)入攪拌器均勻混合，污泥與焦炭的質(zhì)量比為5:1，混合后的物料經(jīng)料斗給料器下部出口進(jìn)入污泥形狀控制器，截面形狀規(guī)則的污泥由污泥形狀控制器的右側(cè)出口被皮帶傳送器送出，以設(shè)定的速率勻速向右移動(dòng)，以耐熱石英為材料的氣體分流板將微波熱解反應(yīng)腔分為上下兩個(gè)部分，皮帶傳送器上的物料在微波熱解反應(yīng)腔內(nèi)被氣體分流板下部迎來的高溫保護(hù)氣氛干燥，之后受到微波輻照器輻射，升溫?zé)峤?，熱解溫度通過改變微波功率進(jìn)行調(diào)控，污泥熱解產(chǎn)生的熱解氣被高溫保護(hù)氣氛帶走，經(jīng)過氣體分流板的上部進(jìn)入冷凝換熱器，冷凝產(chǎn)生的氣體由風(fēng)機(jī)吸引進(jìn)入產(chǎn)物氣罐保存，冷凝產(chǎn)生的液體進(jìn)入油水分離器，氮?dú)獍l(fā)生器產(chǎn)生的氮?dú)饨?jīng)過冷凝換熱器加熱，然后由氣體分流板下部入口進(jìn)入微波熱解反應(yīng)腔，熱解產(chǎn)生的部分液體在微波反應(yīng)腔內(nèi)冷凝，通過微波反應(yīng)腔下部的疏液槽匯流，進(jìn)入油水分離器，油水分離器內(nèi)分離出的油和水分別進(jìn)入產(chǎn)物油罐和污泥水罐，熱解產(chǎn)生的焦炭由刮板分離器刮下，落入下方的焦炭儲(chǔ)罐，微波反應(yīng)腔的壓力由壓力傳感控制器通過風(fēng)機(jī)的開度進(jìn)行反饋控制，以保證微波反應(yīng)腔的微負(fù)壓力。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果:
(O與傳統(tǒng)電加熱熱解污泥相比，本發(fā)明利用微波熱解污泥，具有加熱選擇性好，熱解迅速等優(yōu)點(diǎn)。
[0008]( 2 )與批量式熱解污泥技術(shù)相比，本發(fā)明采用皮帶連續(xù)進(jìn)料，相比批量式熱解，工況更加穩(wěn)定，產(chǎn)物品質(zhì)高，操作難度和復(fù)雜程度明顯降低。
[0009](3)本系統(tǒng)充分利用熱解產(chǎn)物氣體的余熱進(jìn)行預(yù)熱給風(fēng)，提高熱利用效率，大大降低整個(gè)系統(tǒng)的能量消耗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為微波輻照濕污泥干化熱解連續(xù)反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中:污泥倉1、攪拌器2、料斗給料器3、污泥形狀控制器4、皮帶傳送器5、功率控制微波輻照器6、微波熱解反應(yīng)腔7、壓力傳感控制器8、風(fēng)機(jī)9、冷凝換熱器10、刮板分離器11、油水分離器12、疏液槽13、焦炭儲(chǔ)罐14、產(chǎn)物油罐15、產(chǎn)物氣罐16、氮?dú)獍l(fā)生器17、焦炭破碎機(jī)18、污泥水罐19、氣體分流板20。

【具體實(shí)施方式】
