CN114854467B - 污泥与木质纤维类废弃物共混水热碳化制备固体燃料装置 - Google Patents

污泥与木质纤维类废弃物共混水热碳化制备固体燃料装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了污泥与木质纤维类废弃物共混水热碳化制备固体燃料装置，包括从左至右依次设置的原料存储***、原料输送***、碳化反应***和产物收集***，原料存储***与原料输送***连通，原料输送***与碳化反应***连通，碳化反应***通过管道与产物收集***连通，产物收集***上设置有热量交换机构，碳化反应***上设置有热量回收机构，热量交换机构和热量回收机构均与原料输送***对应设置，碳化反应***下方设置有加热机构，碳化反应***上方设置有集气机构，加热机构和集气机构均与碳化反应***对应设置。本发明实现了污泥与木质纤维类废弃物的水热碳化，对处理过程中的能量实现了高效回收再利用，避免了资源浪费，提高了处理效率。

Description

污泥与木质纤维类废弃物共混水热碳化制备固体燃料装置
技术领域
本发明涉及水热碳化技术领域，特别是涉及污泥与木质纤维类废弃物共混水热碳化制备固体燃料装置。
背景技术
污泥是污水处理后的产物，含有种类繁多、成分复杂的污染物，包括致病菌、寄生虫(卵)等生物污染物，铜、锌、铬、汞等无机有毒物质，以及多氯联苯、二噁英等持久性有机有毒物质，同时污泥中通常又富含大量的有机物和N、P等作物生长所需的营养物质，对环境造成严重污染，危及人们的生命健康。
木质纤维类废弃物中可收集利用的主要包括农作物秸秆、稻壳、甘蔗渣、玉米芯等，除部分用作牲畜饲料、造纸和燃料外，绝大部分丢弃与农田或就地焚烧，对环境造成污染的同时还浪费了大量的自然资源。
水热碳化为现有技术中处理污泥常用的一种处理技术，其是将生物质与水按一定的比例完全混合放入反应器中，在一定的温度，反应时间和压力下进行的水热反应，主要得到固体产物水热炭，水热炭品质接近于泥炭和褐煤，可作为复合固体燃料直接燃用。现有技术中尚且没有将污泥和木质纤维类废弃物混合碳化的装置，因此，亟需一种污泥与木质纤维类废弃物共混水热碳化制备固体燃料装置，用来实现对污泥与木质纤维类废弃物的回收再利用，避免资源浪费，同时保护环境。
发明内容
本发明的目的是提供污泥与木质纤维类废弃物共混水热碳化制备固体燃料装置，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供污泥与木质纤维类废弃物共混水热碳化制备固体燃料装置，包括从左至右依次设置的原料存储***、原料输送***、碳化反应***和产物收集***，所述原料存储***与所述原料输送***连通，所述原料输送***与所述碳化反应***连通，所述碳化反应***通过管道与所述产物收集***连通，所述产物收集***上设置有热量交换机构，所述碳化反应***上设置有热量回收机构，所述热量交换机构和所述热量回收机构均与所述原料输送***对应设置，所述碳化反应***下方设置有加热机构，所述碳化反应***上方设置有集气机构，所述加热机构和所述集气机构均与所述碳化反应***对应设置。
优选的，所述原料存储***包括原料存储罐，所述原料存储罐顶端中部开设有纤维物进料口，所述原料存储罐内设置有破碎筛分机构，所述破碎筛分机构与所述纤维物进料口对应设置，所述原料存储罐侧壁上开设有污泥输送口，所述污泥输送口位于所述破碎筛分机构下方，所述原料存储罐远离所述污泥输送口的一侧底部开设有第一出料口，所述第一出料口与所述原料输送***对应设置。
优选的，所述破碎筛分机构包括转动连接在所述原料存储罐内的若干粉碎辊，若干所述粉碎辊平行设置，相邻两所述粉碎辊对应设置，所述原料存储罐侧壁内开设有空腔，所述粉碎辊一端伸入所述空腔内固定连接有链轮，若干所述链轮通过链条传动连接，所述原料存储罐外侧壁上固定连接有电机，任一所述链轮远离所述原料存储罐的一侧与所述电机的输出轴同轴固定连接，所述原料存储罐内设置有筛分部，所述筛分部位于所述粉碎辊下方且与所述粉碎辊对应设置，所述筛分部与所述电机传动连接。
