一種汙泥高溫等離子玻璃化裝置及其處理方法
2023-09-16 14:56:30
一種汙泥高溫等離子玻璃化裝置及其處理方法
【專利摘要】一種汙泥高溫等離子玻璃化裝置及其處理方法，所述裝置包括汙泥燃燒器、第一捕收器、玻璃化爐、第一高溫等離子火炬、第二捕收器、收集管道、第二高溫等離子火炬、管道、尾渣出口以及實現汙泥自動化處理操作控制的PLC自動控制系統；所述處理方法，其特徵在於，所述處理方法的處置過程分兩級，一級處置主要針對較大的汙泥顆粒；二級處置主要針對煙氣中的汙泥顆粒；整個處置過程中不僅對較大的固體顆粒實現等離子玻璃化，對含有較小顆粒的煙氣也進行了玻璃化處置。本發明裝置結構簡單，佔地面積小，處理過程由PLC自動控制，不需要人工操作和幹預，處理時不排放有害氣體，也不產生有毒氣體、汙泥處理徹底且效率高、適應範圍廣。
【專利說明】一種汙泥高溫等離子玻璃化裝置及其處理方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及汙泥處理技術，尤其涉及一種汙泥高溫等離子玻璃化裝置及其處理方法。
【背景技術】
[0002]常規汙泥是汙水處理廠對汙水進行淨化處理後的產物，汙泥的特點是:1、成分十分複雜，呈膠體狀，性質不穩定，易腐化發臭；2、重金屬、有毒有害汙染物的含量高；3、含水率高，脫水性差，不易脫水；4、含大量病原菌及寄生蟲卵等。若不合理地處理此類汙泥，將對環境和人類及動物健康造成較大的危害。
[0003]當前主要的處置工藝有:一厭氧發酵；二好氧發酵；三協同焚燒(包括水泥廠協同焚燒、電廠協同焚燒、垃圾協同焚燒等)；四簡單填埋；五生產肥料。現有上述汙泥處置技術工藝存在以下幾個主要的技術缺點:1、厭氧發酵處置過程和效果受汙泥成分變化影響較大，處置效率低；2、好氧消化汙泥處理方式能耗較高，基礎投資大，受汙泥的成分變化影響大；3、協同焚燒處置過程可產生二惡英等有毒氣體，不能解決汙泥中重金屬等有毒有害物質的汙染問題；4、簡單填埋逐漸被禁止，這種方法可產生嚴重的環境汙染問題；5、汙泥生產肥料中含有重金屬等汙染物，僅可用作園林綠化，且存在引起環境汙染的風險。
[0004]目前，幹化處理工藝和處置工藝的組合便構成了當前汙泥處理處置的主要技術路線。但由於汙泥量較大，幹化需要消耗能源，成本費用很高，填埋又浪費土地資源，汙泥自身有一定的熱值，因此可以進行玻璃化實現汙泥的處置。但是，目前的汙泥玻璃化處理設備大多結構複雜，控制難度也大，處理效率低，其在處理過程中產生的煙氣排放極易引起二次汙染；例如中國專利ZL 201420139125.8公開的一種玻璃化汙泥處置系統，它無法對汙泥進行分類捕獲處理，這種無差別玻璃化處置過程會造成極大的能耗，對煙氣的洗滌處理不僅成本高，還無法徹底避免汙泥處理過程中的二次汙染的可能。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種汙泥高溫等離子玻璃化裝置及其處理方法，它具有裝置結構簡單，控制方便和汙泥處理效率高的優點。
[0006]本發明是這樣來實現的，一種汙泥高溫等離子玻璃化裝置，其特徵在於，它包括汙泥燃燒器、第一捕收器、玻璃化爐、第一高溫等離子火炬、第二捕收器、收集管道、第二高溫等離子火炬、管道和尾渣出口，所述汙泥燃燒器的一端設有助燃劑入口和汙泥入料口，汙泥燃燒器的另一端分別連接於第一捕收器的上端和管道的一端；
[0007]第一捕收器的下端連接於玻璃化爐的上端，玻璃化爐的下端設有用於排出熔融態的汙泥的尾渣出口，玻璃化爐連接有第一高溫等離子火炬；管道的另一端連接於第二捕收器的上端，且設有用於排出煙氣的尾氣出口，收集管道的兩端分別連接於第二捕收器的下端和玻璃化爐，管道連接有第二高溫等離子火炬。
