申请日2020.12.06
公开（公告）日2021.02.23
IPC分类号C02F11/13; C02F11/00
摘要
本发明为流化床反应器及应用该反应器干燥焚烧污泥的系统与方法，属于污泥焚烧技术技术领域，是针对锅炉系统换热效率低的缺陷所提出，流化床反应器包括：反应器壳体，反应器壳体至少设有一个烟气出口，其内部为反应区，反应区由上至下依次分为稀相区和密相区，在反应器壳体的外侧套设有外设壳体，外设壳体与反应器壳体之间形成换热腔，且换热腔位于稀相区外侧，换热腔的受热面置于稀相区内，换热腔至少设有一个干燥介质进口与干燥介质出口；系统包括流化床反应器和污泥干燥机，第二循环使干燥介质在换热腔内实现加热，换热后形成经流化床反应器的干燥介质出口输送至污泥干燥机内。本发明利用设置在稀相区的受热面实现热交换，换热时间长、效率高。
权利要求书
1.一种流化床反应器，包括：反应器壳体，其特征在于：所述反应器壳体至少设有一个烟气出口，其内部为反应区，所述反应区由上至下依次分为稀相区和密相区，在反应器壳体的外侧套设有外设壳体，所述外设壳体与反应器壳体之间形成换热腔，且换热腔位于稀相区外侧，换热腔的受热面置于稀相区内，换热腔至少设有一个干燥介质进口与干燥介质出口。
2.如权利要求1所述的一种流化床反应器，其特征在于：所述换热腔在干燥介质进口与干燥介质出口之间设有至少一个半封闭的隔板，使干燥介质进口与干燥介质出口之间的换热腔形成至少一个连续的U型通道，供干燥介质通过。
3.如权利要求1所述的一种流化床反应器，其特征在于：所述换热腔与一个以上的集箱通过管束连通，所述管束构成受热面，且置于稀相区内，所述管束由两根以上的空心管组成。
4.如权利要求3所述的一种流化床反应器，其特征在于：在换热腔内设有隔板，使干燥介质入口与干燥介质出口间分隔成一个以上的连续U型通道，延长干燥介质加热的行程。
5.如权利要求3或4所述的一种流化床反应器，其特征在于：所述空心管沿稀相区环形布置，且环形中心留有检修通道。
6.一种应用权利要求1至5所述的流化床反应器干燥焚烧污泥的系统，包括流化床反应器和污泥干燥机，在污泥干燥机上分别设有干燥介质入口和干燥介质出口，所述流化床反应器采用权利要求1至5所述的流化床反应器，所述污泥干燥机的干燥介质出口与流化床反应器的干燥介质入口连通，污泥干燥机的干燥介质入口与流化床反应器的干燥介质出口连通，形成的循环设定为系统的第二循环，第二循环使干燥介质在换热腔内实现加热，换热后形成经流化床反应器的干燥介质出口输送至污泥干燥机内，用来对污泥干燥机内的待干污泥进行干燥。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于：所述流化床反应器还设有旋风分离器，所述流化床反应器的烟气出口与旋风分离器连通，旋风分离器的底部出料口将分离的固态颗粒再次送回至流化床反应器内。
8.一种污泥干燥的方法，其特征在于，具体操作步骤如下：
步骤1、将燃料投入流化床反应器进行流化燃烧、常温态的干燥介质在第二循环内循环；
步骤2、常温态的干燥介质在换热腔内通过受热面吸热升温；
步骤3、升温的干燥介质循环至污泥干燥机内与待干污泥直接接触，蒸发出污泥中含有的水分，形成蒸汽态的干燥介质，蒸发出水分的污泥以燃料性质送入流化床反应器燃烧；
步骤4、蒸汽态的干燥介质经第二循环送入换热腔加热，并再次进入污泥干燥机，继续蒸发出污泥中的水分，直至形成饱和蒸汽态的干燥介质，蒸发出水分的污泥以燃料性质送入流化床反应器燃烧；