优选的，所述筛分部包括滑动连接在所述空腔内的两滑杆，两所述滑杆平行设置，所述滑杆上沿轴向等间距开设有若干通孔，所述通孔内滑动连接有连接杆，两所述滑杆上的所述连接杆之间设置有筛网，所述筛网两侧分别与两所述连接杆铰接，若干所述筛网倾斜且平行设置，所述筛网中部铰接在所述原料存储罐内壁上，所述连接杆远离所述筛网的一端固定连接有第一弹簧的一端，所述第一弹簧套设在所述连接杆上，所述第一弹簧另一端与所述滑杆固定连接，所述电机的输出轴上固定连接有凸轮，所述凸轮与所述滑杆顶端抵接，所述滑杆底端均固定连接有第二弹簧的一端，所述第二弹簧另一端与所述空腔内部底端固定连接。
优选的，所述碳化反应***包括反应釜，所述反应釜侧壁上开设有第一进料口和第二出料口，所述第一进料口与所述原料输送***连通，所述第二出料口与所述原料存储***连通，所述反应釜顶端开设有排气口，所述排气口与所述集气机构连通，所述加热机构包括微波发生器，所述微波发生器固定连接有波导管的一端，所述反应釜侧壁内开设有液体放置腔，所述液体放置腔内设置有加热板，所述加热板内设置有微波溃口，所述波导管另一端与微波溃口固定连接，所述热量回收机构与所述液体放置腔对应设置。
优选的，所述热量回收机构包括固定连接在所述反应釜顶端的圆台形收集槽，所述圆台形收集槽底端与所述反应釜连通，所述圆台形收集槽顶端开设有热蒸汽回收口，所述热蒸汽回收口与所述原料输送***连通，所述圆台形收集槽与所述液体放置腔连通。
优选的，所述集气机构包括与所述排气口连通的集气罐，所述集气罐内设置有三层过滤网，三层所述过滤网上分别设置有碱性溶液、焦性末食子酸溶液和氯化亚铜氨溶液，所述集气罐上设置有排气阀。
优选的，所述原料输送***包括原料输送罐，所述原料输送罐上开设有第二进料口和第三出料口，所述第二进料口与所述第一出料口连通，所述第三出料口与所述第一进料口连通，所述原料输送罐底端开设有进气口，所述进气口与所述热蒸汽回收口连通。
优选的，所述产物收集***包括收集罐，所述收集罐上设置有第三进料口和第四出料口，所述第三进料口与所述第二出料口连通，所述热量交换机构包括固定连接在所述收集罐上的热量交换器，所述热量交换器与所述原料输送罐对应设置。
优选的，所述污泥输送口与污泥输送管道连通，所述纤维物进料口用于投放纤维物，所述纤维物为秸秆、稻壳、甘蔗渣或玉米芯。
本发明公开了以下技术效果：
1、本发明提供的污泥与木质纤维类废弃物共混水热碳化制备固体燃料装置，通过设置原料存储***以及内部的破碎筛分机构，实现了纤维物的破碎筛分，保证了破碎筛分程度，同时可以通过纤维物与污泥混合，降低污泥中的含水率，从而减少污泥脱水过程的消耗，节约资源。
2、本发明提供的污泥与木质纤维类废弃物共混水热碳化制备固体燃料装置，通过设置集气机构实现了对反应过程中热量的回收，通过回收的热量实现对原料输送***中混合污泥的预热，避免热量浪费，实现了资源再利用。
3、本发明提供的污泥与木质纤维类废弃物共混水热碳化制备固体燃料装置，通过设置热量交换机构，实现了对反应后物料冷却时热量的回收再利用，通过物料静置冷却时产生的热量对原料输送***中混合污泥的预热，进一步提高了预热效率和节约了能耗。
4、本发明提供的污泥与木质纤维类废弃物共混水热碳化制备固体燃料装置，通过设置微波加热的方式实现了水热碳化过程，能源清洁高效，避免了传统工艺中产生的大量有害气体，降低了废气处理成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明装置结构示意图；
图2为本发明图1中A处局部放大图；
