申请日2016.08.30
公开(公告)日2017.05.10
IPC分类号C10L5/44; C10L5/46
摘要
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种污泥与秸秆协同无害化处理系统。本发明所述污泥和秸秆协同无害化处理系统包括污泥预处理设备、秸秆预处理设备、混料设备、造粒机以及导热油加热设备，实现了整个工艺系统的高效循环利用及全自动、全封闭连续作业，实现热量和废料的“零”污染排放，并且本发明所述系统可完全实现工业废弃物的再利用，成本较低且实用性较强。
摘要附图
权利要求书
1.一种污泥与秸秆协同无害化处理系统，其特征在于，包括：
污泥预处理设备，用于将所述污泥进行干燥脱水处理;
秸秆预处理设备，用于将所述秸秆进行粉碎处理;
混料设备，用于将所述污泥和秸秆混合，并用于添加惰性添加剂处理;
造粒机，用于将所述污泥和秸秆的混合物料压型处理制成燃料块;
导热油加热设备，分别与所述造粒机和所述秸秆预处理设备相连接，用于将制得的燃料块进行焚烧，并将焚烧热量循环至所述污泥预处理设备进行利用。
2.根据权利要求1所述的污泥与秸秆协同无害化处理系统，其特征在于，所述污泥预处理设备为真空圆盘干燥机，所述真空圆盘干燥机的加热介质包括蒸汽，热水或导热油。
3.根据权利要求2所述的污泥与秸秆协同无害化处理系统，其特征在于，所述真空圆盘干燥机包括支架，所述支架上顺次设置有驱动组件、加热干燥组件以及尾气处理组件;
所述驱动组件包括电机(3)、与所述电机(3)相连接驱动的减速机(4)，所述减速机(4)通过联轴器(5)与所述加热干燥组件相连接，实现驱动力的传递;
所述加热干燥组件包括加热槽型筒体(1)，所述加热槽型筒体(1)内设置有空心桨叶轴(2)，所述空心桨叶轴(2)的周向安装有若干桨叶(24)，所述空心桨叶轴(2)的末端伸出所述加热槽型筒体(1)并安装有热源进出旋转接头(13)，所述空心桨叶轴(2)与所述驱动组件相连接，实现所述加热干燥组件的运转;
所述加热槽型筒体(1)外壁套设有外保温圆形筒体(9)，并在所述加热槽型筒体(1)与所述外保温圆形筒体(9)之间设置加热盘管(7)，所述加热盘管(7)伸出所述外保温圆形筒体(9)的两端分别为用于导入热源的第二热源进口(7-1)和用于导出热源的第二热源出口(7-2)，实现热源的输入和导出;
所述外保温圆形筒体(9)上部开设有抽气孔(16)，所述外保温圆形筒体(9)的上部并且靠近所述前密封筒体端盖(10)处开设有物料进口(21)，所述外保温圆形筒体(9)的下部并且靠近所述后密封筒体端盖(11)处开设有物料出口(26)，实现物料的运输;
所述尾气处理组件包括通过管道与所述抽气孔(16)相连接的旋风分离器(17)、喷淋塔(18)、冷凝器(19)和高压离心风机(20)，经过所述高压离心风机(20)的气体中一部分作为载气经过载气预热器(29)，并通过设置于外保温圆形筒体(9)上部的干燥机载气进口(30)返回至干燥机中作为载气，另一部分气体则作为尾气排放。
4.根据权利要求3所述的污泥与秸秆协同无害化处理系统，其特征在于，每个所述桨叶(24)的盘片边缘外部均匀的分布四个刮刀(25)，用于将盘片上的粘附物挂掉。
5.根据权利要求3或4所述的污泥与秸秆协同无害化处理系统，其特征在于，所述空心桨叶轴(2)为并列设置在的2个，并通过齿轮组啮合进行传动。
6.根据权利要求3-5任一项所述的污泥与秸秆协同无害化处理系统，其特征在于，所述外保温圆形筒体(9)的两端分别安装固定有前密封筒体(10)和后密封筒体(11)，所述空心桨叶轴(2)与所述加热槽型筒体(1)相连接位置处分别设置有前密封填料(8)和后密封填料(14)。
