申请日1997.12.17
公开(公告)日1999.05.12
IPC分类号C04B7/36; C04B7/42
摘要
本发明涉及一种用于处理和输送含水污泥到燃烧器中的系统,从而降低与燃烧操作过程如水泥制造有关的污染物排放量。该系统含有燃烧装置;用于接受要燃烧的污泥的第一接受装置;用于将污泥由第一接受装置输送到污泥导管的装置;用于将污泥由污泥导管在某个可以有效地降低由污泥燃烧产生的污染物排放量的位置导入到燃烧装置中的装置。
翻译権利要求書
1.一种用于处理和输送含水污泥到燃烧器的系统，从而将由该污泥的燃 烧过程释放的污染物排放量降低，该系统包括：
(a)燃烧装置;
(b)用于接受要燃烧的污泥的第一接受装置;
(c)用于将污泥由第一接受装置输送到污泥导管的装置;
(d)用于将污泥由污泥导管在某个可以有效地降低由污泥在燃烧装置中 燃烧产生的污染物排放量的位置导入到燃烧装置中的装置。
2.权利要求1所说的系统，其中该燃烧装置包括含有烟道气体出口的水 泥窑。
3.权利要求2所说的系统，它包括与该窑一起工作的预煅烧器，所说的 预煅烧器含有烟道气体出口。
4.权利要求3所说的系统，其中用于将污泥导入燃烧装置中的装置位于 预煅烧器烟道气体出口中，处在预煅烧器燃烧区的下游，并且是在窑烟道气 体出口与预煅烧器烟道气体出口的气体相混合的位置。
5.权利要求1所说的系统，其中用于将污泥导入到燃烧装置中的装置包 括一种雾化系统，其位置在污泥导入的位置处。
6.权利要求5所说的系统，其中用于将污泥导入到燃烧装置中的装置还 包括与雾化系统流体相连的泵送装置，用于将污泥输送到雾化系统中。
7.权利要求1所说的系统，其中用于将污泥导入到燃烧装置中的装置还 包括用于将水导入到污泥中的装置，从而用水润滑污泥。
8.权利要求1所说的系统，其中第一接受装置至少包括一个容量为0.5 -100吨的污泥仓。
9.权利要求1所说的系统，其中用于将污泥由第一接受装置输送到污泥 导管中的装置包括至少一个螺旋送料器。
10.权利要求9所说的系统，其中用于将污泥由第一接受装置输送到污泥 导管中的装置还包括至少与该螺旋加料器流体相通的泵送装置。
11.权利要求1所说的系统，它还包括位于污泥导管和燃烧装置之间的第 二接受装置，用于接受至少部分来自污泥导管的污泥。
12.权利要求1所说的系统，其中第二接受装置至少包括一个容量为约1 -100立方英尺的污泥吊装振动仓。
13.权利要求12所说的系统，其中该污泥吊装振动仓通过至少一个螺旋 送料装置而与污泥吊装器流动相连，这些螺旋送料装置与料仓出口和污泥吊 装器进口相通，所说的污泥吊装器可以将污泥喷入到所说的燃烧装置中。
说明书
污泥处理和输送系统
本发明涉及用于处理含水污泥并将其送入到燃烧器中的系统，从而将与 燃烧操作如水泥生产过程有关的污染性排出物降低。本发明还涉及通过将污 泥导入燃烧操作过程中而对生物污泥，例如由废水处理工厂产生的污泥进行 处理。
氮的氧化物是燃烧过程释放出的一种主要污染物，并且已经知道有多种 燃烧过程会产生含有过分高的NOx的废气。在每一种燃烧过程中，燃烧器处 的高温会使某些氮的氧化物固定下来。在废气中发现这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)会在常温下在空气中继续氧化成二氧化氮(NO2)，因而无法准确地预测 在给定时间时废气中各种气体的含量。因此，测定样品中氧化氮(NO)+二氧 化氮(NO2)和N2O的总量并且将它们称为“氮的氧化物(NOx)”。
产生氯化氢(HCl)是燃烧过程的另一副作用。在与空气中的水接触时，氯 化氢会形成盐酸，它会与NOx一样造成酸雨问题。水泥的生产过程是一个相 当复杂的工艺，它包括采矿和将原料研磨，然后将原料直接送到窑中，或者 先将原料送入热交换器(一般为预热器或预煅烧器)中，然后再将原料排放到 窑中并烧结产生“熟料”。然后再将熟料研磨并包装作为水泥出售。这种现有 的工艺示意性地示于图1中。
水泥窑操作属于已知的产生大量不希望要的NOx和HCl的燃烧过程。 NOx排出量可以通过将一种还原剂如氨导入燃烧混合物中而得到降低。
就目前可以采取的技术而言，降低HCl排放量需要采用湿洗涤器。湿洗 涤器增加了燃烧过程的复杂性，并且大大增加了燃烧操作过程的成本。
