申请日2018.10.30
公开(公告)日2019.01.29
IPC分类号C02F11/13; C02F11/10
摘要
一种聚光加热两段螺旋式污泥干化热解系统及方法，系统：干化机自动追日装置通过干化机反射镜面阵列反射捕捉到的太阳光，对干化机保温筒中的污泥干化筒进行供热;热解机自动追日装置通过热解机反射镜面阵列对热解机保温筒中的污泥热解筒进行供热;污泥干化筒的排料经破碎机进入污泥热解筒后再经粉碎机进排出;冷凝器对热解过程的产生的污蒸汽进行循环式冷凝;热解气储罐对热解过程中产生的可燃气体进行回收。方法：通过氮气保证热解氛围，利用自动追日装置捕捉太阳光提供热能;实现热解气体的循环，并通过冷凝器进行水分的回收;对可燃气体进行回收;对固体产物进行回收。该系统和方法能充分利用太阳能进行供热，节能效果好，能提高污泥的热解效率。
权利要求书
1.一种聚光加热两段螺旋式污泥干化热解系统，包括固定安装在室外的干化机自动追日装置(1)和热解机自动追日装置(36)，所述干化机自动追日装置(1)的上端固定安装有干化机反射镜面阵列(2)，所述热解机自动追日装置(36)的上端固定安装有热解机反射镜面阵列(35)，其特征在于，还包括干化机保温筒(3)、热解机保温筒(23)、破碎机(18)、粉碎机(31)和氮气发生器(39);
所述干化机保温筒(3)由透光材料制成，干化机保温筒(3)的左部和右部设置有与其内部的夹套腔连通的干化机冷凝气进气口(12)和干化机冷凝气出气口(13);干化机保温筒(3)固定设置在干化机反射镜面阵列(2)的上方，其内部固定穿设有横向设置的污泥干化筒(6);
污泥干化筒(6)在其筒身的外表面设置有干化筒吸光面(4)，污泥干化筒(6)在其筒身的左部和右部分别开设有干化机污蒸汽出气口(9)和干化机吹扫气进气口(16);污泥干化筒(6)在其筒身的左端上部连接有与其内腔连通的进料槽(8)，在其筒身的右端下部开设有干化出料口(15)，并于其内腔中固定连接有位于干化出料口(15)右侧的出料挡板(14)，并于其内腔中出料挡板(14)以左的部分可转动地安装有干化螺旋输送叶片(7)，干化螺旋输送叶片(7)中心的转轴依次可转动地穿过出料挡板(14)和污泥干化筒(6)的右端板后与固定在外部的干化螺旋电机(17)的输出端连接;
所述破碎机(18)固定设置在干化出料口(15)的下方，破碎机(18)的进料口与干化出料口(15)之间通过管路连通;
所述热解机保温筒(23)由透光材料制成，热解机保温筒(23)的左部和右部设置有与其内部的夹套腔连通的热解机冷凝气进气口(21)和热解机冷凝气出气口(22);热解机保温筒(23)固定设置在热解机反射镜面阵列(35)的上方，其内部固定穿设有横向设置的污泥热解筒(25);
污泥热解筒(25)在其筒身的外表面设置有热解筒吸光面(24)，污泥热解筒(25)在其筒身的左端和右端分别开设有热解机吹扫气进气口(38)和热解气出口(29);污泥热解筒(25)在其筒身的左端上部和右端下部分别开设有热解进料口(20)和热解出料口(30)，并于其内腔中固定连接有位于热解出料口(30)右侧的热解出料挡板(27)，并于其内腔中热解出料挡板(27)以左的部分可转动地安装有热解螺旋输送叶片(26)，热解螺旋输送叶片(26)中心的转轴依次可转动地穿过热解出料挡板(27)和污泥热解筒(25)的右端板后与固定在外部的热解螺旋电机(28)的输出端连接;
热解进料口(20)位于破碎机(18)的出料口下方，且与破碎机(18)的出料口之间通过管路连通;破碎机(18)由破碎机电机(19)驱动;