[0011]如圖1所示，微波輻照濕污泥干化熱解連續(xù)反應(yīng)裝置包括污泥倉1、攪拌器2、料斗給料器3、污泥形狀控制器4、皮帶傳送器5、功率控制微波輻照器6、微波熱解反應(yīng)腔7、壓力傳感控制器8、風(fēng)機(jī)9、冷凝換熱器10、刮板分離器11、油水分離器12、疏液槽13、焦炭儲(chǔ)罐14、產(chǎn)物油罐15、產(chǎn)物氣罐16、氮?dú)獍l(fā)生器17、焦炭破碎機(jī)18、污泥水罐19和氣體分流板20 ;微波熱解反應(yīng)腔7內(nèi)設(shè)有污泥形狀控制器4、皮帶傳送器5、刮板分離器11、氣體分流板20，皮帶傳送器5上方設(shè)有氣體分流板20，皮帶傳送器左側(cè)上端設(shè)有污泥形狀控制器4，皮帶傳送器右側(cè)下端設(shè)有刮板分離器11，污泥倉I下部的污泥出口和焦炭破碎機(jī)18的焦炭出口分別與攪拌器2的上部兩入口相連，料斗給料器3上部入口與攪拌器2的下部出口相連，料斗給料器3的下部出口與污泥形狀控制器4相連，微波熱解反應(yīng)腔7上端設(shè)有功率控制微波輻照器6，微波熱解反應(yīng)腔7下端設(shè)有疏液槽13、焦炭儲(chǔ)罐14，疏液槽出口與油水分離器12第一入口相連，油水分離器12第二入口與冷凝換熱器10的冷凝液出口相連，油水分離器12兩出口分別與產(chǎn)物油罐15、污泥水罐19相連，微波熱解反應(yīng)腔7右端上部氣體出口與冷凝換熱器10、風(fēng)機(jī)9、產(chǎn)物氣罐16順次相連，微波熱解反應(yīng)腔7右端下部氣體入口與冷凝換熱器10、氮?dú)獍l(fā)生器17順次相連，壓力傳感控制器8分別與風(fēng)機(jī)9、微波熱解反應(yīng)腔7相連。
[0012]微波輻照濕污泥干化熱解連續(xù)反應(yīng)方法:從污泥倉I以設(shè)定的給料速率送出的濕污泥和從焦炭破碎機(jī)18以設(shè)定的給料速率送出的焦炭分別進(jìn)入攪拌器2均勻混合，污泥與焦炭的質(zhì)量比為5:1，混合后的物料經(jīng)料斗給料器3下部出口進(jìn)入污泥形狀控制器4，截面形狀規(guī)則的污泥由污泥形狀控制器的右側(cè)出口被皮帶傳送器5送出，以設(shè)定的速率勻速向右移動(dòng)，以耐熱石英為材料的氣體分流板20將微波熱解反應(yīng)腔分為上下兩個(gè)部分，皮帶傳送器5上的物料在微波熱解反應(yīng)腔7內(nèi)被氣體分流板20下部迎來的高溫保護(hù)氣氛干燥，之后受到微波輻照器6輻射，升溫?zé)峤?，熱解溫度通過改變微波功率進(jìn)行調(diào)控，污泥熱解產(chǎn)生的熱解氣被高溫保護(hù)氣氛帶走，經(jīng)過氣體分流板20的上部進(jìn)入冷凝換熱器10，冷凝產(chǎn)生的氣體由風(fēng)機(jī)9吸引進(jìn)入產(chǎn)物氣罐16保存，冷凝產(chǎn)生的液體進(jìn)入油水分離器12，氮?dú)獍l(fā)生器17產(chǎn)生的氮?dú)饨?jīng)過冷凝換熱器10加熱，然后由氣體分流板20下部入口進(jìn)入微波熱解反應(yīng)腔7，熱解產(chǎn)生的部分液體在微波反應(yīng)腔7內(nèi)冷凝，通過微波反應(yīng)腔下部的疏液槽13匯流，進(jìn)入油水分離器12，油水分離器12內(nèi)分離出的油和水分別進(jìn)入產(chǎn)物油罐15和污泥水罐19，熱解產(chǎn)生的焦炭由刮板分離器11刮下，落入下方的焦炭儲(chǔ)罐14，微波反應(yīng)腔7的壓力由壓力傳感控制器8通過風(fēng)機(jī)9的開度進(jìn)行反饋控制，以保證微波反應(yīng)腔的微負(fù)壓力。
