申请日2018.07.10
公开(公告)日2018.11.20
IPC分类号C02F11/06
摘要
本发明公开了一种超临界水氧化处理系统的污泥调配输送系统及方法，包括物料储藏装置、第一加热混合系统、第二加热混合系统、物料泵、反应单元和取热利用单元;物料储藏装置的出口依次连接第一加热混合系统、第二加热混合系统、物料泵、反应单元和取热利用单元;反应单元上设置有氧化剂入口，物料与氧化剂在反应单元反应后经过取热利用单元对外排放。针对各类物料，对调配输送的各设备进行优化设计以及合理布置，实现了超临界水氧化处理系统间歇调配或连续调配、连续输送的目的;并通过对超临界水氧化处理系统反应后产生热能的合理分配，节约了能源;有力地促进了包括污泥在内，油泥、油砂、高粘度有机质等各类浆体超临界水氧化技术的推广和应用。
权利要求书
1.一种超临界水氧化处理系统的污泥调配输送系统，其特征在于，包括物料储藏装置、第一加热混合系统、第二加热混合系统、物料泵(8)、反应单元(9)和取热利用单元(10);物料储藏装置的出口依次连接第一加热混合系统、第二加热混合系统、物料泵(8)、反应单元(9)和取热利用单元(10);第二加热混合系统和第一加热混合系统的换热外管进出口依次连接在反应单元(9)和取热利用单元(10)之间的输送管上;反应单元(9)上设置有氧化剂入口，物料与氧化剂共同进入反应单元(9)进行反应;反应后的物料经过取热利用单元(10)后对外排放。
2.根据权利要求1所述的一种超临界水氧化处理系统的污泥调配输送系统，其特征在于，所述第一加热混合系统包括至少一个物料调配输送装置、物料缓冲池(5)、设置在物料缓冲池(5)内部的第一搅拌机(13)和设置在物料缓冲池(5)内部的第一高温高压换热器(16);物料调配输送装置出口依次连接物料缓冲池(5)和第二加热混合系统。
3.根据权利要求2所述的一种超临界水氧化处理系统的污泥调配输送系统，其特征在于，所述物料调配输送装置包括第一物料调配池(1)、第一物料输送机(2)以及设置在第一物料调配池(1)内部的第二搅拌机(14);第一物料调配池(1)的出口依次连接第一物料输送机(2)和物料缓冲池(5)。
4.根据权利要求1所述的一种超临界水氧化处理系统的污泥调配输送系统，其特征在于，所述第一加热混合系统包括至少一个物料调配加热混合装置、物料缓冲池(5)和设置在物料缓冲池(5)内部的第一搅拌机(13);物料调配加热混合装置出口依次连接物料缓冲池(5)和第二加热混合系统。
5.根据权利要求4所述的一种超临界水氧化处理系统的污泥调配输送系统，其特征在于，所述物料调配加热混合装置包括第一物料调配池(1)、设置在第一物料调配池(1)内部的第二搅拌机(14)和设置在第一物料调配池(1)内部的第三高温高压换热器(22);第一物料调配池(1)的出口连接物料缓冲池(5);所述第一物料调配池(1)与所述物料缓冲池(5)之间设置有第二螺杆泵(20)。
6.根据权利要求1所述的一种超临界水氧化处理系统的污泥调配输送系统，其特征在于，所述第一加热混合系统包括物料缓冲池(5)、设置在物料缓冲池(5)内部的第一搅拌机(13)和设置在物料缓冲池(5)内部的第一高温高压换热器(16);物料缓冲池(5)的出口连接第二加热混合系统。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种超临界水氧化处理系统的污泥调配输送系统，其特征在于，所述第二加热混合系统包括物料缓冲罐(7)、设置在物料缓冲罐(7)内部的第二高温高压换热器(17)、设置在物料缓冲罐(7)内部的第三搅拌机(15)和设置在物料缓冲罐(7)顶部的稳压装置(19);物料缓冲罐(7)的出口连接物料泵(8)，物料泵(8)的工作参数不低于180℃、22.1MPa。
8.根据权利要求7所述的一种超临界水氧化处理系统的污泥调配输送系统，其特征在于，所述物料包括污泥、油泥或油砂;所述第一加热混合系统的出口和第二加热混合系统的进口之间设置有第一螺杆泵(6);所述第一搅拌机(13)、第二搅拌机(14)和第三搅拌机(15)分别为涡轮式、叶轮式、框式或几种形式组合的搅拌机;所述反应单元(9)与外部热源共同提供热量;所述第一高温高压换热器(16)、第二高温高压换热器(17)、第三高温高压换热器(22)和第四高温高压换热器(23)为浸没式高温高压换热器或加热器。