所述粉碎机(31)固定设置在热解出料口(30)的下方，粉碎机(31)的进料口与热解出料口(30)之间通过管路连通，粉碎机(31)的出料口通过管路与污泥热解炭储罐(34)连通;粉碎机(31)由粉碎机电机(32)驱动;
所述氮气发生器(39)通过管路与热解机吹扫气进气口(38)连接，热解气出口(29)通过管路与热解气储罐(33)连接;
干化机污蒸汽出气口(9)通过冷凝器(10)与引风机(11)的进口端连接，引风机(11)的出口端通过管路与干化机冷凝气进气口(12)连接，干化机冷凝气出气口(13)通过管路与热解机冷凝气进气口(21)连接，热解机冷凝气出气口(22)通过管路与干化机吹扫气进气口(16)连接。
2.根据权利要求1所述的一种聚光加热两段螺旋式污泥干化热解系统，其特征在于，还包括蓄电池组、发电机、风力机、太阳能电池板和太阳能控制器，所述风力机通过发电机与蓄电池组连接，太阳能电池板通过太阳能控制器与蓄电池组连接，蓄电池组分别与引风机(11)、干化螺旋电机(17)、破碎机电机(19)、热解螺旋电机(28)、粉碎机电机(32)连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种聚光加热两段螺旋式污泥干化热解系统，其特征在于，所述干化筒吸光面(4)上设置有干化筒吸光面照度计(5)，干化筒吸光面照度计(5)与干化机自动追日装置(1)连接;
热解筒吸光面(24)上设置有热解筒吸光面照度计(37)，热解筒吸光面照度计(37)与热解机自动追日装置(36)连接。
4.根据权利要求3所述的一种聚光加热两段螺旋式污泥干化热解系统，其特征在于，所述干化机自动追日装置(1)和热解机自动追日装置(36)均为抛物面聚光式。
5.根据权利要求4所述的一种聚光加热两段螺旋式污泥干化热解系统，其特征在于，所述干化机保温筒(3)和热解机保温筒(23)均由有机玻璃制成。
6.根据权利要求5所述的一种聚光加热两段螺旋式污泥干化热解系统，其特征在于，干化筒吸光面(4)涂覆黑色吸光耐300℃高温材料，热解筒吸光面(24)涂覆黑色吸光耐700℃高温材料。
7.根据权利要求6所述的一种聚光加热两段螺旋式污泥干化热解系统，其特征在于，污泥干化筒(6)和污泥热解筒(25)均具有电加热功能。
8.根据权利要求7所述的一种聚光加热两段螺旋式污泥干化热解系统，其特征在于，所述冷凝器(10)为管壳式冷凝器。
9.根据权利要求7所述的一种聚光加热两段螺旋式污泥干化热解系统，其特征在于，所述干化螺旋电机(17)、破碎机电机(19)、热解螺旋电机(28)和粉碎机电机(32)均为变频电机。
10.一种聚光加热两段螺旋式污泥干化热解方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，系统开始运行前5分钟，开启氮气发生器(39)，使其产生氮气经热解机吹扫气进气口(38)进入污泥热解筒(25)，保证热解的惰性气氛，热解产生的气体经热解气出口(29)引出由热解气储罐(33)收集保存待用;
步骤2，干化机自动追日装置(1)实时采集太阳光的光照强度和干化筒吸光面照度计(5)反馈的电信号，自动地调节干化机反射镜面阵列(2)的倾斜角度，使其聚焦反射并透过干化机保温筒(3)到达干化筒吸光面(4)的太阳光的太阳能量最大化;干化筒吸光面(4)将吸收的太阳能转化为热能，并将热能供给污泥干化筒(6)，以提高污泥干化筒(6)内部的温度;