[0013]本發(fā)明中，通過控制皮帶傳送器5的速率改變污泥停留時(shí)間，從而間接控制物料從料斗到反應(yīng)段的升溫速率及物料終溫。污泥形狀控制器4可以使皮帶上傳輸?shù)奈勰嘟孛嫘螤钜?guī)則為半圓形，以利于微波輻射均勻穿透，減少微波“熱點(diǎn)”，使微波熱解溫度較為均勻。微波泄漏的控制根據(jù)微波傳輸理論，微波反應(yīng)腔7的各個(gè)出口尺寸采取特征尺寸以阻隔微波的外泄。惰性氣氛的控制通過采用一定純度的氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體。熱解氣體及氣味的防溢出通過風(fēng)機(jī)9的反饋控制對(duì)整個(gè)反應(yīng)體系進(jìn)行負(fù)壓控制實(shí)現(xiàn)。氣體分流板使得進(jìn)入的氮?dú)庖来瓮ㄟ^微波反應(yīng)腔7下部的皮帶傳送部分到達(dá)左側(cè)低溫區(qū)，而后由微波反應(yīng)腔7的上部向右流出，氣體流向的控制有效地利用保護(hù)氣體加熱濕污泥，實(shí)現(xiàn)熱能的循環(huán)利用?？刂品磻?yīng)段的溫度，達(dá)到分段熱解。一段低溫脫水(0-200°C)，一段熱解(200-600°0。具體溫度控制參考實(shí)驗(yàn)得到的氣體成分，以得到理想的熱解產(chǎn)品。保溫夾層采用隔板式，多通道進(jìn)出氣，達(dá)到沿皮帶傳送器5的更精準(zhǔn)的分段溫度控制。
[0014]本發(fā)明利用微波選擇性加熱特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)針對(duì)濕污泥的直接干化熱解連續(xù)反應(yīng)，得到裂解油，可燃?xì)夂凸腆w焦炭三種產(chǎn)品，并充分利用產(chǎn)物氣的熱量回收和產(chǎn)物殘?jiān)妮o助微波加熱特性降低運(yùn)行成本。同傳統(tǒng)電加熱熱解污泥相比，本發(fā)明采用微波加熱，具有加熱選擇性好，散熱損失小，熱解迅速等優(yōu)點(diǎn)。同批量式熱解污泥技術(shù)相比，本發(fā)明采用皮帶連續(xù)進(jìn)料，相比批量式熱解，工況更加穩(wěn)定，產(chǎn)物品質(zhì)高，操作難度和復(fù)雜程度明顯降低。本系統(tǒng)充分利用熱解產(chǎn)物氣體的余熱進(jìn)行預(yù)熱給風(fēng)，提高熱利用效率，大大降低整個(gè)系統(tǒng)的能量消耗。
[0015]因此本發(fā)明提供的微波輻照濕污泥干化熱解連續(xù)反應(yīng)裝置及方法，實(shí)現(xiàn)了濕污泥的連續(xù)微波熱解，極大提高了污泥熱解效率和產(chǎn)物品質(zhì)。裝置結(jié)構(gòu)簡單，體積小，設(shè)計(jì)合理，適合于微波污泥連續(xù)熱解的工業(yè)化應(yīng)用，滿足了我國不斷增長的污泥處置需求。
【權(quán)利要求】
1.一種微波輻照濕污泥干化熱解連續(xù)反應(yīng)裝置，其特征在于，包括污泥倉(I)、攪拌器(2)、料斗給料器(3)、污泥形狀控制器(4)、皮帶傳送器(5)、功率控制微波輻照器(6)、微波熱解反應(yīng)腔(7)、壓力傳感控制器(8)、風(fēng)機(jī)(9)、冷凝換熱器(10)、刮板分離器(11)、油水分離器(12)、疏液槽(13)、焦炭儲(chǔ)罐(14)、產(chǎn)物油罐(15)、產(chǎn)物氣罐(16)、氮?dú)獍l(fā)生器(17)、焦炭破碎機(jī)(18)、污泥水罐(19)和氣體分流板(20);微波熱解反應(yīng)腔(7)內(nèi)設(shè)有污泥形狀控制器(4)、皮帶傳送器(5)、刮板分離器(11)、氣體分流板(20)，皮帶傳送器(5)上方設(shè)有氣體分流板(20)，皮帶傳送器左側(cè)上端設(shè)有污泥形狀控制器(4)，皮帶傳送器右側(cè)下端設(shè)有刮板分離器(11)，污泥倉(I)下部的污泥出口和焦炭破碎機(jī)(18)的焦炭出口分別與攪拌器(2)的