污泥快速熱解的系統(tǒng)和方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于化工領域，具體而言，本發(fā)明涉及一種污泥快速熱解的系統(tǒng)和方法。
【背景技術】
[0002] 污泥是一種由有機殘片、微生物、無機顆粒、膠體等組成的非均質(zhì)體，并且其中含 有有毒的有機物、致病微生物和重金屬，對環(huán)境產(chǎn)生嚴重危險。但污泥中含有大量的有機 質(zhì)，可以對其進行能源化利用處理，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污泥進行受熱分解產(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，而且還可以對污泥中的重金屬進行固化，從而減少污泥的二次 污染，同時能夠得到高價值的油氣資源，因此熱解法被公認為對污泥減量化、無害化、資源 化處理的最佳路徑。
[0003] 污泥熱解是利用污泥中有機物的熱不穩(wěn)定性，在無氧條件下加熱使有機物產(chǎn)生熱 裂解，形成利用價值較高的氣、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，因此過程會涉及熱載體的加熱、分離等，工藝流程復雜；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，市場應用不大。
[0004] 因此，現(xiàn)有的污泥熱解技術有待進一步改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發(fā)明的 一個目的在于提出一種污泥快速熱解的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)污泥的快速熱解，并 且可以得到具有高利用價值的均相生物油。
[0006] 在本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提出了一種污泥快速熱解的系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的實 施例，該系統(tǒng)包括：
[0007] 烘干單元，所述烘干單元適于對污泥進行干燥處理，以便得到干燥的污泥；
[0008]快速熱解反應器，
[0009] 所述快速熱解反應器包括：
[0010] 反應器本體，所述反應器本體內(nèi)限定出反應空間，所述反應空間自上而下形成分 散區(qū)、熱解區(qū)和出料區(qū)；
[0011] 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沿水平方向間隔分布的蓄熱式輻射 管；
[0012] 布料器；
[0013] 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；
[0014] 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入分散區(qū)，均勻地落入熱解區(qū)；
[0015] 多個熱解氣出口，所述多個熱解氣出口分別設置在所述分散區(qū)和/或所述熱解 區(qū)；
[0016] 半焦出口，所述半焦出口設置在所述出料區(qū)；
[0017] 其中，所述污泥入口與所述烘干單元相連，所述快速熱解反應器適于采用所述蓄 熱式輻射管對所述干燥的污泥進行快速熱解處理，以便得到高溫半焦和熱解氣；以及
[0018] 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所述熱解氣進 行噴淋處理，以便得到生物油和燃氣。
[0019] 在本發(fā)明的污泥快速熱解反應系統(tǒng)中，蓄熱式輻射管以多層的方式布置。相鄰的 兩個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。
[0020] 淵度場
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，多層蓄熱式輻射管用于提供熱源，使得在熱解區(qū)形成 一個或多個溫度場，并且每個溫度場的溫度是均勻的，由此，在熱解區(qū)形成溫度梯度。
[0022] 例如，在本發(fā)明的一個實施例中，所述熱解區(qū)自上而下形成預熱段、快速熱解段和 完全熱解段。（即，形成了 3個溫度場）
[0023] 溫度場的個數(shù)以及溫度梯度可根據(jù)需要設置。
[0024] 溫度場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。
[0025] 在本發(fā)明的一個實施例中，蓄熱式輻射管上設置有燃氣調(diào)節(jié)閥，用于調(diào)整通入蓄 熱式輻射管的燃氣的流量，從而能夠精確控制蓄熱式輻射管的溫度。
[0026] 蓄熱式輻射管
[0027] 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 的火焰在噴出時也形成溫度梯度。當兩端的燃燒器交替進行燃燒時，所形成的兩個溫度梯 度疊加，使得溫度互補，導致整個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°C。
[0028] 本發(fā)明的污泥快速熱解反應系統(tǒng)使用本發(fā)明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，實現(xiàn)蓄熱式燃燒），允許根據(jù)需要在反應器布置一個或多個不同的溫度場，實現(xiàn)溫度梯 度并且確保每個溫度場具有均勻的溫度。
