公布日：2023.08.11
申请日：2023.05.30
分类号：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
本发明公开了一种稻壳辅助污泥热解气化旋风熔融无害化处置方法与装置，方法包括以下步骤：将污泥和稻壳辅料分别通过料仓给入烘焙器发生低温热解反应，固相产物给入立式气化炉，在立式气化炉内与空气发生气化反应，气化残焦运送至重整器，与从立式气化炉的气体出口溢出的气化气发生催化重整反应，同时，利用烘焙气通入重整器作为重整介质；催化重整后的气化残焦进入破碎机粉碎，后喷入旋风熔融炉与高温空气接触，发生燃烧反应，另外，给入重整提质后的气化气进行助燃，将气化残焦中所含灰分和气化气携带的飞灰彻底熔融液化以有效固溶污泥中重金属。本发明中巧妙用稻壳辅助污泥，可对各种污泥进行彻底无害处置，且整个系统的能量自给。
权利要求书
1.稻壳辅助污泥热解气化旋风熔融无害化处置的方法，其特征在于，包括以下步骤：将污泥和稻壳辅料按一定比例分别通过料仓给入间接加热夹套式烘焙器，反应温度控制在200-300℃保持一定时间，污泥-稻壳混合原料在烘焙过程中发生低温热解反应形成固相产物，然后固相产物通过加热夹套式烘焙器的出料口连接关风器给入立式气化炉，在立式气化炉内与空气发生气化反应，气化反应温度600-800℃，气化形成的气化残焦通过立式气化炉底部的炉排运送至重整器，并在重整器内与从立式气化炉的气体出口溢出的气化气发生催化重整反应，同时，将污泥和稻壳烘焙过程产生的烘焙气通入重整器作为重整介质以在重整过程提高气化气的品质，增加气化气的热值；催化重整后的气化残焦通过冷渣器和关风器排出，进入破碎机粉碎，破碎后的焦粉喷入旋风熔融炉的粉料入口，与从旋风熔融炉的热空气进口给入的高温空气接触，发生燃烧反应，另外，旋风熔融炉的助燃器进口给入重整提质后的气化气进行助燃，将气化残焦中所含灰分和气化气携带的飞灰彻底熔融液化，达到有效固溶污泥中重金属的目的。
2.根据权利要求1所述的稻壳辅助污泥热解气化旋风熔融无害化处置的方法，其特征在于，旋风熔融炉排出的高温烟气通过气-气换热器预热空气后，再给入间接加热夹套式烘焙器作为热源，烟气降温后排出；通过气-气换热器预热后的空气作为高温空气从旋风熔融炉的热空气进口给入，以与喷入旋风熔融炉的粉料接触而发生燃烧反应，实现整个流程的能源自给。
3.根据权利要求1所述的稻壳辅助污泥热解气化旋风熔融无害化处置的方法，其特征在于，稻壳辅料的给入量为通过整个过程的能源自给需求和旋风熔融温度需求测定，控制其给入量为在间接加热夹套式烘焙器中加入的混合物总重量的10%-30%。
4.根据权利要求1所述的稻壳辅助污泥热解气化旋风熔融无害化处置的方法，其特征在于，污泥和稻壳辅料在间接加热夹套式烘焙器中反应温度200-300℃情况下保持1-3小时。
5.根据权利要求1所述的稻壳辅助污泥热解气化旋风熔融无害化处置的方法，其特征在于，控制旋风熔融炉中的燃烧温度控制为1200-1400℃。
6.根据权利要求1所述的稻壳辅助污泥热解气化旋风熔融无害化处置的方法，其特征在于，从旋风熔融炉的热空气进口给入的高温空气的温度控制为400-600℃。
7.实现权利要求1-6任意一项所述的方法的装置，其特征在于，具体包括：料仓、间接加热夹套式烘焙器、关风器、立式气化炉、炉排、重整器、破碎机、旋风熔融炉、冷渣器、气-气换热器、鼓风机；污泥料仓和稻壳料仓的出口连接间接加热夹套式烘焙器的物料进口，间接加热夹套式烘焙器的出料口连接关风器，关风器出口连接立式气化炉的进料口，立式气化炉的底部设有炉排，炉排的另一侧连入重整器，立式气化炉的气体出口连接重整器，间接加热夹套式烘焙器的气体出口连接重整器的重整介质进口，重整器的气化残焦出口连接冷渣器，冷渣器连接关风器，通过关风器排出的气化残焦进入破碎机，破碎机连接旋风熔融炉的粉料入口；重整器内提质后的高热值气化气经由重整器气化气出口连接旋风熔融炉的助燃气进口，旋风熔融炉的液态排渣口排出液态渣，旋风熔融炉的高温烟气出口连接气-气换热器的热烟气进口，气-气换热器的热烟气出口连接间接加热夹套式烘焙器的热介质进口，高温烟气换热冷却后排出，鼓风机连接气-气换热器的空气进口，鼓入的空气经热烟气预热后成为高温空气，气-气换热器的空气出口连接旋风熔融炉的热空气进口。
发明内容
本发明的目的是提供一种彻底无害化且能源自给的稻壳辅助污泥热解气化旋风熔融无害化处置方法与装置。
