[发明专利]翅翼式污泥管式热解反应器

说明书

本发明涉及一种翅翼式污泥管式热解反应器，该反应器由热解炉、燃烧室、烟气混合室组成，热解炉底部与燃烧室相连，热解炉顶部与烟气混合室相连，燃烧室设有天然气烧嘴，天然气量通过设在烟气混合室上的温度测量及控制仪调节，热解炉内设有至少2层热解管，每个热解管两端均伸出热解炉外且分别设有进泥端口和出泥端口，最上一层热解管的进泥端口作为所述反应器的进泥口，最下一层热解管的出泥端口作为所述反应器的生物炭出口，相邻热解管中的上层热解管的出泥端口与相邻热解管中的下层热解管的进泥端口连接，所述热解管包括管体，在管体内设有空心螺旋片。整个系统装置在实现超低污染排放的过程中产生有价值的生物炭。

技术领域

本发明涉及一种在实现超低污染物排放下，经济高效地处理污泥并产生生物炭的热解反应器。

背景技术

污泥是污水处理中不可避免的副产物，随着经济的快速发展，在全球范围内形成了一个严峻的水环境及污泥围城形势。污泥中含有大量重金属、有机物等，具有很大的危害。而大量污泥的产生已变成污水处理厂亟待处理的问题。研究显示，中国每年产生30亿吨，欧盟每年产生54.8亿吨污泥。作为水处理配套领域的污泥处置及相关领域将承担着环境改善的重要任务。然而现实中我们对污泥的处置却没有达到相对应的要求。

现在污泥处置的主流技术路线有：厌氧消化、好氧发酵、干化焚烧、深度脱水+填埋这四个板块。美国能源署和环保署将热解-气化列为第三代生物质能源利用关键技术，发展污泥清洁焚烧技术路线是未来的主流。目前针对城市污泥热解处理主要有两种技术：低温热解(低于550℃)和中高温热解(550℃-950℃)。与直接焚烧相比，污泥热解具有明显的技术优势：

热解是一种清洁焚烧技术、绿色无污染的热化学处理技术；从根本上解决了烟气污染物排放的问题；缺氧热化学反应状态，杜绝了二恶英和呋喃的产生；气化后燃烧，不仅减少了焚烧烟气量，还减少了烟气中的灰量；污泥热解温度低，烟气中无低沸点重金属。污泥热解过程中，污泥中的重金属聚集并固化在生物炭中，极难释放，因此可解决污泥重金属污染问题。同时，污泥中含有大量的N、P和K，利用污泥热解制备的生物炭N、P和K总含量也比较高。污泥热解所得的生物炭可以回收利用污泥中的磷和钾，对于磷、钾资源匮乏的国家具有重要意义。此外，污泥热解制备得到的生物炭比表面积达35m²/g，大量微孔不仅可以补充土壤的有机物含量，还可以改善土壤的透气性和排水性，蓄留植物根部所需水分，有效地保存水分和养料，提高土壤肥力，是极佳的土壤改良剂。

然而现有的大部分污泥热解工艺着重关注其所产生的衍生油，以制备高价值的能源使得处理工艺路线长、装置投资高、运行费用大：热解产物经水洗塔、尾气冷凝分离器后，可燃气进燃烧炉燃烧放热，而焦油经隔油池分离后，再进行提质才可使用，工艺复杂，设备投资及运行费用都高，且系统焦油粘堵现象严重。

实践证明，现有滚筒热解制备生物炭装置及系统，仍存在以下问题：

(1)由于焦油、污泥、硅化物等物质的存在，滚筒热解炉内壁易结垢，最后成锅巴状，严重影响传热及热解处理量，一般半年需清理一次，清理环境差，工作量大。

(2)随着滚筒的旋转，干污泥不断向前推进。由于只存在一个较粗的滚筒，在其旋转过程中，干污泥抛落高度较大，大量的热解气及泄露气在一个端口排出产生气流，而微细的污泥粉尘则会被热解气带走，有些没有完全炭化的污泥会在出口分离进入生物炭中，增加生物炭资源化利用的环境风险；有些细污泥被焦油吸附着，增加焦油的提质处理难度，还有一些则会污染尾气冷凝换热面，或与热解气体一起进入燃烧炉焚烧，增加烟气污染物含量。

(3)热解产物在洗气塔、尾气冷凝分离器中，焦油不可避免地粘在或堵在连接管道和换热面上，严重影响系统正常运行，有时富集到一定程度，还会出现爆燃现象，降低运行安全性。

(4)对于滚筒式热解炉，大直径旋转的滚筒与固定的热烟气加热夹套和固定外筒之间的密封存在一定的技术难度，多个泄露点会增加烟气的处理量，更降低了热解气的热值。