[0029] 在本發(fā)明的一個實施方案中，各蓄熱式輻射管的溫度相同或不同，只要確保溫度 場的溫度均勻即可。
[0030] 在本發(fā)明的一個實施方案中，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 直距離分別獨立地為100~500mm，例如200~300mm，例如200mm，例如300mm。
[0031] 在所述熱解區(qū)自上而下形成預熱段、快速熱解段和完全熱解段的實施例中，在預 熱段中的各蓄熱式輻射管的溫度相同或不同，優(yōu)選相同，只要確保預熱段的溫度均勻即可。
[0032] 在所述熱解區(qū)自上而下形成預熱段、快速熱解段和完全熱解段的實施例中，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。
[0033] 在所述熱解區(qū)自上而下形成預熱段、快速熱解段和完全熱解段的實施例中，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。
[0034] 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 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 成了燃氣和半焦，或者局部溫度過低則導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。
[0035] 在本發(fā)明中，當蓄熱式輻射管被布置成形成一個或多個溫度場時，由于溫度場各 自的溫度是大致均勻的，因此，污泥在落入各溫度場時均勻受熱，發(fā)生反應的程度大體相 同。由此，順而避免生物油產(chǎn)率下降。
[0036] 熱解氣的怏諫導出
[0037] 利用本發(fā)明的污泥快速熱解反應系統(tǒng)，能夠在污泥熱解之后實現(xiàn)熱解氣的快速導 出。具體而言，在本發(fā)明的一個實施方案中，污泥快速熱解反應系統(tǒng)的反應器在熱解區(qū)的側 壁和/或分散區(qū)的頂壁上設有一個或多個熱解氣出口。在熱解反應過程中，產(chǎn)生熱解氣，使 得該反應器內(nèi)部的壓力升高。產(chǎn)生的熱解氣在升高的壓力的驅使下快速從熱解氣出口導 出。
[0038] 在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，在反應器外部設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器中快速導出。
[0039] 熱解過程中產(chǎn)生的熱解氣從反應器側部導出，而位于熱解氣出口處、反應器內(nèi)側 的熱解氣與上方落下來的物料接觸，把進入反應器側部的熱解氣中的細塵在所述物料重力 作用下被攜帶下落，使得導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。
[0040] 熱解氣出口是至少 2 個，例如 2-100 個，3-80 個，5-70 個，10-50, 20-40, 30-40 個。 更具體而言，熱解氣出口是8個、15個、22個或28個。本發(fā)明并不限于此。
[0041] 熱解氣的怏諫冷卻
[0042] 從熱解氣出口導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。
[0043] 布料
[0044] 另外本發(fā)明通過使用布料器，可以使得污泥在熱解區(qū)中均勻分散，進而顯著提高 裝置的運行穩(wěn)定性。
[0045] 污泥
[0046] 通過設置的布料系統(tǒng)使小顆粒污泥分散的、均勻的進入熱解反應器，小顆粒污泥 在均勻的溫度場中經(jīng)換熱，每個污泥顆粒都受熱均勻，避免了污泥團聚造成升溫速率不均 勻和降低進而導致油氣產(chǎn)率下降的問題。
[0047] 茲患
[0048]由于采用本發(fā)明的蓄熱式輻射管布置方式，污泥在熱解過程中在反應器內(nèi)能夠被 快速升溫。同時產(chǎn)生的熱解氣能夠被快速導出反應器并且被快速冷卻。由此減少了在熱解 過程、導出過程和冷卻過程中可能發(fā)生的二次反應（該反應會降低生物油產(chǎn)率），因此，所 得的生物油產(chǎn)率被顯著提高。
[0049] 同時較傳統(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裝置相比， 本發(fā)明的快速熱解的系統(tǒng)不需要設置預熱單元和載體分離單元，從而可以極大簡化快速熱 解反應工藝流程，進而顯著降低裝置的故障率。
[0050] 本發(fā)明通過采用特定的蓄熱式輻射管布置方式，可以在反應器中形成一個或多個 溫度場并能夠確保每個溫度場的溫度均勻，同時允許反應器各個溫度場的溫度是可控的。 由此，使污泥在反應器中能夠均勻受熱，實現(xiàn)快速烘干和更充分的熱解，進而提高了生物油 產(chǎn)率，提高了污泥的快速熱解效率。
[0051] 另外，根據(jù)本發(fā)明上述實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 特征：
[0052] 在本發(fā)明的一些實施例中，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，所述烘干機與所述熱煙爐相連，且適于采用所述燃燒煙 氣對所述污泥進行第一干燥處理，以便得到第一污泥；烘干提升機，所述烘干提