7.根据权利要求1-6任一项所述的污泥与秸秆协同无害化处理系统，其特征在于，所述燃料油加热设备包括炉座(32)，所述炉座(2)上设置有油炉本体(31)，所述油炉本体(31)内设置有导热盘管(41)，导热油介质通过设置于所述油炉本体(31)外壁处的进油口(34)进入所述导热盘管(41)中吸收燃料燃烧产生的热量，再通过设置于所述油炉本体(31)外壁处的出油口(35)排出，用于所述污泥预处理设备;
所述油炉本体(31)下面设置有炉膛(42)并与所述油炉本体(31)相连通，所述炉膛(42)外壁处设置有燃料进口(38)和出渣口(40)，所述炉膛(42)内设置有炉排(39)，所述燃料块通过所述燃料进口(38)进入所述炉膛(42)并在所述炉排(39)上燃烧，所述炉排(39)向所述出渣口(40)的方向运动，将燃烧后的燃料渣排出。
8.根据权利要求7所述的污泥与秸秆协同无害化处理系统，其特征在于，所述燃料油加热设备还包括设置于所述油炉本体(31)顶端的烟气出口(36)以及设置于所述油炉本体(31)底端的清灰口(37)。
9.根据权利要求1-8任一项所述的污泥与秸秆协同无害化处理系统，其特征在于，所述系统还包括燃料焚烧尾气处理设备，用于回收燃料焚烧的尾气。
10.根据权利要求1-9任一项所述的污泥与秸秆协同无害化处理系统，其特征在于，所述系统还包括与所述污泥预处理设备相连接的水分回收设备，用于回收物料蒸发的水分进行回收利用。
说明书
一种污泥与秸秆协同无害化处理系统
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种污泥与秸秆协同无害化处理系统。
背景技术
城市污泥作为污水处理厂的必然产物，是城市生活污水和工业废水在处理过程中产生的固体废弃物。随着社会的发展和生活水平的逐渐提高，城市污水的产量也在日益增长，从而导致了城市污泥产量的增加。以2万吨/d市政水厂为例，每天产生脱水污泥量约6-10吨，据统计，目前我国每年排放的污泥量约为2200万吨(含水率按80%计)，而如此数量巨大的城市污泥如果得不到妥善的处置将会对环境造成二次污染。城市污泥中含有大量的有机物，具有较高的热值，可直接燃烧或与其他生物质混合燃烧;同时污泥中含有丰富的氮磷等营养物、重金属以及致病菌和病原菌等物质，如果处理不当，将会对生态环境造成严重危害。
目前广泛应用的污泥处置方法主要有填埋、堆肥和焚烧。但是，鉴于现有水厂选址限制，一般到远距离填埋场运输很远，特别是山区则会更麻烦;而且由于污泥填埋承载力差，二次污染等问题，较多的垃圾填埋场已基本不愿回收填埋或提高处置费用。因此，与填埋和堆肥相比，污泥焚烧能够最大限度的减容，燃烧剩余灰分的体积仅为最初体积的10%，焚烧后污泥中的病原体被彻底杀灭，重金属的稳定性提高，在一定程度上减少了填埋和堆肥过程中可能对地下水造成的污染问题，同时也可实现能源的回收利用。但是研究表明，污泥单独焚烧则存在着能耗、设备要求高且燃烧不稳定等问题，因此，污泥污染已经成为了公众关注的主要问题之一。。
目前在传统的污泥处置方法的基础上，很多国内外的研究人员对污泥的无害化、减量化、稳定化、资源化等方面进行了更多的探索研究。如将污泥用于制备建材、裂解制油或制备一些吸附材料等，但是上述研究并没有得到大量的应用。
生物质燃料是一种可再生能源，是指依靠太阳光合作用而产生的各种有机物质，是太阳能以化学能的形式存在于生物之中的一种能量形式，直接或间接地来源于植物的光合作用。生物质被认为是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源，具有分布广，蕴藏量大的优势。生物质作为有机物燃料是由多种复杂的高分子有机化合物组成的复合体，化学组成主要有：纤维素、半纤维素、木质素和提取物等，这些高分子物质在不同种类生物质、同一种类生物质的不同区域其组成也不同，有些甚至有很大差异。