上部兩入口相連，料斗給料器(3)上部入口與攪拌器(2)的下部出口相連，料斗給料器(3)的下部出口與污泥形狀控制器(4)相連，微波熱解反應(yīng)腔(7)上端設(shè)有功率控制微波輻照器(6)，微波熱解反應(yīng)腔(7)下端設(shè)有疏液槽(13)、焦炭儲(chǔ)罐(14)，疏液槽出口與油水分離器(12)第一入口相連，油水分離器(12)第二入口與冷凝換熱器(10)的冷凝液出口相連，油水分離器(12)兩出口分別與產(chǎn)物油罐(15)、污泥水罐(19)相連，微波熱解反應(yīng)腔(7)右端上部氣體出口與冷凝換熱器(10)、風(fēng)機(jī)(9)、產(chǎn)物氣罐(16)順次相連，微波熱解反應(yīng)腔(7)右端下部氣體入口與冷凝換熱器(10)、氮?dú)獍l(fā)生器(17)順次相連，壓力傳感控制器(8)分別與風(fēng)機(jī)(9)、微波熱解反應(yīng)腔(7)相連。
2.一種使用如權(quán)利要求1所述裝置的微波輻照濕污泥干化熱解連續(xù)反應(yīng)方法，其特征在于:從污泥倉(I)以設(shè)定的給料速率送出的濕污泥和從焦炭破碎機(jī)(18)以設(shè)定的給料速率送出的焦炭分別進(jìn)入攪拌器(2)均勻混合，污泥與焦炭的質(zhì)量比為5:1，混合后的物料經(jīng)料斗給料器(3)下部出口進(jìn)入污泥形狀控制器(4)，截面形狀規(guī)則的污泥由污泥形狀控制器的右側(cè)出口被皮帶傳送器(5)送出，以設(shè)定的速率勻速向右移動(dòng)，以耐熱石英為材料的氣體分流板(20)將微波熱解反 應(yīng)腔分為上下兩個(gè)部分，皮帶傳送器(5)上的物料在微波熱解反應(yīng)腔(7)內(nèi)被氣體分流板(20)下部迎來的高溫保護(hù)氣氛干燥，之后受到微波輻照器(6)輻射，升溫?zé)峤?，熱解溫度通過改變微波功率進(jìn)行調(diào)控，污泥熱解產(chǎn)生的熱解氣被高溫保護(hù)氣氛帶走，經(jīng)過氣體分流板(20)的上部進(jìn)入冷凝換熱器(10)，冷凝產(chǎn)生的氣體由風(fēng)機(jī)(9)吸引進(jìn)入產(chǎn)物氣罐(16)保存，冷凝產(chǎn)生的液體進(jìn)入油水分離器(12)，氮?dú)獍l(fā)生器(17)產(chǎn)生的氮?dú)饨?jīng)過冷凝換熱器(10)加熱，然后由氣體分流板(20)下部入口進(jìn)入微波熱解反應(yīng)腔(7)，熱解產(chǎn)生的部分液體在微波反應(yīng)腔(7)內(nèi)冷凝，通過微波反應(yīng)腔下部的疏液槽(13)匯流，進(jìn)入油水分離器(12)，油水分離器(12)內(nèi)分離出的油和水分別進(jìn)入產(chǎn)物油罐(15)和污泥水罐(19)，熱解產(chǎn)生的焦炭由刮板分離器(11)刮下，落入下方的焦炭儲(chǔ)罐(14)，微波反應(yīng)腔(7)的壓力由壓力傳感控制器(8)通過風(fēng)機(jī)(9)的開度進(jìn)行反饋控制，以保證微波反應(yīng)腔的微負(fù)壓力。
【文檔編號(hào)】C02F11/10GK104163555SQ201410327227
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月10日
【發(fā)明者】蔣旭光, 嚴(yán)建華, 池涌, 戴前進(jìn), 李曉東, 陸勝勇, 馬增益, 金余其, 王飛, 黃群星, 薄拯, 倪明江, 岑可法 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)