热解机自动追日装置(36)实时采集太阳光的光照强度和热解筒吸光面照度计(37)反馈的电信号，自动调节热解机反射镜面阵列(35)的倾斜角度，使其聚焦反射并透过热解机保温筒(23)到达热解筒吸光面(24)的太阳光的太阳能量最大化;热解筒吸光面(24)将吸收的太阳能转化为热能，并将热能供给污泥热解筒(25)，以提高污泥热解筒(25)内部的温度;
步骤3，将待处理的污泥由进料槽(8)加入污泥干化筒(6)中，通过干化螺旋电机(17)驱动干化螺旋(7)转动以搅动污泥向右移动，污泥在移动过程中与污泥干化筒(6)的内筒壁相接触进行热交换，加热污泥过程中蒸发出污泥的水分;
步骤4，污泥水分蒸发产生的污蒸汽由干化机污蒸汽出气口(9)经冷凝器(10)被引风机(11)引出，冷凝器(10)去除污蒸汽的水分，再由干化机冷凝气进气口(12)进入干化机保温筒(3)，在干化机保温筒(3)内受到干化筒吸光面(4)和聚焦的太阳光辐射的加热，由干化机冷凝气出气口(12)引出，经热解机冷凝气进气口(21)进入热解机保温筒(23)，受到热解筒吸光面(24)和聚焦的太阳光辐射的加热，由热解机冷凝气出气口(22)引出，经干化机吹扫气进气口(16)进入污泥干化筒(6)，完成一个干化气循环处理系统的循环;
步骤5，干化后的污泥由干化出料挡板(14)拨下，经干化出料口(15)落入破碎机(18)，破碎机(18)将块状的干污泥破碎成预定粒径，经热解进料口(20)进入污泥热解筒(25)，通过热解螺旋电机(28)驱动热解螺旋(26)转动以搅动污泥向右移动，使污泥与热解筒吸光面(24)接触进行热交换，污泥升温达到热解所需的温度，热解后的污泥由热解出料挡板(27)拨下，经热解出料口(30)落入粉碎机(31)，粉碎机(31)将热解后的污泥粉碎成预定颗粒存入污泥热解炭储罐(34)保存待用。
说明书
一种聚光加热两段螺旋式污泥干化热解系统及方法
技术领域
本发明属于风力发电应用技术领域，具体是一种聚光加热两段螺旋式污泥干化热解系统，属于污泥处理技术领域。
背景技术
污泥是水处理的附属产物，处理处置方法主要有填埋，农用，堆肥，焚烧，热解等。其中干化热解处理方法能够达到污泥的无害化和减容减量，并得到有益的副产品。产物气和油可以进一步加工成为燃料，产物残渣可以改进成为活性炭利用。但是污泥干化热解需要消耗大量的能量。
现有的污泥热解系统未能对太阳能进行充分的利用，因为太阳能的能量密度较小，需要设计足够尺寸的反应器面积和有效的加热长度才能达到污泥的干化和热解温度。另外，现有的热解系统产东能对热解过程放出的大量水蒸气进行有效的脱除，影响了热解作业的安全性和可靠性差。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种聚光加热两段螺旋式污泥干化热解系统，该系统能充分利用太阳能进行供热，节能效果好;该系统结构简单，对污泥的热解效率高;该系统能同时对热解过程中产生的污蒸汽进行冷凝回收，对热解过程中产生的可燃气体进行回收，对解过程中产生的固体物料进行回收。
为了实现上述目的，本发明提供一种聚光加热两段螺旋式污泥干化热解系统，包括固定安装在室外的干化机自动追日装置、热解机自动追日装置、干化机保温筒、热解机保温筒、破碎机、粉碎机和氮气发生器，所述干化机自动追日装置的上端固定安装有干化机反射镜面阵列，所述热解机自动追日装置的上端固定安装有热解机反射镜面阵列;
所述干化机保温筒由透光材料制成，干化机保温筒的左部和右部设置有与其内部的夹套腔连通的干化机冷凝气进气口和干化机冷凝气出气口;干化机保温筒固定设置在干化机反射镜面阵列的上方，其内部固定穿设有横向设置的污泥干化筒;