生物质一般可分以下4大类：①木质素：木块、木屑、树皮、树根等;②农业废弃物：秸秆、果核、玉米芯、甘蔗皮渣等;③水生植物：藻类、水葫芦等;④油料作物：棉籽、麻籽、油桐等。生物质的可燃成分主要是有机元素如碳、氢、氮和硫。虽然就元素的成分而言，生物质燃料的成分和常规燃料煤炭基本上没什么区别，但正是各成分在数量上的差异导致了生物制燃烧产物与煤炭的差异。生物质的碳含量普遍在50%左右，低于普通的烟煤，而氢含量则高于烟煤，尤其是挥发份和氧含量远远高于普通烟煤，氧含量超过煤10倍左右。由于生物质燃料的可燃组分含量相对比较低，因此生物质燃料的低位发热量比一般烟煤低。在着火燃烧性能方面，生物质燃料的挥发份含量远远高于普通烟煤，导致着火燃烧性能明显高于普通烟煤。在燃烧污染物生成排放方面，生物质燃料的硫含量仅为0.1%左右，含氮量和理论氮气容积也低于烟煤，所以总的SO2和NOx生成量都远低于烟煤。根据秸秆生物质燃料高挥发分、高氧量、低硫份和灰份的基本特性，因此相对于煤炭而言，秸秆生物质具有易燃、清洁环保的特点。当前，生物质燃料的消耗已占世界总能源消耗的14%，在发展中国家这一比例更是达到38%。据世界粮农组织(FAO)预测，到2050年以生物质能源为主的可再生能源将提供全世界60%的电力和40%的燃料，其价格低于化石燃料。因此，生物质燃料的开发利用已经成为世界的共识。
我国是一个农业大国，拥有丰富的农作物秸秆资源，北方主要以小麦、玉米秸秆为主，而南方则是以稻草为主。据统计，我国现有农作物秸秆的年产量约为7亿吨，秸秆具有热值较高、且燃烧灰分也较高的优势。但是由于人们对秸秆资源化综合利用认识不足，导致秸秆的利用率很低。同时，秸秆焚烧及随意丢弃的现象也屡见不鲜，不仅是对农作物秸秆资源的极大浪费，而且也造成环境污染。
因此，现有技术中已经开发出诸多利用污泥和秸秆进行参烧协同处理的工艺，通过测试污泥与秸秆的DTG曲线发现，单一的污泥样品着火后，其燃烧速率并不高，不能快速形成较高的燃烧温度，且燃烧过程不均匀。而掺入秸秆后，秸秆中的挥发分在低温区大量析出和燃烧，增加了反应的剧烈程度，使得燃烧温度、持续时间等满足了污泥中一些比较牢固的、稳定的化合物的燃烧条件，从而提高了混合样的燃烧稳定性和燃尽水平;并且随秸秆掺混比的增加，混合样的燃烧特性指数增大，燃烧性能有所提升。
但是，研究也发现，单一秸秆试样的综合燃烧特性指数值比污泥高，可能的原因是秸秆中的挥发成分和燃烧的温度较为集中，大部分挥发组分在200-500℃的温度区间里迅速的析出和燃烧，样品着火后，可以快速地形成高温直至燃尽。而污泥中则由于有机物组成相对复杂，各成分的化学键强弱不同，其析出和燃烧点位于不同的温度段，并因其析出和燃烧温度的不集中，影响了其燃烧的稳定性。因此，若直接将污泥与秸秆共同入炉焚烧，不仅其燃烧性能受到极大影响，而且会产生较为严重的烧结现象。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种污泥与秸秆协同无害化处理系统，以解决现有技术中污泥与秸秆共同燃烧热值较低并且易烧结的问题。
为解决上述技术问题，本发明所述的污泥与秸秆协同无害化处理系统，包括：
污泥预处理设备，用于将所述污泥进行干燥脱水处理;
秸秆预处理设备，用于将所述秸秆进行粉碎处理;
混料设备，用于将所述污泥和秸秆混合，并用于添加惰性添加剂处理;
造粒机，用于将所述污泥和秸秆的混合物料压型处理制成燃料块;
导热油加热设备，分别与所述造粒机和所述秸秆预处理设备相连接，用于将制得的燃料块进行焚烧，并将焚烧热量循环至所述污泥预处理设备进行利用。
所述污泥预处理设备为真空圆盘干燥机，所述真空圆盘干燥机的加热介质包括蒸汽，热水或导热油。
所述真空圆盘干燥机包括支架，所述支架上顺次设置有驱动组件、加热干燥组件以及尾气处理组件;
所述驱动组件包括电机、与所述电机相连接驱动的减速机，所述减速机通过联轴器与所述加热干燥组件相连接，实现驱动力的传递;
