公布日：2023.08.11
申請日：2023.05.30
分類號：C10J3/00(2006.01)I;F23G5/033(2006.01)I;F23G5/50(2006.01)I;F23N5/00(2006.01)I;C01B3/32(2006.01)I
摘要
本發明公開了一種稻殼輔助污泥熱解氣化旋風熔融無害化處置方法與裝置，方法包括以下步驟：將污泥和稻殼輔料分別通過料倉給入烘焙器發生低溫熱解反應，固相產物給入立式氣化爐，在立式氣化爐內與空氣發生氣化反應，氣化殘焦運送至重整器，與從立式氣化爐的氣體出口溢出的氣化氣發生催化重整反應，同時，利用烘焙氣通入重整器作為重整介質；催化重整后的氣化殘焦進入破碎機粉碎，后噴入旋風熔融爐與高溫空氣接觸，發生燃燒反應，另外，給入重整提質后的氣化氣進行助燃，將氣化殘焦中所含灰分和氣化氣攜帶的飛灰徹底熔融液化以有效固溶污泥中重金屬。本發明中巧妙用稻殼輔助污泥，可對各種污泥進行徹底無害處置，且整個系統的能量自給。
權利要求書
1.稻殼輔助污泥熱解氣化旋風熔融無害化處置的方法，其特征在于，包括以下步驟：將污泥和稻殼輔料按一定比例分別通過料倉給入間接加熱夾套式烘焙器，反應溫度控制在200-300℃保持一定時間，污泥-稻殼混合原料在烘焙過程中發生低溫熱解反應形成固相產物，然后固相產物通過加熱夾套式烘焙器的出料口連接關風器給入立式氣化爐，在立式氣化爐內與空氣發生氣化反應，氣化反應溫度600-800℃，氣化形成的氣化殘焦通過立式氣化爐底部的爐排運送至重整器，并在重整器內與從立式氣化爐的氣體出口溢出的氣化氣發生催化重整反應，同時，將污泥和稻殼烘焙過程產生的烘焙氣通入重整器作為重整介質以在重整過程提高氣化氣的品質，增加氣化氣的熱值；催化重整后的氣化殘焦通過冷渣器和關風器排出，進入破碎機粉碎，破碎后的焦粉噴入旋風熔融爐的粉料入口，與從旋風熔融爐的熱空氣進口給入的高溫空氣接觸，發生燃燒反應，另外，旋風熔融爐的助燃器進口給入重整提質后的氣化氣進行助燃，將氣化殘焦中所含灰分和氣化氣攜帶的飛灰徹底熔融液化，達到有效固溶污泥中重金屬的目的。
2.根據權利要求1所述的稻殼輔助污泥熱解氣化旋風熔融無害化處置的方法，其特征在于，旋風熔融爐排出的高溫煙氣通過氣-氣換熱器預熱空氣后，再給入間接加熱夾套式烘焙器作為熱源，煙氣降溫后排出；通過氣-氣換熱器預熱后的空氣作為高溫空氣從旋風熔融爐的熱空氣進口給入，以與噴入旋風熔融爐的粉料接觸而發生燃燒反應，實現整個流程的能源自給。
3.根據權利要求1所述的稻殼輔助污泥熱解氣化旋風熔融無害化處置的方法，其特征在于，稻殼輔料的給入量為通過整個過程的能源自給需求和旋風熔融溫度需求測定，控制其給入量為在間接加熱夾套式烘焙器中加入的混合物總重量的10%-30%。
4.根據權利要求1所述的稻殼輔助污泥熱解氣化旋風熔融無害化處置的方法，其特征在于，污泥和稻殼輔料在間接加熱夾套式烘焙器中反應溫度200-300℃情況下保持1-3小時。
5.根據權利要求1所述的稻殼輔助污泥熱解氣化旋風熔融無害化處置的方法，其特征在于，控制旋風熔融爐中的燃燒溫度控制為1200-1400℃。