其中，1、原料存储罐；2、纤维物进料口；3、污泥输送口；4、第一出料口；5、粉碎辊；6、链轮；7、链条；8、电机；9、滑杆；10、通孔；11、连接杆；12、筛网；13、第一弹簧；14、凸轮；15、第二弹簧；16、反应釜；17、第一进料口；18、第二出料口；19、排气口；20、微波发生器；21、波导管；22、加热板；23、液体放置腔；24、微波溃口；25、圆台形收集槽；26、热蒸汽回收口；27、集气罐；28、过滤网；29、排气阀；30、原料输送罐；31、第二进料口；32、第三出料口；33、进气口；34、收集罐；35、第三进料口；36、第四出料口；37、热量交换器；38、污泥输送管道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供污泥与木质纤维类废弃物共混水热碳化制备固体燃料装置，包括从左至右依次设置的原料存储***、原料输送***、碳化反应***和产物收集***，原料存储***与原料输送***连通，原料输送***与碳化反应***连通，碳化反应***通过管道与产物收集***连通，产物收集***上设置有热量交换机构，碳化反应***上设置有热量回收机构，热量交换机构和热量回收机构均与原料输送***对应设置，碳化反应***下方设置有加热机构，碳化反应***上方设置有集气机构，加热机构和集气机构均与碳化反应***对应设置。
进一步优化方案，为了实现污泥和纤维物的混合，原料存储***包括原料存储罐1，原料存储罐1顶端中部开设有纤维物进料口2，原料存储罐1内设置有破碎筛分机构，破碎筛分机构与纤维物进料口2对应设置，原料存储罐1侧壁上开设有污泥输送口3，污泥输送口3位于破碎筛分机构下方，原料存储罐1远离污泥输送口3的一侧底部开设有第一出料口4，第一出料口4与原料输送***对应设置，通过纤维物和污泥的混合，来降低污泥中的含水率，从而降低污泥脱水的消耗，同时提高污泥脱水的效率，节约脱水时间。
进一步优化方案，为了实现对纤维物的破碎，破碎筛分机构包括转动连接在原料存储罐1内的若干粉碎辊5，若干粉碎辊5平行设置，相邻两粉碎辊5对应设置，原料存储罐1侧壁内开设有空腔，粉碎辊5一端伸入空腔内固定连接有链轮6，若干链轮6通过链条7传动连接，原料存储罐1外侧壁上固定连接有电机8，任一链轮6远离原料存储罐1的一侧与电机8的输出轴同轴固定连接，原料存储罐1内设置有筛分部，筛分部位于粉碎辊5下方且与粉碎辊5对应设置，筛分部与电机8传动连接，通过电机8带动链轮6转动，链轮6和链条7带动粉碎辊5转动，实现对纤维物的破碎处理。
进一步优化方案，为了实现对破碎后纤维物的筛分，筛分部包括滑动连接在空腔内的两滑杆9，两滑杆9平行设置，滑杆9上沿轴向等间距开设有若干通孔10，通孔10内滑动连接有连接杆11，原料存储罐1内相对两侧壁上开设有长孔，两滑杆9通过长孔伸入到原料存储罐1内，两滑杆9上的连接杆11之间设置有筛网12，筛网12两侧分别与两连接杆11铰接，若干筛网12倾斜且平行设置，筛网12相对两外侧壁中部铰接在原料存储罐1内壁上，使筛网12可以绕铰接点转动，连接杆11远离筛网12的一端固定连接有第一弹簧13的一端，第一弹簧13套设在连接杆11上，第一弹簧13另一端与滑杆9固定连接，电机8的输出轴上固定连接有凸轮14，凸轮14与滑杆9顶端抵接，滑杆9底端均固定连接有第二弹簧15的一端，第二弹簧15另一端与空腔内部底端固定连接，通过电机8带动凸轮14转动，凸轮14带动抵接的滑杆9竖向移动，两滑杆9通过凸轮14和第二弹簧15带动筛网12反复摇摆，使破碎后的纤维物均匀筛分至原料存储罐1内。
进一步优化方案，为了实现对污泥和纤维物的碳化处理，碳化反应***包括反应釜16，反应釜16侧壁上开设有第一进料口17和第二出料口18，第一进料口17与原料输送***连通，第二出料口18与原料存储***连通，反应釜16顶端开设有排气口19，排气口19与集气机构连通，加热机构包括微波发生器20，微波发生器20固定连接有波导管21的一端，反应釜16侧壁内开设有液体放置腔23，液体放置腔23内设置有加热板22，加热板22内设置有微波溃口24，波导管21另一端与微波溃口24固定连接，热量回收机构与液体放置腔23对应设置，液体放置腔23内设置有水，通过微波加热清洁高效，避免了传统工艺中产生大量有毒气体的弊端。