步骤5、饱和蒸汽态的干燥介质经第二循环送入换热腔加热，换热腔将饱和蒸汽干燥介质继续加热形成过热蒸汽态的干燥介质，蒸发出水分的污泥以燃料性质送入流化床反应器燃烧。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：形成如步骤4所述的饱和蒸汽态的干燥介质后，第二循环泄压并维持常压，使步骤五的过热蒸汽形成常压过热蒸汽。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：随步骤4泄压排出的蒸汽，经汽水分离装置实现分离，其中水分部分排放至污水池，气体部分经第一循环送入流化床反应器中进行焚烧除味。
说明书
流化床反应器及应用该反应器干燥焚烧污泥的系统与方法
技术领域：
本发明属于污泥焚烧技术领域，具体涉及流化床反应器及应用该反应器干燥焚烧污泥的系统与方法。
背景技术：
在市政污水处理过程中，都会产生大量的污泥，而污泥是一种含有可燃性有机物质的固体废弃物资源，由于污泥的发热量低、水分含量大等原因，污泥很难直接被点燃或维持稳定燃烧。目前，污泥的处理方式主要有填埋、堆肥和焚烧等方法，其中污泥焚烧具有减量化、无害化、资源化的显著优点，在世界范围内得到广泛应用。在焚烧过程中病菌能被有效消灭，重金属稳定性提高，有毒有机物被氧化分解，而且焚烧后的污泥剩余体积远远小于机械脱水后的污泥体积。由于污泥的含水率在70%左右，其热值较低，需要对其进行干燥处理。国内现有污泥干燥装置的热源，通常利用化石燃料锅炉烟道产生的高温烟气、蒸汽或其他燃料制造的热量，通过热交换设备的转换再通过各种热干燥手段用来干燥湿污泥。现有污泥干燥技术通常利用位于烟道内的高温烟气对污泥干燥机内的污泥进行干燥，具有代表性的专利文件有专利利名称为：污泥多级干化器、硫化床焚烧处理装置及方法，其就是利用高温烟气对污泥多级干化器内的湿污泥进行干燥，虽然该专利文件中采用的结构能够降低运行成本，但是由于烟道内的高温烟气一般温度在850度左右，且在燃烧过程中产生浓度过高的氮氧化物，而且采用传统锅炉，热效率也受到水冷壁限制。通过换热器能够得到的过热蒸汽温度也仅为250度至450度，降低了过热蒸汽在污泥干燥器内的热交换效率，制约了污泥含水率的下降空间。
发明内容：
本发明为克服现有锅炉系统换热效率低的缺陷，提出了流化床反应器及应用该反应器干燥焚烧污泥的系统与方法，通过改变反应器的结构来提高整个干燥机焚烧系统的工作效率。
本发明采用的技术方案在于：一种流化床反应器，包括：反应器壳体，所述反应器壳体至少设有一个烟气出口，其内部为反应区，所述反应区由上至下依次分为稀相区和密相区，在反应器壳体的外侧套设有外设壳体，所述外设壳体与反应器壳体之间形成换热腔，且换热腔位于稀相区外侧，换热腔的受热面置于稀相区内，换热腔至少设有一个干燥介质进口与干燥介质出口。
优选地，所述换热腔在干燥介质进口与干燥介质出口之间设有至少一个半封闭的隔板，使干燥介质进口与干燥介质出口之间的换热腔形成至少一个连续的U型通道，供干燥介质通过。
优选地，所述换热腔与一个以上的集箱通过管束连通，所述管束构成受热面，且至于稀相区内，所述管束由两根以上的空心管组成。
优选地，在换热腔内设有隔板，使干燥介质入口与干燥介质出口间分隔成一个以上的连续U型通道，延长干燥介质加热的行程。
优选地，所述空心管沿稀相区环形布置，且环形中心留有检修通道。