人们已经尝试了对窑操作的各种改进，以降低污染物的排放量并且利用 燃烧过程来焚烧不需要的废物。更一步地说，人们已经将废水处理工厂的污 泥(sludge)(即生物污泥)用作水泥窑操作过程的加入料，该方法除去了污泥。
举例来说，Yamane等人(美国专利5217624,1993年6月8日颁发)描 述了一种将废物处理污泥加入到水泥窑中并且将在该污泥处理过程中产生的 气体加入到窑中的方法，以降低废气中的NOx含量。Yamane等人更具体地 描述了一种将污泥与生石灰混合产生熟石灰和泥污泥的方法。将该混合物脱 水，释放出包含氨在内的气体。将余下的固体导入到水泥窑中，在水泥窑中 石灰和无机物质变成水泥的原料，而有机物质变成水泥燃烧的燃料。在脱水 过程中产生的气体中的灰层和水蒸汽分别通过过滤和蒸馏来除去，使得含有 氨的气体导入到窑中。含有氨的气体有助于降低NOx排出量。
Lafser,Jr等人(US4921538,1990年5月1日授权)公开了一种将污染 的泥水和矿物质在水泥熟料制造过程中循环再利用的方法。将被污染的物质 与无机物在水中混合，从而形成一种适合生产波特兰水泥的原料料浆，然后 将其加入到水泥窑中。
Wuntz(美国专利4306978,1981年12月22日授权)涉及一种使废含水 污泥石灰稳定的方法。将污泥脱水，以产生含有10%-60%固体的污泥焦 炭，然后将其与氧化钙混合，产生稳定的污泥颗粒。
Steinbiss等人(US4640681,1987年2月3日授权)涉及一种用于除去低 热量有害废料，如弃物的方法和装置。在该废料中，所考虑的是“家庭废料、 农业废料和工业废料”。
Enkegaard(US4984983,1991年1月15日授权)涉及一种用于同时烧结 固体浆料、油污或污泥形式的有害有机废料的方法和装置，它是将该废料直 接导入工业旋转窑的燃烧区中并且并将该废料在该区中与水泥窑或轻量集料 一起烧结。特别是，在将气体喷入窑中之前将废物气化。该气化过程可以在 常规的气化器，如用于煤气化器中完成。
Mozes等人(US5058514,1991年10月27日授权)描述了一种用于同时 控制发电厂燃料气体中二氧化硫和NO排放量的方法。在所说的方法中，将 石灰石的水浆和含氮前体如尿素在900-1350℃的温度下喷入窑中。
与前面的技术有些相似的是，Amrhein等人(US5176088,1993年1月 5日授权)公开了将氨喷入温度为1600-2000华氏度的窑区域中以降低 NOx。
因此，在本领域中需要降低在燃烧过程，如水泥窑操作过程中产生的污 染物排放量。特别是需要降低NOx的排放量。
在本领域中还需要降低在燃烧过程，特别是水泥窑操作过程中产生的 HCl排放量。
本领域中的另一个需要是提供一种用于处理含水污泥并将其送入燃烧 器(通常地是带有预烧成器的水泥窑)中的安全、廉价和有效的系统。
本领域中还需要利用和除去泥污泥。
本领域中的这些和其它一些要求如下所说通过本发明来描述。
本发明涉及一种用于处理含水污泥并将其送入燃烧器中的系统，从而使 由该污泥燃烧过程产生的污染性排放物降低。该系统的操作过程已详细描述 于先前申请S.N.08/213718中，该申请作为参考而全部引入本文。这种方法 包括将含水污泥(潮湿)在燃烧过程中导入燃烧混合物中，以降低不需要的污 染物，特别是NOx和HCl的排放量。本发明是将含水污泥颗粒以一定的量并 在燃烧操作过程中一定的位置导入燃烧操作过程中，以有效地降低该燃烧过 程所产生的出口烟道气体中的NOx和在某些情况下的HCl排放量。优选地， 将可以使NOx和HCl排放量有效达到最佳降低的数量的污泥在发生最多污染 物如NOx和HCl排放量降低的位置到燃烧操作过程中。一般说来，最佳的导 入燃烧操作过程的位置是在温度为约1500-1800华氏度的出口烟道气体 中。在将污泥导入由窑和预煅烧器组成的燃烧操作过程，如水泥窑操作过程 中的特定情况下，污泥在位于将窑出口烟道气体和烧结器烟道气体的混合的 预煅烧器燃烧区下游的某一点导入。