污泥干化筒在其筒身的外表面设置有干化筒吸光面，污泥干化筒在其筒身的左部和右部分别开设有干化机污蒸汽出气口和干化机吹扫气进气口;污泥干化筒在其筒身的左端上部连接有与其内腔连通的进料槽，在其筒身的右端下部开设有干化出料口，并于其内腔中固定连接有位于干化出料口右侧的出料挡板，并于其内腔中出料挡板以左的部分可转动地安装有干化螺旋输送叶片，干化螺旋输送叶片中心的转轴依次可转动地穿过出料挡板和污泥干化筒的右端板后与固定在外部的干化螺旋电机的输出端连接;
所述破碎机固定设置在干化出料口的下方，破碎机的进料口与干化出料口之间通过管路连通;
所述热解机保温筒由透光材料制成，热解机保温筒的左部和右部设置有与其内部的夹套腔连通的热解机冷凝气进气口和热解机冷凝气出气口;热解机保温筒固定设置在热解机反射镜面阵列的上方，其内部固定穿设有横向设置的污泥热解筒;
污泥热解筒在其筒身的外表面设置有热解筒吸光面，污泥热解筒在其筒身的左端和右端分别开设有热解机吹扫气进气口和热解气出口;污泥热解筒在其筒身的左端上部和右端下部分别开设有热解进料口和热解出料口，并于其内腔中固定连接有位于热解出料口右侧的热解出料挡板，并于其内腔中热解出料挡板以左的部分可转动地安装有热解螺旋输送叶片，热解螺旋输送叶片中心的转轴依次可转动地穿过热解出料挡板和污泥热解筒的右端板后与固定在外部的热解螺旋电机的输出端连接;
热解进料口位于破碎机的出料口下方，且与破碎机的出料口之间通过管路连通;破碎机由破碎机电机驱动;
所述粉碎机固定设置在热解出料口的下方，粉碎机的进料口与热解出料口之间通过管路连通，粉碎机的出料口通过管路与污泥热解炭储罐连通;粉碎机由粉碎机电机驱动;
所述氮气发生器通过管路与热解机吹扫气进气口连接，热解气出口通过管路与热解气储罐连接;
干化机污蒸汽出气口通过冷凝器与引风机的进口端连接，引风机的出口端通过管路与干化机冷凝气进气口连接，干化机冷凝气出气口通过管路与热解机冷凝气进气口连接，热解机冷凝气出气口通过管路与干化机吹扫气进气口连接。
本发明利用聚光系统将太阳能聚焦，利用太阳能转化的热能对污泥进行加热，提供污泥干化热解系统所需的能量，同时，利用分级加热实现污泥的连续升温热解，有效提高了太阳能的利用率，并达到了节能的目的;干化气循环处理系统循环吹扫污泥蒸发的污蒸汽并采用冷凝气将污泥干化过程释放出的大量水蒸气进行冷凝，能对污蒸汽中的水分进行充分的回收，从而可以对热解过程产生的水进行快速有效的脱除，能有效提高热解作业过程中的安全性和可靠性，同时，有利于热解的高效进行;热解气收集系统能对污泥热解产生的可燃气体进行收集，以利于后续的再利用过程。保温筒利用太阳能加热还能提高冷凝后的气体的温度，以利于保证其循环吹扫过程中的温度，进而能有利于热解过程的快速高效进行，该系统安全性和可靠性高，能有效提高热能的利用效率。
进一步，为了充分利用太阳能和风能，还包括蓄电池组、发电机、风力机、太阳能电池板和太阳能控制器，所述风力机通过发电机与蓄电池组连接，太阳能电池板通过太阳能控制器与蓄电池组连接，蓄电池组分别与引风机、干化螺旋电机、破碎机电机、热解螺旋电机、粉碎机电机连接。在有风的时候，利用风力发电获得电能，在太阳光充足的时候利用太阳能发电获得电能，并采用蓄电池组进行储能，能有效利用风能和光能的互补，从而能充分利用风能和太阳能为系统正常运转进行供电，可保证系统的连续长时间运转，并可实现了能源的高效利用和污泥的减容减量。
进一步，为了实现自动化地控制，以使系统能自动地转动到合适的角度以捕捉到最强的太阳光，所述干化筒吸光面上设置有干化筒吸光面照度计，干化筒吸光面照度计与干化机自动追日装置连接;