一种应用上述流化床反应器干燥焚烧污泥的系统，包括流化床反应器和污泥干燥机，在污泥干燥机上分别设有干燥介质入口和干燥介质出口，所述流化床反应器采用上述流化床反应器，所述污泥干燥机的干燥介质出口与流化床反应器的干燥介质入口连通，污泥干燥机的干燥介质入口与流化床反应器的干燥介质出口连通，形成的循环设定为系统的第二循环，第二循环使干燥介质在换热腔内实现加热，换热后形成经流化床反应器的干燥介质出口输送至污泥干燥机内，用来对污泥干燥机内的待干污泥进行干燥。
优选地，所述流化床反应器还设有旋风分离器，所述流化床反应器的烟气出口与旋风分离器连通，旋风分离器的底部返料口将分离的固态颗粒再次送回至流化床反应器内。
一种污泥干燥的方法，具体操作步骤如下：
步骤1、将燃料投入流化床反应器进行流化燃烧、常温态的干燥介质在第二循环内循环；
步骤2、常温态的干燥介质在换热腔内通过受热面吸热升温；
步骤3、升温的干燥介质循环至污泥干燥机内与待干污泥直接接触，蒸发出污泥中含有的水分，形成蒸汽态的干燥介质，蒸发出水分的污泥以燃料性质送入流化床反应器燃烧；
步骤4，蒸汽态的干燥介质经第二循环送入换热腔加热，并再次进入污泥干燥机，继续蒸发出污泥中的水分，直至形成饱和蒸汽态的干燥介质，蒸发出水分的污泥以燃料性质送入流化床反应器燃烧；
步骤5，饱和蒸汽态的干燥介质经第二循环送入换热腔加热，换热腔将饱和蒸汽干燥介质继续加热形成过热蒸汽态的干燥介质，蒸发出水分的污泥以燃料性质送入流化床反应器燃烧。
优选地，在形成如步骤4所述的饱和蒸汽态的干燥介质后，第二循环泄压并维持常压，使步骤五的过热蒸汽形成常压过热蒸汽。
优选地，随步骤4泄压排出的蒸汽，经汽水分离装置实现分离，水分排放至污水池，而气体经第一循环送入流化床反应器中进行焚烧除味。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过在反应器壳体外侧增设外设壳体，使外设壳体与反应器壳体之间形成换热腔，并且将换热腔设置在反应器的稀相区外侧，利用稀相区内悬浮的污泥颗粒物燃烧时产生的热量和高温气体为热源，与换热腔内的低温气体进行热交换，由于将换热腔的受热面设置在稀相区，即可以提高换热效率，又不影响流化床反应器的正常运行。
2、本发明为了延长低温气体的换热时间，提高换热效率，本发明将换热腔分割成连通的左右两个腔室，从而使从位于外设壳体上部的干燥介质入口经过U型通道从位于外设壳体上部的干燥介质出口排出，延长了低温气体在换热腔室内的停留时间。
3、本发明将流化床反应器应用在干燥焚烧污泥的系统内，第二循环与污泥干燥机或第二循环内部无需介质转换或换热，热效率损失小，且干燥介质主要来源自污泥中含有的水分，无需外界补充，避免二次污染；而干燥能源燃料主要使用经本系统脱水或干燥后的污泥，无需外界补充，运行成本低，进而使整个系统的工作效率得到有效利用。此外，相较于使用传统流化床锅炉或焚烧炉处理污泥的系统，由于采用稀相区换热在同等热效率的前提下，可降低反应器整体高度1.5-2米，节约空间。
4、本发明中第二循环取热自反应器的稀相区，降低了稀相区的温度，减少了氮氧化物的产生，同时也降低了进入旋风分离器的燃料温度，避免了燃料熔融结块的产生，从而降低了对反应器顶部膨胀系数与旋风分离器材质的要求，进而有效节约了生产成本。
5、本发明相较于传统箱式换热装置，本发明的管束或换热腔留有检修操作界面，针对污泥飞灰大、易阻塞的特点，便于对第二循环中的部件进行维修或更换。
（发明人：吕端生;陈志慧）