进一步优化方案，为了实现对反应釜16中热量的回收再利用，热量回收机构包括固定连接在反应釜16顶端的圆台形收集槽25，圆台形收集槽25底端与反应釜16连通，圆台形收集槽25顶端开设有热蒸汽回收口26，热蒸汽回收口26与原料输送***连通，圆台形收集槽25与液体放置腔23连通。
进一步优化方案，为了实现对反应中废气的回收处理，集气机构包括与排气口19连通的集气罐27，集气罐27内设置有三层过滤网28，三层过滤网28上分别吸附有碱性溶液用于吸收二氧化碳气体，焦性末食子酸溶液用于吸收氧气，氯化亚铜氨溶液用于吸收一氧化碳，集气罐27上设置有排气阀29。
进一步优化方案，原料输送***包括原料输送罐30，原料输送罐30上开设有第二进料口31和第三出料口32，第二进料口31与第一出料口4连通，第三出料口32与第一进料口17连通，原料输送罐30底端开设有进气口33，进气口33与热蒸汽回收口26连通，混合脱水的物料在原料输送罐30进行预热处理。
进一步优化方案，为了进一步实现热量的回收再利用，产物收集***包括收集罐34，收集罐34上设置有第三进料口35和第四出料口36，第三进料口35与第二出料口18连通，热量交换机构包括固定连接在收集罐34上的热量交换器37，热量交换器37与原料输送罐30对应设置，产物需在收集罐34内冷却，其产生的热量可回收用于对污泥纤维物混合料的预热处理，回收热量资源，节约能耗。
进一步优化方案，污泥输送口3与污泥输送管道38连通，纤维物进料口2用于投放纤维物，纤维物为秸秆、稻壳、甘蔗渣或玉米芯。
本发明提供的污泥与木质纤维类废弃物共混水热碳化制备固体燃料装置，通过污泥输送管道38将污泥输送至原料存储罐1内，通过纤维物进料口2输送纤维物，纤维物经过粉碎辊5粉碎后通过筛网12筛分至原料存储罐1内，污泥和纤维物混合后通过加入脱水剂进行脱水处理，随后进入原料输送罐30进行预热，预热后的混合料进入反应釜16进行水热碳化处理，处理温度为150-200℃，压力为15-30bar，时间为60-150分钟，处理后收集料进入收集罐34内冷却，反应釜16内的热量和收集罐34内的热量回收至原料输送罐30内，对下一批混合料进行预热处理，从而节约了资源消耗。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.污泥与木质纤维类废弃物共混水热碳化制备固体燃料装置，其特征在于，包括从左至右依次设置的原料存储***、原料输送***、碳化反应***和产物收集***，所述原料存储***与所述原料输送***连通，所述原料输送***与所述碳化反应***连通，所述碳化反应***通过管道与所述产物收集***连通，所述产物收集***上设置有热量交换机构，所述碳化反应***上设置有热量回收机构，所述热量交换机构和所述热量回收机构均与所述原料输送***对应设置，所述碳化反应***下方设置有加热机构，所述碳化反应***上方设置有集气机构，所述加热机构和所述集气机构均与所述碳化反应***对应设置；
所述原料存储***包括原料存储罐(1)，所述原料存储罐(1)顶端中部开设有纤维物进料口(2)，所述原料存储罐(1)内设置有破碎筛分机构，所述破碎筛分机构与所述纤维物进料口(2)对应设置，所述原料存储罐(1)侧壁上开设有污泥输送口(3)，所述污泥输送口(3)位于所述破碎筛分机构下方，所述原料存储罐(1)远离所述污泥输送口(3)的一侧底部开设有第一出料口(4)，所述第一出料口(4)与所述原料输送***对应设置；
所述破碎筛分机构包括转动连接在所述原料存储罐(1)内的若干粉碎辊(5)，若干所述粉碎辊(5)平行设置，相邻两所述粉碎辊(5)对应设置，所述原料存储罐(1)侧壁内开设有空腔，所述粉碎辊(5)一端伸入所述空腔内固定连接有链轮(6)，若干所述链轮(6)通过链条(7)传动连接，所述原料存储罐(1)外侧壁上固定连接有电机(8)，任一所述链轮(6)远离所述原料存储罐(1)的一侧与所述电机(8)的输出轴同轴固定连接，所述原料存储罐(1)内设置有筛分部，所述筛分部位于所述粉碎辊(5)下方且与所述粉碎辊(5)对应设置，所述筛分部与所述电机(8)传动连接；
