一种自热式污泥与秸秆共碳化的方法和装置
技术领域
本发明涉及污泥与秸秆处理领域，特别是涉及一种自热式污泥与秸秆共碳化的方法和装置。
背景技术
一方面，污泥作为城市污水处理的副产物，其产量巨大且拥有很高的利用潜力，污泥热解技术以其良好的社会环境和经济效益逐渐成为研究热点。然而，污水厂脱水污泥的含水率高达80％，同时原污水中的绝大多数污染物都转移在污泥里，包括各种重金属和有害有机物和病原体等，严重阻碍了污泥的能源和农业利用。污泥直接热解会出现两个问题，一个是如此高的含水率会增加很高的能耗，另一个是脱水污泥这种半塑形态需要专门的进料设备。
另一方面，我国是一个传统农业大国，我国每年农业秸秆丢弃量巨大，不仅造成环境污染问题，而且是一种极大的资源浪费。秸秆的低能量密度不利于其储存和运输。在秸秆热解利用方面，由于生物质秸秆含水率较低、挥发分含量较高，在秸秆热解利用处理过程中，秸秆灰分会随着烟溢出，造成热解设备管路阻塞。
污泥具有高含水率、高灰分、粘度高以及热值低的特点。而生物质秸秆含水率低、灰分含量低且热值相对较高，将秸秆添加到污泥中，既可以调理污泥的含水率，又可以增加污泥的流动性，实现连续进料，同时可以调节造粒的质量和效能。秸秆含有的挥发分和固定炭含量明显高于污泥；两种原料中碳和氧元素含量都较高。将秸秆掺混到污泥中进行共碳化能较好地调节原料中的挥发分、水分和固定炭的含量，有利于污泥热解效率的提高。
发明内容
本发明目的在于提出一种自热式污泥与秸秆共碳化方法及装置，能够系统化、自热式地进行生物质碳化，高效清洁地处置污泥和秸秆。
一种自热式污泥与秸秆共碳化方法，包括以下步骤：将秸秆原料送入破碎机进行破碎，使破碎后的秸秆粒径小于100mm，之后与湿的污泥原料一同注入桨叶干燥机，进行混合和干燥，干燥后的污泥秸秆混合物含水率大大降低，能够成渣。成渣后的混合物进入造粒机进行造粒，颗粒状的秸秆污泥混合物进入叉流床进行热解，叉流床产生的热解气进入燃烧室进行燃烧得到高温烟气，经过氧化钙过滤器的过滤，一部分高温烟气经过鼓风机进入到叉流床为生物质的热解提供热量，另一部分的高温烟气进入换热器，从换热器得到200～400℃的蒸汽，一部分进入桨叶干燥机作为干燥所需的热源，另一部分多余热量收集起来用于外部环境的供热。
进一步的，在桨叶干燥机里面完成秸秆和污泥原料的混合和干燥，处理后的秸秆污泥混合物含水率控制在20％～30％，方便后续造粒机的造粒，保证热值的平衡，实现系统的自热。
进一步的，叉流床产生的热解气经过燃烧室燃烧得到高温烟气，经过氧化钙过滤器的过滤掉酸性污染物后部分回到叉流床，作为叉流床热解生物质的热源，保证叉流床热解温度不超过800℃，控制生物质内重金属污染物的挥发，使重金属固化在生物炭内。
进一步的，来自换热器的蒸汽为桨叶干燥机内的生物质干燥提供热量，保证干燥温度为100～200℃，之后再回到换热器完成一个热力循环。
一种自热式污泥与秸秆共碳化的方法和装置包括：秸秆破碎机、桨叶干燥机、生物质造粒机、热解叉流床、燃烧器、氧化钙过滤器、管壳式换热器、三通阀、水泵、储热器、给料仓、进料斗、鼓风机、烟气三通管；
秸秆破碎机的出口连接桨叶干燥机的给料仓，桨叶干燥机的混合生物质的出口连接生物质造粒机的入口，造粒后的生物质给入热解叉流床，热解叉流床的热解气出口连接燃烧室的进口，燃烧室的高温烟气出口连接氧化钙过滤器的进口，氧化钙过滤器的出口连接烟气三通阀，烟气三通阀一端连接鼓风机，另一端连接管壳式换热器的入口，管壳式换热器的出口排出尾气；
桨叶干燥机的乏汽出口连接燃烧室的气体入口；
管壳式换热器的蒸汽出口连接三通阀的入口，三通阀的入口一端连接桨叶干燥机的蒸汽入口，另一端连接储热器的入口，桨叶干燥机的蒸汽出口连接管壳式换热器的给水入口，另有水泵连接管壳式换热器的给水入口。
进一步的，热解生叉流床的碳收集处设有冷渣器和关风器，叉流床进料斗的底部也应设有关风器。
本发明与现有技术相比，本发明显著优点有：(1)在桨叶干燥机中将秸秆添加到污泥中，既可以调理污泥的含水率，又可以增加污泥的流动性，实现连续进料；(2)秸秆含有的挥发分和固定炭含量明显高于污泥，两种原料中C和O元素含量都较高，将稻秸秆掺混到污泥中进行共碳化能较好地调节原料中的挥发分、水分和固定炭的含量，有利于污泥热解效率的提高；(3)叉流床产生的热解气经过燃烧室燃烧得到高温烟气，经过氧化钙过滤器过滤掉酸性污染物后部分回到叉流床，作为叉流床热解生物质的热源，保证叉流床热解温度不超过800℃，控制热解混合物内重金属污染物的挥发，使重金属固化在生物炭内，可以保证最大限度地减少污泥中重金属对环境的污染；(4)来自换热器的蒸汽为桨叶干燥机内的生物质干燥提供热量，既保证干燥温度为100～200℃，又充分利用了热解气产生的热量；(5)整个装置可以实现能量的梯级利用，无需外部供热，且系统运行安全性高、成本低；(6)高效清洁地处置了污泥与秸秆。