9.一种基于权利要求1所述的一种超临界水氧化处理系统的污泥调配输送方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：将物料储藏装置中的物料输送至第一加热混合系统中进行第一次加热混合;
第二步：将第一次加热混合后的物料输送至第二加热混合系统中进行第二次加热混合;
第三步：将第二次加热混合后的物料输送至物料泵(8)中加压至超临界压力;
第四步：将加压后的物料与氧化剂共同输送至反应单元(9)进行超临界水氧化反应得到热流体;
第五步：将热流体通过输送管输送至取热利用单元(10)并通过输送管主管路上的两条支流管路将部分热流体输送至第一加热混合系统和第二加热混合系统进行换热，第一加热混合系统和第二加热混合系统中换热完成的热流体通过支流管路输送回主管路，换热完成的热流体最后通过取热利用单元(10)对外排放。
10.根据权利要求9所述的一种超临界水氧化处理系统的污泥调配输送的方法，其特征在于，所述第二步中的第一次加热混合后的物料温度不低于70℃;所述第三步中的第二次加热混合后的物料温度不低于180℃。
说明书
一种超临界水氧化处理系统的污泥调配输送系统及方法
技术领域
本发明属于污泥无害化处理及资源化利用领域，涉及一种超临界水氧化处理系统的污泥调配输送系统及方法。
背景技术
随着我国工业化、城镇化进程的迅速加快，人口总量的持续增长，污水排放量逐年上升，而污水的常规处理方法所产生的污泥量急剧增加，据统计，每年全国仅城镇污泥产量已超4000万吨(含水率80%)，而工业污泥产量也达3000万吨以上，其含水量大，且含有相当比例的盐分、重金属、难降解的有毒有机污染物、细菌及寄生虫卵等病原生物体，具有恶臭气味，造成污泥堆放处的空气、水、土壤的严重污染。传统污泥处理方法，如浓缩、消化、脱水、填埋、堆肥工艺只能对污泥进行初步处理，不能做到彻底无害化。焚烧法虽然处理彻底，但会产生二噁英、SOX、NOX以及飞灰等有害物质。随着国家综合实力的大幅增强以及对环保问题的越发重视，对污泥的无害化处理和资源化利用已经迫在眉睫。
国内外研究及部分工业实践已经证明，利用超临界水(指温度和压力分别高于374.15℃、22.12MPa的特殊状态水)的独特性质，超临界水氧化技术可以有效地实现城市污泥的彻底无害化处理及资源化利用。超临界水氧化技术是利用可完全溶解在超临界水中的污泥有机质与氧化剂发生快速、彻底的均相反应，有机物中的碳元素转化成二氧化碳，氯、硫、磷等元素转化成相应的无机盐，氮元素绝大多数转化成氮气，实现污泥的高效无害化处理。
然而，超临界水处理是一种高温高压反应，待处理污泥被预热升压到超临界温度压力的过程是必不可少的。由于各污泥处理厂所处区域、周边污泥的来源、超临界氧化处理系统也大不相同，导致污泥的调配输送方法迥异，且很难达到超临界氧化处理系统对污泥的调配要求。另外，超临界水处理技术的经济性随污泥含固率的增加而显著提高，因而超临界水处理系统进料的污泥含固率一般高于10wt.%。然而，由于污泥粘度随污泥含固率的升高而提高，因此10wt.%含固率的污泥其常温粘度通常高于15000mpa.s，流动性差、导热系数低，难以实现连续输送，上述原因直接导致了利用超临界氧化技术处理污泥具有很大的局限性。因此，如何建立用于超临界水氧化处理系统的污泥调配输送系统及方法至关重要。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种超临界水氧化处理系统的污泥调配输送系统及方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种超临界水氧化处理系统的污泥调配输送系统，包括物料储藏装置、第一加热混合系统、第二加热混合系统、物料泵、反应单元和取热利用单元;物料储藏装置的出口依次连接第一加热混合系统、第二加热混合系统、物料泵、反应单元和取热利用单元;第二加热混合系统和第一加热混合系统的换热外管进出口依次连接在反应单元和取热利用单元之间的输送管上;反应单元上设置有氧化剂入口，物料与氧化剂共同进入反应单元进行反应;反应后的物料经过取热利用单元后对外排放。
本发明进一步的改进在于：
第一加热混合系统包括至少一个物料调配输送装置、物料缓冲池、设置在物料缓冲池内部的第一搅拌机和设置在物料缓冲池内部的第一高温高压换热器;物料调配输送装置出口依次连接物料缓冲池和第二加热混合系统。