6.根據權利要求1所述的稻殼輔助污泥熱解氣化旋風熔融無害化處置的方法，其特征在于，從旋風熔融爐的熱空氣進口給入的高溫空氣的溫度控制為400-600℃。
7.實現權利要求1-6任意一項所述的方法的裝置，其特征在于，具體包括：料倉、間接加熱夾套式烘焙器、關風器、立式氣化爐、爐排、重整器、破碎機、旋風熔融爐、冷渣器、氣-氣換熱器、鼓風機；污泥料倉和稻殼料倉的出口連接間接加熱夾套式烘焙器的物料進口，間接加熱夾套式烘焙器的出料口連接關風器，關風器出口連接立式氣化爐的進料口，立式氣化爐的底部設有爐排，爐排的另一側連入重整器，立式氣化爐的氣體出口連接重整器，間接加熱夾套式烘焙器的氣體出口連接重整器的重整介質進口，重整器的氣化殘焦出口連接冷渣器，冷渣器連接關風器，通過關風器排出的氣化殘焦進入破碎機，破碎機連接旋風熔融爐的粉料入口；重整器內提質后的高熱值氣化氣經由重整器氣化氣出口連接旋風熔融爐的助燃氣進口，旋風熔融爐的液態排渣口排出液態渣，旋風熔融爐的高溫煙氣出口連接氣-氣換熱器的熱煙氣進口，氣-氣換熱器的熱煙氣出口連接間接加熱夾套式烘焙器的熱介質進口，高溫煙氣換熱冷卻后排出，鼓風機連接氣-氣換熱器的空氣進口，鼓入的空氣經熱煙氣預熱后成為高溫空氣，氣-氣換熱器的空氣出口連接旋風熔融爐的熱空氣進口。
發明內容
本發明的目的是提供一種徹底無害化且能源自給的稻殼輔助污泥熱解氣化旋風熔融無害化處置方法與裝置。
本發明是通過以下技術方案來實現的：稻殼輔助污泥熱解氣化旋風熔融無害化處置的方法，包括以下步驟：將污泥和稻殼輔料按一定比例分別通過料倉給入間接加熱夾套式烘焙器，反應溫度控制在200-300℃保持一定時間，作為優選，保持時間控制為1-3小時，在此條件下，污泥-稻殼混合原料首先預熱干燥去除大量的外在水分，隨后在烘焙過程中發生低溫熱解反應進一步的去除內在水和小分子含氧組分，使得含能組分富集在固相產物中，因此得到高能量密度固相產物，固相產物通過加熱夾套式烘焙器的出料口連接關風器給入立式氣化爐，在立式氣化爐內與空氣發生氣化反應，氣化反應溫度600-800℃，氣化殘焦通過立式氣化爐底部的爐排運送至重整器，并在重整器中與從立式氣化爐的氣體出口溢出的氣化氣發生催化重整反應，同時，將污泥和稻殼烘焙過程產生的烘焙氣（其含有大量的水蒸氣和二氧化碳等輕質組分）通入重整器作為重整介質，共同發生一系列的重整反應（如水蒸氣轉化反應C+H2O→CO+H2、水煤氣變換反應CO+H2O→CO2+H2、甲烷干重整反應CH4+CO2→2CO+2H2等水蒸氣重整和二氧化碳重整反應）,重整過程提高了氣化氣的品質，增加了氣化氣的熱值；催化重整后的氣化殘焦通過冷渣器和關風器排出，進入破碎機粉碎，破碎后的焦粉噴入旋風熔融爐的粉料入口，與從旋風熔融爐的熱空氣進口給入的高溫空氣接觸，發生燃燒反應，另外，旋風熔融爐的助燃器進口給入重整提質后的氣化氣進行助燃，將氣化殘焦中所含灰分和氣化氣攜帶的飛灰徹底熔融液化，達到有效固溶污泥中重金屬的目的。
作為優選，旋風熔融爐中的燃燒溫度控制為1200-1400℃。