热解筒吸光面上设置有热解筒吸光面照度计，热解筒吸光面照度计与热解机自动追日装置连接。
作为一种优选，所述干化机自动追日装置和热解机自动追日装置均为抛物面聚光式。
进一步，为了提高透光率，以提高太阳能的利用率，所述干化机保温筒和热解机保温筒均由有机玻璃制成。
作为一种优选，干化筒吸光面涂覆黑色吸光耐300℃高温材料，热解筒吸光面涂覆黑色吸光耐700℃高温材料。
进一步，为了在太阳能不足的情况下能保证系统的正常运行，污泥干化筒和污泥热解筒均具有电加热功能。
作为一种优选，所述冷凝器为管壳式冷凝器。
进一步，为了实现连续无级的调速功能，所述干化螺旋电机、破碎机电机、热解螺旋电机和粉碎机电机均为变频电机。
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种聚光加热两段螺旋式污泥干化热解方法，该方法可以有效实现对热解过程中产生的水分、可燃气体和固体物料进行充分有效的回收，其热解过程可靠、安全，能在充分利用太阳能的同时，节省电能的消耗。
为了实现上述目的，本发明提供了一种聚光加热两段螺旋式污泥干化热解方法，包括如下步骤：
步骤1，系统开始运行前分钟，开启氮气发生器，使其产生氮气经热解机吹扫气进气口进入污泥热解筒，保证热解的惰性气氛，热解产生的气体经热解气出口引出由热解气储罐收集保存待用;
步骤2，干化机自动追日装置实时采集太阳光的光照强度和干化筒吸光面照度计反馈的电信号，自动地调节干化机反射镜面阵列的倾斜角度，使其聚焦反射并透过干化机保温筒到达干化筒吸光面的太阳光的太阳能量最大化;干化筒吸光面将吸收的太阳能转化为热能，并将热能供给污泥干化筒，以提高污泥干化筒内部的温度;
热解机自动追日装置实时采集太阳光的光照强度和热解筒吸光面照度计反馈的电信号，自动调节热解机反射镜面阵列的倾斜角度，使其聚焦反射并透过热解机保温筒到达热解筒吸光面的太阳光的太阳能量最大化;热解筒吸光面将吸收的太阳能转化为热能，并将热能供给污泥热解筒，以提高污泥热解筒内部的温度;
步骤3，将待处理的污泥由进料槽加入污泥干化筒中，通过干化螺旋电机驱动干化螺旋转动以搅动污泥向右移动，污泥在移动过程中与污泥干化筒的内筒壁相接触进行热交换，加热污泥过程中蒸发出污泥的水分;
步骤4，污泥水分蒸发产生的污蒸汽由干化机污蒸汽出气口经冷凝器被引风机引出，冷凝器去除污蒸汽的水分，再由干化机冷凝气进气口进入干化机保温筒，在干化机保温筒内受到干化筒吸光面和聚焦的太阳光辐射的加热，由干化机冷凝气出气口引出，经热解机冷凝气进气口进入热解机保温筒，受到热解筒吸光面和聚焦的太阳光辐射的加热，由热解机冷凝气出气口引出，经干化机吹扫气进气口进入污泥干化筒，完成一个干化气循环处理系统的循环;
步骤5，干化后的污泥由干化出料挡板拨下，经干化出料口落入破碎机，破碎机将块状的干污泥破碎成预定粒径，经热解进料口进入污泥热解筒，通过热解螺旋电机驱动热解螺旋转动以搅动污泥向右移动，使污泥与热解筒吸光面接触进行热交换，污泥升温达到热解所需的温度，热解后的污泥由热解出料挡板拨下，经热解出料口落入粉碎机，粉碎机将热解后的污泥粉碎成预定颗粒存入污泥热解炭储罐保存待用。
该方法操作过程简单，安全性好、可靠性高，其利用聚光加热系统提供污泥干化热解系统所需的能量，通过循环吹扫污泥蒸发的污蒸汽并回收热能和水资源，并对污泥热解产生的可燃气体进行收集，提高了热解效率的同时，可实现对热解过程产生的气体物质、液体物质和固体物质的有效收集。