可以通过将含水污泥在加压下利用雾化空气经过具有适当尺寸的孔而 形成污泥颗粒，从而将足够量的污泥导入以有效地降低NOx排放量。在测定 污泥的最佳导入量以后，可以改变雾化器设计和雾化器压力，特别是空气压 力，以产生最佳的颗粒尺寸。最佳的颗粒尺寸可以通过改进的窑性能以及增 加的污染物排放量的降低，或者窑操作所需的其它性能参数而反映出来。污 泥颗粒一般不超过约25毫米，但这一点可以随着污泥的来源和水份含量而变 化，并且这不是关键。
正如在先前的申请SN08/213718中所说，将含水污泥在温度约为1500 -1800华氏度的燃烧过程中的每一点导入，优选地该温度约为1700华氏度。 通常导入到燃烧过程中的污泥含有足够量的水份，从而很容易以颗粒形式输 送并导入燃烧过程如窑中。优选地水份含量不能太高，因为这将会降低所产 生的蒸汽量以及废气的体积。一般，该污泥由最高达约80-85重量%的水 组成，并且不能包括低于约65-70重量%的水。优选地，该污泥由约70 -80重量%水组成。污泥中最佳的水浓度可以通过机械脱水操作如离心和带 压来达到，典型地可以通过卫生区来产生和处理。这些脱水操作不能明显影 响湿污泥的氨含量。
如果送到燃烧操作位置的污泥处于适当的水分范围以外，本发明可以减 少或增加水含量。举例来说，如果污泥的水分含量太高，可以通过机械脱水 或蒸发来部分降低水含量，尽管在降低水量以后仍要保留充分的水量以泵送 污泥并导入窑中。如果水量太低，可以将水加入到污泥中。由于干燥较费钱， 因此不太可能提供太干的污泥。
在母专利申请SN 08/213718中所说的方法提供导入最大量的包含在污 泥中的氨。存在于污泥中大多数氨溶解在水相中。氨还由潮湿并在适当位置 加入的污泥颗粒中释放出来。因此本发明在降低污染物排放方面具有极大的 经济性和效率。
将含水污泥导入到燃烧操作中是明显有利的。污泥通常含有85%以上 的水，根据现有技术，基本上全部的水在将其固体物质导入到水泥窑中之前 需要从污泥中除去。机械脱水可以使水分含量达到约80%。但是除去水，特 别是当需要进行干燥时会使污泥处理的成本和复杂性大大增加。
另一方面，本发明涉及燃烧操作设备，如窑，以及用来将污泥含水颗粒 导入到燃烧操作设备中的装置。这种装置优选地包括用于产生具有适当尺寸 的污泥颗粒如雾化系统。因此，用来将污泥含水颗粒导入到燃烧操作过程中 的装置需要与常规燃烧操作如图1所示的现有的水泥窑不太有关的装置。这 种燃烧操作设备还包括与燃烧操作如水泥生产有关的装置和机械。
本发明涉及一种用于操作和输送含水污泥到燃烧器的系统，从而将由该 污泥的燃烧过程释放的污染物排放量降低。本发明的系统包括：
(a)燃烧装置;
(b)用于接受要燃烧的污泥的第一接受装置;
(c)用于将污泥由所述第一接受装置输送到污泥导管的装置;
(d)用于从污泥导管接受污泥的第二接受装置;
(e)用于将污泥由第二接受装置在某个可以有效地降低由污泥在燃烧装 置中燃烧产生的污染物排放量的位置导入到燃烧装置中的装置;
优选地，本发明的系统的燃烧装置包括含有烟道气体出口的水泥窑。较 为合适的是，含有烟道气体出口的预煅烧器与该窑一起工作。
优选地，用于将污泥导入燃烧装置中的装置位于预煅烧器烟道气体出口 中，处在预煅烧器燃烧区的下游，并且是在窑烟道气体出口与预煅烧器烟道 出口气体相混合的位置。优选地，用于将污泥导入到燃烧装置中的装置包括 一种雾化系统，其位置在污泥导入的位置处。优选地，用于将污泥导入到燃 烧装置中的装置还包括与雾化系统流体相连的泵送装置，用于将污泥输送到 雾化系统中。当用于将污泥导入到燃烧装置中的装置还包括用于将水导入到 污泥中的装置时，可以获得更好的效果，这样可以用水润滑污泥，从而减小 在污泥导管中的摩擦性。
典型地，用于接受要燃烧的含水污泥的第一接受装置至少包括一个容量 为0.5-100吨的污泥仓。用于将污泥由第一接受装置输送到污泥导管中的 装置可以是一个或多个螺旋送料器，它们优选地与合适的泵送装置如水力活 塞泵流体相通。
用于接受污泥导管的污泥的第二接受装置优选地至少包括一个容量为 约1-100立方英尺的污泥吊装振动仓(slinger surge bin hopper)。优选地，该 污泥吊装振动仓通过至少一个螺旋送料装置而与污泥吊装器流体相连，这些 螺旋送料装置与料仓出口和污泥吊装器进口相通。污泥吊装器的出口优选地 通过至少一个用于将污泥注入预煅烧器中的喷嘴与燃烧装置的预煅烧器进口 流体相连。