作為優選，從旋風熔融爐的熱空氣進口給入的高溫空氣的溫度控制為400-600℃。
作為優選，在立式氣化爐內，固相產物是與少量的空氣發生氣化反應，所述少量空氣的空氣注入量由過量空氣系數0.1-0.3范圍取得。
作為優選，旋風熔融爐排出的高溫煙氣通過氣-氣換熱器預熱空氣后，再給入間接加熱夾套式烘焙器作為熱源，煙氣降溫后排出；通過氣-氣換熱器預熱后的空氣作為高溫空氣從旋風熔融爐的熱空氣進口給入，以與噴入旋風熔融爐的粉料接觸而發生燃燒反應，實現整個流程的能源自給。
作為優選，稻殼輔料主要由有機組分（85%-90%）和二氧化硅（SiO2，10%-15%）構成，其給入量可通過整個過程的能源自給需求和旋風熔融溫度需求測定，一般控制在間接加熱夾套式烘焙器中加入的混合物總重量的10%-30%范圍內，稻殼輔助污泥熱解氣化可提高所得氣體產物的熱值，并且利用稻殼和污泥在烘焙過程中的高含水量揮發分氣體重整熱解氣化氣，進一步提高氣體產物的品質，以達到后續旋風熔融燃燒所需的溫度；同時利用稻殼中高含量的二氧化硅成分，其與污泥熱解焦在旋風熔融燃燒過程中，可發生灰相高溫反應，形成低熔點的硅酸鹽，降低污泥灰的熔點，通過調控稻殼的比例可調控旋風熔融液化的溫度，實現污泥用熔融爐的工業化設計和整個系統的穩定運行。
在此方法的基礎上，本發明還提出一種稻殼輔助污泥熱解氣化旋風熔融無害化處置的裝置，具體包括：料倉、間接加熱夾套式烘焙器、關風器、立式氣化爐、爐排、重整器、破碎機、旋風熔融爐、冷渣器、氣-氣換熱器、鼓風機；污泥料倉和稻殼料倉的出口連接間接加熱夾套式烘焙器的物料進口，烘焙器的出料口連接關風器，關風器出口連接立式氣化爐的進料口，立式氣化爐的底部設有爐排，爐排的另一側連入重整器，立式氣化爐的氣體出口連接重整器，間接加熱夾套式烘焙器的氣體出口連接重整器的重整介質進口，重整器的氣化殘焦出口連接冷渣器，冷渣器連接關風器，通過關風器排出的氣化殘焦進入破碎機，破碎機連接旋風熔融爐的粉料入口；重整器內提質后的高熱值氣化氣經由重整器氣化氣出口連接旋風熔融爐的助燃氣進口，旋風熔融爐的液態排渣口排出液態渣，旋風熔融爐的高溫煙氣出口連接氣-氣換熱器的熱煙氣進口，氣-氣換熱器的熱煙氣出口連接間接加熱夾套式烘焙器的熱介質進口，高溫煙氣換熱冷卻后排出，鼓風機連接氣-氣換熱器的空氣進口，鼓入的空氣經熱煙氣預熱后成為高溫空氣，氣-氣換熱器的空氣出口連接旋風熔融爐的熱空氣進口。
本發明與現有技術相比，本發明顯著優點有：（1）稻殼輔助污泥熱解氣化提高所得氣體產物的熱值，并且利用稻殼和污泥在烘焙過程中的高含水量揮發分氣體重整熱解氣化氣，進一步提高氣體產物的品質，以達到后續旋風熔融燃燒所需的溫度；（2）利用稻殼中高含量的二氧化硅成分，其與污泥熱解焦在旋風熔融燃燒過程中，可發生灰相高溫反應，形成低熔點的硅酸鹽，降低污泥灰的熔點，通過調控稻殼的比例可調控旋風熔融液化的溫度，實現污泥用熔融爐的工業化設計和整個系統的穩定運行；（3）整個系統能夠系統化、自熱式地對各種污泥進行無害處置，可實現整個系統的能量自給，并且實現重金屬等污染物的固溶，使其徹底無害化。
（發明人：張書平;李莎;錢晨）