本发明是通过以下技术方案来实现的：稻壳辅助污泥热解气化旋风熔融无害化处置的方法，包括以下步骤：将污泥和稻壳辅料按一定比例分别通过料仓给入间接加热夹套式烘焙器，反应温度控制在200-300℃保持一定时间，作为优选，保持时间控制为1-3小时，在此条件下，污泥-稻壳混合原料首先预热干燥去除大量的外在水分，随后在烘焙过程中发生低温热解反应进一步的去除内在水和小分子含氧组分，使得含能组分富集在固相产物中，因此得到高能量密度固相产物，固相产物通过加热夹套式烘焙器的出料口连接关风器给入立式气化炉，在立式气化炉内与空气发生气化反应，气化反应温度600-800℃，气化残焦通过立式气化炉底部的炉排运送至重整器，并在重整器中与从立式气化炉的气体出口溢出的气化气发生催化重整反应，同时，将污泥和稻壳烘焙过程产生的烘焙气（其含有大量的水蒸气和二氧化碳等轻质组分）通入重整器作为重整介质，共同发生一系列的重整反应（如水蒸气转化反应C+H2O→CO+H2、水煤气变换反应CO+H2O→CO2+H2、甲烷干重整反应CH4+CO2→2CO+2H2等水蒸气重整和二氧化碳重整反应）,重整过程提高了气化气的品质，增加了气化气的热值；催化重整后的气化残焦通过冷渣器和关风器排出，进入破碎机粉碎，破碎后的焦粉喷入旋风熔融炉的粉料入口，与从旋风熔融炉的热空气进口给入的高温空气接触，发生燃烧反应，另外，旋风熔融炉的助燃器进口给入重整提质后的气化气进行助燃，将气化残焦中所含灰分和气化气携带的飞灰彻底熔融液化，达到有效固溶污泥中重金属的目的。
作为优选，旋风熔融炉中的燃烧温度控制为1200-1400℃。
作为优选，从旋风熔融炉的热空气进口给入的高温空气的温度控制为400-600℃。
作为优选，在立式气化炉内，固相产物是与少量的空气发生气化反应，所述少量空气的空气注入量由过量空气系数0.1-0.3范围取得。
作为优选，旋风熔融炉排出的高温烟气通过气-气换热器预热空气后，再给入间接加热夹套式烘焙器作为热源，烟气降温后排出；通过气-气换热器预热后的空气作为高温空气从旋风熔融炉的热空气进口给入，以与喷入旋风熔融炉的粉料接触而发生燃烧反应，实现整个流程的能源自给。
作为优选，稻壳辅料主要由有机组分（85%-90%）和二氧化硅（SiO2，10%-15%）构成，其给入量可通过整个过程的能源自给需求和旋风熔融温度需求测定，一般控制在间接加热夹套式烘焙器中加入的混合物总重量的10%-30%范围内，稻壳辅助污泥热解气化可提高所得气体产物的热值，并且利用稻壳和污泥在烘焙过程中的高含水量挥发分气体重整热解气化气，进一步提高气体产物的品质，以达到后续旋风熔融燃烧所需的温度；同时利用稻壳中高含量的二氧化硅成分，其与污泥热解焦在旋风熔融燃烧过程中，可发生灰相高温反应，形成低熔点的硅酸盐，降低污泥灰的熔点，通过调控稻壳的比例可调控旋风熔融液化的温度，实现污泥用熔融炉的工业化设计和整个系统的稳定运行。
在此方法的基础上，本发明还提出一种稻壳辅助污泥热解气化旋风熔融无害化处置的装置，具体包括：料仓、间接加热夹套式烘焙器、关风器、立式气化炉、炉排、重整器、破碎机、旋风熔融炉、冷渣器、气-气换热器、鼓风机；污泥料仓和稻壳料仓的出口连接间接加热夹套式烘焙器的物料进口，烘焙器的出料口连接关风器，关风器出口连接立式气化炉的进料口，立式气化炉的底部设有炉排，炉排的另一侧连入重整器，立式气化炉的气体出口连接重整器，间接加热夹套式烘焙器的气体出口连接重整器的重整介质进口，重整器的气化残焦出口连接冷渣器，冷渣器连接关风器，通过关风器排出的气化残焦进入破碎机，破碎机连接旋风熔融炉的粉料入口；重整器内提质后的高热值气化气经由重整器气化气出口连接旋风熔融炉的助燃气进口，旋风熔融炉的液态排渣口排出液态渣，旋风熔融炉的高温烟气出口连接气-气换热器的热烟气进口，气-气换热器的热烟气出口连接间接加热夹套式烘焙器的热介质进口，高温烟气换热冷却后排出，鼓风机连接气-气换热器的空气进口，鼓入的空气经热烟气预热后成为高温空气，气-气换热器的空气出口连接旋风熔融炉的热空气进口。
本发明与现有技术相比，本发明显著优点有：（1）稻壳辅助污泥热解气化提高所得气体产物的热值，并且利用稻壳和污泥在烘焙过程中的高含水量挥发分气体重整热解气化气，进一步提高气体产物的品质，以达到后续旋风熔融燃烧所需的温度；（2）利用稻壳中高含量的二氧化硅成分，其与污泥热解焦在旋风熔融燃烧过程中，可发生灰相高温反应，形成低熔点的硅酸盐，降低污泥灰的熔点，通过调控稻壳的比例可调控旋风熔融液化的温度，实现污泥用熔融炉的工业化设计和整个系统的稳定运行；（3）整个系统能够系统化、自热式地对各种污泥进行无害处置，可实现整个系统的能量自给，并且实现重金属等污染物的固溶，使其彻底无害化。
（发明人：张书平;李莎;钱晨）