[0008]優選的是:所述汙泥燃燒器的端部沿第一捕收器的外壁呈一弧形結構並與第一捕收器連通。
[0009]優選的是:所述管道與第二捕收器的連接端沿第二捕收器的外壁呈一弧形結構後並與第二捕收器連通。
[0010]優選的是:所述第二高溫等離子火炬有兩個或兩個以上，它們繞著管道軸線均勻布置。
[0011]所述汙泥高溫等離子玻璃化裝置還包括實現汙泥自動化處理操作控制的PLC自動控制系統，所述PLC自動控制系統包括用於監控裝置內壓力、汙泥入料口進入的汙泥流速、助燃劑入口進入的助燃劑流量、汙泥燃燒器內溫度、玻璃化爐內溫度以及管道內溫度的傳感器、與傳感器電連接的控制器和若干個執行控制器控制指令的電控裝置。所述電控裝置包括用於控制汙泥入料口進入的汙泥流速和助燃劑入口進入的助燃劑流量的閥門裝置以及控制第一高溫等離子火炬和第二高溫等離子火炬點火溫度的火炬溫度調節裝置。
[0012]汙泥高溫等離子玻璃化裝置的處理方法，其特徵在於，所述處理方法包括以下步驟:
[0013](I)經射流幹化處理後的汙泥篩選粒度平均在200目，經過汙泥燃燒器的汙泥入料口進入汙泥燃燒器，在助燃劑入口噴入助燃劑，汙泥在自身熱值的作用下可實現自持燃燒，燃燒過程將汙泥中的微生物有效殺滅；
[0014](2)汙泥經汙泥燃燒器以高速噴入捕收器中，噴入的汙泥燃燒後在捕收器中進行捕收，大顆粒的汙泥落入玻璃化爐中，玻璃化爐中設置的第一高溫等離子火炬對汙泥進行高溫等離子玻璃化處理，此時，第一高溫等離子火炬的火焰溫度超過7000°C ;將汙泥加熱至熔融態，熔融態的汙泥經下部的尾渣出口排出。
[0015](3)來自汙泥燃燒器的小顆粒汙泥以及煙氣進入管道，在管道上布置有第二高溫等離子火炬對煙氣和汙泥顆粒進行整理，將煙氣中的有害成分進行處理；
[0016](4)夾雜有汙泥顆粒的煙氣進入第二捕收器，顆粒狀汙泥經捕收作用後順收集管道進入玻璃化爐中，此時，玻璃化爐中的溫度超過1500°C，將汙泥加熱至熔融態，熔融態的汙泥經下部的尾渣出口排出，處理後的煙氣從尾氣出口排出；
[0017](5)傳感器監測裝置內壓力、汙泥入料口進入的汙泥流速、助燃劑入口進入的助燃劑流量、汙泥燃燒器內溫度、玻璃化爐內溫度以及管道內溫度，並將監測數據轉換成電信號傳遞給PLC自動控制系統，由PLC自動控制系統控制裝置的處理過程。
[0018]本發明的有益效果為:1、有害氣體排放極低，遠低於國家標準值。氣體排放前經高溫等離子火炬整理，有效去除其中的氮氧化物、硫化物等有害物質；2、有害氣體排放極低，遠低於國家標準值。汙泥玻璃化爐內溫度高於1500°C，處理過程中不會產生二惡英、呋喃等有毒物質；3、汙泥處理徹底。處理溫度超過150(TC，高於汙泥灰熔點，使汙泥實現徹底處置；4、處理後的汙泥可方便進行建材利用。處理後的汙泥呈現熔融態，經尾渣出口排出後可經離心法製成建築保溫材料巖棉或玻璃砂等，實現汙泥的資源化利用。5、裝機功率小，節能環保。整個玻璃化爐中無動力元件，粉狀汙泥經燃燒器噴入後可自持燃燒，充分節約能源。6、適應範圍廣。可適應於市政汙泥、煤泥、工業汙泥等各種汙泥的處置。7、結構簡單，佔地面積小。本設備採用模塊化設計，佔地面積小，且可根據實際情況進行組合。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明的結構主視圖。
[0020]圖2為本發明的結構俯視圖。
[0021]在圖中，1、汙泥燃燒器2、第一捕收器3、玻璃化爐4、第一高溫等離子火炬5、第二捕收器6、收集管道7、第二高溫等離子火炬8、管道9、尾渣出口。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步說明。