所述加热干燥组件包括加热槽型筒体，所述加热槽型筒体内设置有空心桨叶轴，所述空心桨叶轴的周向安装有若干桨叶，所述空心桨叶轴的末端伸出所述加热槽型筒体并安装有热源进出旋转接头，所述空心桨叶轴与所述驱动组件相连接，实现所述加热干燥组件的运转;
所述加热槽型筒体外壁套设有外保温圆形筒体，并在所述加热槽型筒体与所述外保温圆形筒体之间设置加热盘管，所述加热盘管伸出所述外保温圆形筒体的两端分别为用于导入热源的第二热源进口和用于导出热源的第二热源出口，实现热源的输入和导出;
所述外保温圆形筒体上部开设有抽气孔，所述外保温圆形筒体的上部并且靠近所述前密封筒体端盖处开设有物料进口，所述外保温圆形筒体的下部并且靠近所述后密封筒体端盖处开设有物料出口，实现物料的运输;
所述尾气处理组件包括通过管道与所述抽气孔相连接的旋风分离器、喷淋塔、冷凝器和高压离心风机，经过所述高压离心风机的气体中一部分作为载气经过载气预热器，并通过设置于外保温圆形筒体上部的干燥机载气进口返回至干燥机中作为载气，另一部分气体则作为尾气排放。
每个所述桨叶的盘片边缘外部均匀的分布四个刮刀，用于将盘片上的粘附物挂掉。
所述空心桨叶轴为并列设置在的2个，并通过齿轮组啮合进行传动。
所述外保温圆形筒体的两端分别安装固定有前密封筒体和后密封筒体，所述空心桨叶轴与所述加热槽型筒体相连接位置处分别设置有前密封填料和后密封填料。
所述燃料油加热设备包括炉座，所述炉座上设置有油炉本体，所述油炉本体内设置有导热盘管，导热油介质通过设置于所述油炉本体外壁处的进油口进入所述导热盘管中吸收燃料燃烧产生的热量，再通过设置于所述油炉本体外壁处的出油口排出，用于所述污泥预处理设备;
所述油炉本体下面设置有炉膛并与所述油炉本体相连通，所述炉膛外壁处设置有燃料进口和出渣口，所述炉膛内设置有炉排，所述燃料块通过所述燃料进口进入所述炉膛并在所述炉排上燃烧，所述炉排向所述出渣口的方向运动，将燃烧后的燃料渣排出。
所述燃料油加热设备还包括设置于所述油炉本体顶端的烟气出口以及设置于所述油炉本体底端的清灰口。
所述系统还包括燃料焚烧尾气处理设备，用于回收燃料焚烧的尾气。
所述系统还包括与所述污泥预处理设备相连接的水分回收设备，用于回收物料蒸发的水分进行回收利用。
本发明还公开了所述的污泥与秸秆协同无害化处理系统进行污泥和秸秆处理的工艺，具体包括如下步骤：
(1)取污泥进行干燥脱水处理，并取秸秆粉碎，备用;
(2)将上述处理后的污泥和秸秆混匀，并添加惰性添加剂混匀;
(3)将步骤(2)所得的混合物压榨脱水后经压缩制成燃料块;
(4)取步骤(3)中制得的燃料块焚烧，并收集灰渣及处理尾气。
所述步骤(2)中，所述惰性添加剂包括Al-Si基添加剂、Ca基添加剂和/或S基添加剂。
所述惰性添加剂包括高岭土、白云石、石灰石、硫酸铵和/或三氧化二铝。
所述惰性添加剂的添加量为所述污泥和秸秆总量的0.1-20wt%。
所述步骤(2)中，以所述污泥和秸秆的总量计，所述秸秆的添加量不超过20%。
所述步骤(1)中，所述污泥干燥脱水至含水率低于30%。
所述步骤(1)中，所述秸秆粉碎至粒径为20-30mm。
本发明所述污泥和秸秆协同无害化处理系统，利用污泥和秸秆为处理原料，将秸秆与污泥混合后压缩成型制作燃料块，所得燃料块的所含热值均匀并易于输送，可以减少大量的化学不完全燃烧热损失与排烟热损失，而且燃烧速度均匀适中，燃烧相对稳定，同时提高了污泥和秸秆燃烧的热值。更重要的是，本发明为了解决污泥和秸秆燃烧易烧结的现象，精选添加了适宜的惰性添加剂有助于缓解燃烧过程中的烧结现象。
本发明所述系统中，所述真空圆盘干燥机和所述导热油加热设备均为自行研发设计，物料的干燥效果极佳，且所述导热油加热设备更是利用燃料焚烧实现了热量的循环，实现了整个工艺系统的高效循环利用及全自动、全封闭连续作业，实现热量和废料的“零”污染排放，并且本发明所述工艺完全实现了工业废弃物的再利用，成本较低且实用性较强。