CN1488590A - 污泥的热解处理方法及其设备 - Google Patents

Abstract

污泥的热解处理方法及其设备，涉及城市富含有机质污泥的处理设备。现有技术将城市污泥驳运至城郊填埋或焚烧处理，对环境产生二次污染。本发明采用等离子体火焰喷射器，将经过挤压脱水的粘稠态污泥加工成细长的粉条状，然后缓缓通过温度极高的等离子火焰，在惰性气体氮的保护下，污泥在瞬间受温度突跃，有机物通过挥发、裂解、聚合变成可燃性气体和部分灰分固态物，其化学反应式：N²↑+RH电子流弧化加热CO↑+CH⁴↑+C+灰粉混合物+N²↑从而将污泥体积极大缩小，氧化，变有害为无害。本发明污泥热解装置具有体积小巧、重量轻、占地面小，搬运方便优点，可快速建立临时或永久污泥处理站，使污泥就地处理，根本杜绝污泥短途驳运给城市带来的种种弊端。

Description

污泥的热解处理方法及其设备

技术领域

本发明涉及到一种热解法污泥的处理方法和装置，尤其是利用高温加热法对污泥进行热分解处理的一种方法及其设备。

背景技术

城市下水道污泥，包括内河污泥含有大量有机物质，这些有机物质通过自然界微生物的生化作用后，会产生数量可观的污泥，污泥内含有大量的微生物残骸及分泌物，并带有病原菌。由于污泥含氧量低，极易发生厌氧发酵，产生大量的臭气。目前城市处理污泥的普遍方法是将污泥驳运到城郊作填埋或焚烧处理，但上述驳运和填埋处理过程中会对城市环境产生二次污染，尤其是对一些内陆城市而言，填埋污泥还要占用宝贵土地。而使用劣质燃油或燃煤等廉价能源在焚烧污泥的过程中也会产生烟尘，污染大气层。中国专利(专利号：01206033.X)公开了一个名称为“特种垃圾等离子体焚烧装置”的实用新型专利，但其说明书和附图的内容相互矛盾，例如；根据附图1的框图，保护气体、工作气体进等离子体发生器，空气进焚烧炉，但附图2上只有一个进风通道，并没有给出保护气体、工作气体的入口。这两种气体有什么区别？作用和原理？附图中既并没有绘出等离子体结构、安装等必要的技术方案，以致所属技术领域的普通技术人员难以再现！医院垃圾处理过程中排放的可燃性气体，与空气混合后会连续出现***反应，给设备运行带来很大危险，但该装置也没有给出解决上述难点的技术方案。另外，该装置不能对含无机质相对较多的城市污泥快速地连续不间断进行处理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种污泥的热解处理方法及其设备，该设备具有轻巧，就地处理的特点，且连续不间断工作的优点。该污泥的热解处理方法对大气没有污染，也不会给设备带来***等危险。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：采用温度突跃法干化处理污泥技术。具体技术方案是；利用金属钢板制造的一个容器，作为处理污泥的燃烧室，该燃烧室内壁不采用任何耐火材料作防护，实践证明并没有出现钢板的融化现象，当然，也不排斥加装钢板散热片等技术措施。在燃烧室的侧壁，横向水平安装了一个等离子体割炬，等离子体割炬采用电力作能源。在燃烧室的顶层，还安装了一个污泥进料口分配器，如同传统的粉条加工机一样，其作用是将经过离心机或者挤压脱水加工过的湿态的粘稠污泥，再挤压揉成细长的粉条状(离心或者挤压脱水加工的机械结构与现有技术的结构可以相同，也可以有所改进，但应当属于分案申请的内容，这里不再赘述)。本发明的污泥的热解处理方法是：粉条状的污泥，以基本垂直于等离子焰的喷射方向，缓慢地通过源源不断喷射出的温度极高的等离子焰，此高温区是利用电子流弧化使局部温度升高到几千度，污泥在瞬间受温度突跃，产生了快速反应，部分有机物通过挥发、裂解、聚合变成可燃性气体，另一部分有机物碳化变成固态物质，其有机物的化学反应式为：

从而将污泥体积缩小，氧化，变有害为无害，其中的固态物质是一些灰分，以自由落体形式从燃烧室的出料口排出，也可以被进一步利用。如制成建筑材料，工艺品，也可直接用于生物填料等。其中产生的气体可作燃料可以作为燃料。

本发明的有益效果是：①污泥处理停留时间：污泥进入燃烧室本体到固体残渣卸料口的全过程处理的停留时间小于25秒，具有处理时间极短、设备占地面积小的特点。②反应中产生的可燃性气体主要成分为CO，可作为燃料。③等离子体火焰喷射器可以采用380V三相交流电源，能源清洁易得。以传统的偏见来看，似乎对污泥一类的垃圾处理采用昂贵的二次能源电力，价格不菲，然经实践证明并非如此。因为本发明的污泥处理设备是可以在工厂车间制造完成的一个独立产品，并且其体积小巧，占地面积小，搬运方便灵活，建立或者拆除一个污泥处理站非常容易。随着城市拆迁、规划扩大、移民，污泥处理站点也随之撤消和新建，和建造一个传统的污泥焚烧炉所必须的土建工程相比，其前期投资和拆除成本大大降低，因而其发明的有益效果愈加突出。此外，传统的污泥焚烧炉为了提高燃料的热效率，往往需要将焚烧炉建造得达到一定的规模，并且为了连续处理污泥以节约燃料，还需要建造储存劣质燃油或者燃煤的储罐或堆场。这些附加加缺点，本发明的污泥处理设备中就不会存在。此外由于焚烧炉具备一定的规模，所以一个城市所能建造的焚烧炉数量有限，这样污泥就需要集中焚烧处理，于是就需要动用很多汽车，内河船只运输污泥，需要耗费昂贵的短途驳运费用，以及给城市环境带来二次污染，而本发明污泥的热解处理设备可以同时使用多台，也可以随时关机，污泥处理能力可大可小。本发明样机其耗电量经实验测试，以处理1Kg脱水污泥计算(以污泥挤压脱水后含水率65％计算)，等离子割炬耗电理论值为1.6100度/1Kg污泥，冷却水用量为0.0586m³/1Kg污泥，成本达：0.60元/1Kg污泥。即600元人民币/吨污泥，而污泥焚烧的国际价格是500美元/吨脱水污泥。且目前国内焚烧污泥的成本均大于1000元/吨污泥。综合各方面的成本计算，本发明污泥的热解处理设备处理单价小于焚烧的单价，实用前景可观。以上海市为例，含水率84％污泥为40多吨/年，经初步脱水后体积减少到原有污泥的1/3，即13万多吨/年含水率为65％的脱水污泥。若按本发明污泥的热解处理设备运行，用90O万元就可解决污泥的处理问题，从而根本上杜绝了污泥填埋、短途驳运对城市环境造成的二次污染。