所述筛分部包括滑动连接在所述空腔内的两滑杆(9)，两所述滑杆(9)平行设置，所述滑杆(9)上沿轴向等间距开设有若干通孔(10)，所述通孔(10)内滑动连接有连接杆(11)，两所述滑杆(9)上的所述连接杆(11)之间设置有筛网(12)，所述筛网(12)两侧分别与两所述连接杆(11)铰接，若干所述筛网(12)倾斜且平行设置，所述筛网(12)中部铰接在所述原料存储罐(1)内壁上，所述连接杆(11)远离所述筛网(12)的一端固定连接有第一弹簧(13)的一端，所述第一弹簧(13)套设在所述连接杆(11)上，所述第一弹簧(13)另一端与所述滑杆(9)固定连接，所述电机(8)的输出轴上固定连接有凸轮(14)，所述凸轮(14)与所述滑杆(9)顶端抵接，所述滑杆(9)底端均固定连接有第二弹簧(15)的一端，所述第二弹簧(15)另一端与所述空腔内部底端固定连接。
2.根据权利要求1所述的污泥与木质纤维类废弃物共混水热碳化制备固体燃料装置，其特征在于：所述碳化反应***包括反应釜(16)，所述反应釜(16)侧壁上开设有第一进料口(17)和第二出料口(18)，所述第一进料口(17)与所述原料输送***连通，所述第二出料口(18)与所述原料存储***连通，所述反应釜(16)顶端开设有排气口(19)，所述排气口(19)与所述集气机构连通，所述加热机构包括微波发生器(20)，所述微波发生器(20)固定连接有波导管(21)的一端，所述反应釜(16)侧壁内开设有液体放置腔(23)，所述液体放置腔(23)内设置有加热板(22)，所述加热板(22)内设置有微波溃口(24)，所述波导管(21)另一端与微波溃口(24)固定连接，所述热量回收机构与所述液体放置腔(23)对应设置。
3.根据权利要求2所述的污泥与木质纤维类废弃物共混水热碳化制备固体燃料装置，其特征在于：所述热量回收机构包括固定连接在所述反应釜(16)顶端的圆台形收集槽(25)，所述圆台形收集槽(25)底端与所述反应釜(16)连通，所述圆台形收集槽(25)顶端开设有热蒸汽回收口(26)，所述热蒸汽回收口(26)与所述原料输送***连通，所述圆台形收集槽(25)与所述液体放置腔(23)连通。
4.根据权利要求3所述的污泥与木质纤维类废弃物共混水热碳化制备固体燃料装置，其特征在于：所述集气机构包括与所述排气口(19)连通的集气罐(27)，所述集气罐(27)内设置有三层过滤网(28)，三层所述过滤网(28)上分别设置有碱性溶液、焦性末食子酸溶液和氯化亚铜氨溶液，所述集气罐(27)上设置有排气阀(29)。
5.根据权利要求3所述的污泥与木质纤维类废弃物共混水热碳化制备固体燃料装置，其特征在于：所述原料输送***包括原料输送罐(30)，所述原料输送罐(30)上开设有第二进料口(31)和第三出料口(32)，所述第二进料口(31)与所述第一出料口(4)连通，所述第三出料口(32)与所述第一进料口(17)连通，所述原料输送罐(30)底端开设有进气口(33)，所述进气口(33)与所述热蒸汽回收口(26)连通。
6.根据权利要求5所述的污泥与木质纤维类废弃物共混水热碳化制备固体燃料装置，其特征在于：所述产物收集***包括收集罐(34)，所述收集罐(34)上设置有第三进料口(35)和第四出料口(36)，所述第三进料口(35)与所述第二出料口(18)连通，所述热量交换机构包括固定连接在所述收集罐(34)上的热量交换器(37)，所述热量交换器(37)与所述原料输送罐(30)对应设置。
7.根据权利要求1所述的污泥与木质纤维类废弃物共混水热碳化制备固体燃料装置，其特征在于：所述污泥输送口(3)与污泥输送管道(38)连通，所述纤维物进料口(2)用于投放纤维物，所述纤维物为秸秆、稻壳、甘蔗渣或玉米芯。
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