附图说明
图1为本发明自热式污泥与秸秆共碳化的装置的结构图。
图中：1-秸秆破碎机，2-桨叶干燥机，3-生物质造粒机，4-热解叉流床，5-燃烧器，6-氧化钙过滤器，7-管壳式换热器，8-三通阀，9-水泵，10-储热器，11-桨叶干燥机给料仓，12-桨叶干燥机出口，13-桨叶干燥机乏汽出口，14-燃烧器乏汽入口，15-桨叶干燥机蒸汽入口，16-桨叶干燥机蒸汽出口，17-生物质造粒机进料斗，18-生物质造粒机出口，19-热解叉流床进料口，20-冷渣器，21-关风器，22-燃烧器入口，23-氧化钙过滤器烟气入口，24-氧化钙过滤器固体出口，25-鼓风机，26-烟气三通阀，27-叉流床热解气出口，28-燃烧器出口，29-氧化钙过滤器烟气出口，30-管壳式换热器烟气入口，31-管壳式换热器蒸汽出口，32-管壳式换热器尾气出口，33-管壳式换热器给水入口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示，一种自热式污泥与秸秆共碳化的装置，包括秸秆破碎机1、桨叶干燥机2、生物质造粒机3、热解叉流床4、燃烧器5、氧化钙过滤器6、管壳式换热器7、三通阀8、水泵9、储热器10、给料仓11、进料斗17、鼓风机25、烟气三通管26；
秸秆破碎机1的出口连接桨叶干燥机2的给料仓11，桨叶干燥机2的混合生物质的出口12连接生物质造粒机3的入口，造粒后的生物质给入热解叉流床4的进料口19，热解叉流床4的热解气出口27连接燃烧室5的进口，燃烧室5的高温烟气出口28连接氧化钙过滤器6的进口，氧化钙过滤器6的出口29连接烟气三通阀26，烟气三通阀26一端连接鼓风机25，另一端连接管壳式换热器7的入口，管壳式换热器7的出口32排出尾气；
桨叶干燥机2的乏汽出口13连接燃烧室5的气体入口14；
管壳式换热器7的蒸汽出口31连接三通阀8的入口，三通阀8的入口一端连接桨叶干燥机2的蒸汽入口15，另一端连接储热器10的入口，桨叶干燥机2的蒸汽出口16连接管壳式换热器7的给水入口33，水泵9连接管壳式换热器7的给水入口33。
基于上述装置的一种自热式污泥与秸秆共碳化的方法，具体步骤为：将秸秆原料送入破碎机进行破碎，使破碎后的秸秆粒径小于100mm，之后与湿的污泥原料一同注入桨叶干燥机的进料仓11，在桨叶干燥机里面污泥和秸秆进项混合和干燥，干燥温度为100～200℃，干燥后的生物质材料的含水率控制在20％～30％，方便后续造粒机的造粒。产生的乏汽由桨叶干燥机的乏汽出口13进入燃烧器4的乏汽进口14。经过混合和干燥处理后的秸秆与污泥混合物从桨叶干燥机出口12进入生物质造粒机的进料斗17，经过造粒后，颗粒状的秸秆污泥混合物从造粒机的出口18进入热解叉流床进料口19,进行热解，热解温度为600～800℃，在热解叉流床的底部，经过冷渣器20和关风器21后，得到污泥秸秆共碳化的产品。
热解产生的热解气从叉流床的热解气出口27进入燃烧器4进行燃烧得到高温烟气，高温烟气的温度为800～1000℃，高温烟气由燃烧器的出口28进入到氧化钙过滤器6的烟气入口23。氧化钙由上端进入氧化钙过滤器，吸收烟气中酸性污染物后由出口24排出。过滤后的高温烟气从氧化钙过滤器的烟气出口29进入到烟气三通阀26，一部分烟气从三通阀的一端经过鼓风机25进入到叉流床，为生物质的热解提供热量，此时烟气的温度为600～800℃，这样保证叉流床热解温度不超过800℃，控制生物质内重金属污染物的挥发，使重金属固化在生物炭内。另一部分的高温烟气经由烟气三通阀26的一端进入管壳式换热器，从管壳式换热器得到200～400℃的蒸汽，从管壳式换热器的蒸汽出口31进入到三通阀8，一部分蒸汽进入桨叶干燥机的蒸汽入口15，作为干燥所需的热源，之后从桨叶干燥机的蒸汽出口16进入到管壳式换热器的给水入口33，此外，另一部分多余热蒸汽从三通阀8的另一端进入到储热器10收集起来用于外部环境的供热。
本发明的一种自热式污泥与秸秆共碳化的方法和装置，秸秆首先经过破碎，与湿污泥一同进入桨叶干燥机，在桨叶干燥机内两者充分混合和干燥，严格控制混合生物质材料的含水率。混合好的生物质材料进入造粒机进行造粒处理，之后颗粒状的生物质材料进入叉流床进行热解制碳。在叉流床内，生物质充分热解，得到目标产物碳；另外，从叉流床收集的热解气进入燃烧室进行燃烧，燃烧后高温烟气经氧化钙过滤装置过滤，得到的高温烟气一部分循环进入叉流床为生物质热解供热，另一部分进入管壳式换热器，得到的蒸汽回到桨叶干燥机提供干燥生物质材料所需的热量，多余的蒸汽热由储热器收集用于外部供热。本发明工艺过程简单，燃烧后的热解气热量得到充分利用，分别作为叉流床热解、桨叶干燥机干燥和外部供热的热源，整个系统无需外部供热，且高效清洁地处置了污泥与秸秆。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