附图说明

附图是本发明污泥热解处理设备正向剖面图。

图中，1.污泥进料口，2.阳极转化机构，3.等离子体割炬，4.可燃气体出口，5.残渣卸料口，6.燃烧室，7.冷却水入口8.惰性气体N²入口9.粉条状污泥，10.等离子焰喷射区，11.阳极螺纹旋转机构，12.钢板，13.灰粉混合物。

具体实施方式

见附图等离子体割炬3，在等离子体割炬3上有一个惰性气体N²入口8。通入惰性气体N²的目的是防止污泥中的有机物分解出的气体遇氧燃烧***，在等离子割炬3的外层设有冷却套，并设有冷却水入口7，冷却循环水是带走等离子体割炬工作过程中产生的局部高温，使割炬前端温度不至于无限升高，维持割炬正常工作。在相对于等离子割炬3的正对面，燃烧室6的另一侧壁钢板12上，还安装了一个阳极转换机构2，阳极转换机构2的外层也设有与等离子割炬3作用相同的冷却套和冷却水入口(附图中未画出)。在燃烧室6的侧壁钢板12上，还设置了一个可燃气体出口4。阳极转换机构2通过螺纹机构旋转，其与等离子割炬3的引弧距离可以调节。当与等离子割炬3之间的距离达到合适值的时候，产生等离子体电子流高温，即引弧。此时等离子割炬3为正极，阳极转换机构为负极，构成直流电回路，然后调节等离子割炬3和阳极转换机构2到合适的距离，打开污泥进料口1就可以处理污泥。当等离子体割炬3工作时，燃烧室内局部区域温度，即等离子焰喷射区10的温度可升高到几千度，此时惰性气体N²随同等离子焰一起射入燃烧室6，燃烧器6内充满微正压的惰性气体。从进料口1进入燃烧室6的粉条状污泥9，在惰性气体N²的保护下，经过等离子焰喷射区10，其化学反应式如上所述，这里不再重复。产生的可燃气体由气体收集口4收集，灰分固态物残渣下落到残渣卸料口5排出。污泥9进入燃烧室6本体到卸料口5全过程的处理停留时间小于25秒。

等离子割炬3的中心轴线，与进料口1中心轴线，以及污泥9的进料方向可以形成一个夹角，在本发明的附图中，为叙述方便，该夹角取90°度，然精于本发明领域的人员完全可以改变该角度，以增加污泥穿越等离子焰10的路径，增强污泥处理效果，但都应当落入本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.污泥的热解处理方法及其设备，包括一个燃烧室(6)，等离子割柜(3)，进料口(1)和卸料口(5)，其特征是：还包括一个惰性气体N²入口(8)，所述的N²入口(8)设置在等离子割柜(3)上，并随同等离子焰射入燃烧室(6)，等离子割柜(3)的安装方向，与进料口(1)以及污泥(9)的进料方向形成一个夹角。

2.一种利用权利要求1所述设备的污泥的热解处理方法，其特征是：从所述的污泥进料口(1)进入燃烧室(6)的污泥(9)，在惰性气体N²的保护下，经过等离子焰喷射区(10)，在瞬间受温度突跃，有机物被挥发、裂解、聚合变成可燃性气体和部分灰分固态物，其化学反应式：

其中的污泥(9)进入燃烧室(6)本体到卸料口(5)全过程处理的停留时间小于25秒。

3.根据权利要求2所述污泥的热解处理方法，其特征是：在燃烧室(6)内的气体压力保持微正压的措施。

4.根据权利要求1所述的污泥的热解处理方法及其设备，其特征是：在燃烧室(6)的另一侧壁，相对等离子割柜(3)正对面，还安装了一个阳极转换机构(2)，通过螺纹机构旋转，阳极转换机构(2)与等离子割柜(3)的引弧距离可以调节。

5.根据权利要求4所述的污泥的热解处理方法及其设备，其特征是：所述的等离子割柜(3)的外层设有冷却套，并设有冷却水入口(7)；阳极转换机构(2)的外层也设有相同的冷却套和冷却水入口。

6.根据权利要求5所述的污泥的热解处理方法及其设备，其特征是：等离子割柜(3)接直流电的正极，阳极转换机构(2)接直流电负极。

7.根据权利要求1或6所述的污泥的热解处理方法及其设备，其特征是：在燃烧室(6)的侧壁钢板(12)上，还设置了一个可燃气体出口(4)。

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