物料调配输送装置包括第一物料调配池、第一物料输送机以及设置在第一物料调配池内部的第二搅拌机;第一物料调配池的出口依次连接第一物料输送机和物料缓冲池;第一高温高压换热器为浸没式换热器。
第一加热混合系统包括至少一个物料调配加热混合装置、物料缓冲池和设置在物料缓冲池内部的第一搅拌机;物料调配加热混合装置出口依次连接物料缓冲池和第二加热混合系统。
物料调配加热混合装置包括第一物料调配池、设置在第一物料调配池内部的第二搅拌机和设置在第一物料调配池内部的第三高温高压换热器;第一物料调配池的出口连接物料缓冲池;第一物料调配池与所述物料缓冲池之间设置有第二螺杆泵。
第一加热混合系统包括物料缓冲池、设置在物料缓冲池内部的第一搅拌机和设置在物料缓冲池内部的第一高温高压换热器;物料缓冲池的出口连接第二加热混合系统。
第二加热混合系统包括物料缓冲罐、设置在物料缓冲罐内部的第二高温高压换热器、设置在物料缓冲罐内部的第三搅拌机和设置在物料缓冲罐顶部的稳压装置;物料缓冲罐的出口连接物料泵，物料泵的工作参数不低于180℃、22.1MPa。
物料包括污泥、油泥或油砂等各类浆体;第一加热混合系统的出口和第二加热混合系统的进口之间设置有第一螺杆泵;第一搅拌机、第二搅拌机和第三搅拌机分别为涡轮式、叶轮式、框式或几种形式组合的搅拌机;反应单元与外部热源共同提供热量;第一高温高压换热器、第二高温高压换热器、第三高温高压换热器和第四高温高压换热器为高温高压换热器或加热器。
一种超临界水氧化处理系统的污泥调配输送方法，包括如下步骤：
第一步：将物料储藏装置中的物料输送至第一加热混合系统中进行第一次加热混合;
第二步：将第一次加热混合后的物料输送至第二加热混合系统中进行第二次加热混合;
第三步：将第二次加热混合后的物料输送至物料泵中加压至超临界压力;
第四步：将加压后的物料与氧化剂共同输送至反应单元进行超临界水氧化反应得到热流体;
第五步：将热流体通过输送管输送至取热利用单元并通过输送管主管路上的两条支流管路将部分热流体输送至第一加热混合系统和第二加热混合系统进行换热，第一加热混合系统和第二加热混合系统中换热完成的热流体通过支流管路输送回主管路，换热完成的热流体最后通过取热利用单元对外排放。
第二步中的第一次加热混合后的物料温度不低于70℃;第三步中的第二次加热混合后的物料温度不低于180℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过对物料储藏装置、第一加热混合系统、第二加热混合系统、反应单元和取热利用单元的合理位置配置，实现了间歇或连续调配及连续输送的目的;通过第一加热混合系统和第二加热混合系统极大的降低了物料粘度，达到泵送的要求，极大的提高了调配输送物料的能力;并通过对物料在反应单元反应后产生的热量的合理分配，即可作为系统内部热源又可对外提供热量，节约了能源。
进一步的，在物料调配池和物料缓冲池内部设置大口径的涡轮式叶轮框式搅拌机同时在物料缓冲罐内设置涡轮式叶轮搅拌机，在大口径涡轮式叶轮搅拌机和涡轮式叶轮框式搅拌机的强力作用下，物料在物料调配池、物料缓冲池和物料缓冲罐内既有轴向、径向的整体循环运动，又有切向、径向混合的局部涡旋运动，扰动十分剧烈，极大地强化了物料的换热和混合作用。
进一步的，设置第一加热混合系统和第二加热混合系统，通过两个加热混合系统的有效联合，采用浸没式高温高压换热器两级升温策略，保证物料缓冲罐内温度高达180℃以上，物料发生热水解反应，物料中部分细胞物质破碎，胶体物质溶解，物料粘度迅速下降，降低物料在换热器及后续管道设备内的流动阻力，且显著增强了物料的换热升温能力;此外，在热水解作用下物料中部分复杂的大分子将分解为易于降解的简单有机分子，有利于提高超临界水氧化处理过程的效率和能量利用率。
进一步的，本发明根据能量的不同品位，在超临界氧化反应单元为放热反应时，将超临界氧化反应单元视为高温热源。将超临界水氧化反应单元的反应后热流体依次作为污泥缓冲罐内的第二级换热器和污泥调配池内的第一级换热器的热源，实现了超临界水氧化处理系统热能的合理分配。
进一步的，本发明针对污泥等各类浆体，通过两级升温，有效实现了污泥的间歇或连续调配及连续输送，促进了超临界水氧化处理系统对污泥的高效、低成本的无害化处理和资源化利用。