[0023]如圖1和圖2所示，本發明是這樣來實現的，它包括汙泥燃燒器1、第一捕收器2、玻璃化爐3、第一高溫等離子火炬4、第二捕收器5、收集管道6、第二高溫等離子火炬7、管道8和尾渣出口 9，所述汙泥燃燒器I的一端設有助燃劑入口和汙泥入料口，汙泥燃燒器I的另一端分別連接於第一捕收器2的上端和管道8的一端；
[0024]第一捕收器2的下端連接於玻璃化爐3的上端，玻璃化爐3的下端設有用於排出熔融態汙泥的尾渣出口，玻璃化爐3連接有第一高溫等離子火炬4 ;管道8的另一端連接於第二捕收器5的上端，且設有用於排出煙氣的尾氣出口，收集管道6的兩端分別連接於第二捕收5器的下端和玻璃化爐3，管道8連接有第二高溫等離子火炬7。
[0025]所述汙泥燃燒器I的端部沿第一捕收器2的外壁呈一弧形結構並第一捕收器2連通。這種結構設計使得汙泥燃燒器I的粉料噴出時能夠沿弧形結構旋轉進入第一捕收器2，在離心力的作用下，能夠大大提高對物料進行篩選效率。
[0026]所述管道8與第二捕收器5的連接端沿第二捕收器5的外壁呈一弧形結構並與第二捕收器5連通。這種結構設計使得從管道8噴出的粉料能夠沿弧形結構旋轉進入第二捕收器5，離心作用下大大提高細小粉料與氣體的分離效率。
[0027]所述第二高溫等離子火炬7有兩個或兩個以上，它們繞著管道8的軸線均勻布置。第二高溫等離子火炬7的設置是為了實現氣體排放前經高溫等離子火炬整理，有效去除其中的氮氧化物、硫化物等有害物質，避免了環境汙染，這比傳統的洗滌法具有更好的處理效率和更好的處理效果。
[0028]所述汙泥高溫等離子玻璃化裝置還包括實現汙泥自動化處理操作控制的PLC自動控制系統，所述PLC自動控制系統包括用於監控裝置內壓力、汙泥入料口進入的汙泥流速、助燃劑入口進入的助燃劑流量、汙泥燃燒器I內溫度、玻璃化爐3內溫度以及管道8內溫度的傳感器、與傳感器電連接的控制器和若干個執行控制器控制指令的電控裝置。所述電控裝置包括用於控制汙泥入料口進入的汙泥流速和助燃劑入口進入的助燃劑流量的閥門裝置以及控制第一高溫等離子火炬4和第二高溫等離子火炬7點火溫度的火炬溫度調節裝置。整個汙泥玻璃化過程採用高溫等離子火炬，能量密度高，可達100 MW/m3，且汙泥以粉狀顆粒落入玻璃化爐中，反應充分、快速。
[0029]汙泥高溫等離子玻璃化裝置的處理方法，其特徵在於，所述處理方法包括以下步驟:
[0030](I)經射流幹化處理後的汙泥篩選粒度平均在200目，經過汙泥燃燒器I的汙泥入料口進入汙泥燃燒器I，在助燃劑入口噴入助燃劑，汙泥在自身熱值的作用下可實現自持燃燒，燃燒過程將汙泥中的微生物有效殺滅；
[0031](2)汙泥經汙泥燃燒器I以高速噴入第一捕收器2中，噴入的汙泥燃燒後在第一捕收器2中進行捕收，大顆粒的汙泥落入玻璃化爐3中，玻璃化爐3中設置的第一高溫等離子火炬4對汙泥進行高溫等離子玻璃化處理，此時，第一高溫等離子火炬4的火焰溫度為70000C ;將汙泥加熱至熔融態，熔融態的汙泥經下部的尾渣出口排出。
[0032](3)來自汙泥燃燒器I的小顆粒汙泥以及煙氣進入管道8，在管道8上布置有第二高溫等離子火炬7對煙氣和汙泥顆粒進行整理，將煙氣中的有害成分進行處理；
[0033](4)夾雜有汙泥顆粒的煙氣進入第二捕收器5，顆粒狀汙泥經捕收作用後順收集管道6進入玻璃化爐3中，此時，玻璃化爐3中的溫度超過1500°C，將汙泥加熱至熔融態，熔融態的汙泥經下部的尾渣出口排出；處理後的煙氣從尾氣出口排出；
[0034](5)傳感器監測裝置內壓力、汙泥入料口進入的汙泥流速、助燃劑入口進入的助燃劑流量、汙泥燃燒器I內溫度、玻璃化爐3內溫度以及管道8內溫度，並將監測數據轉換成電信號傳遞給PLC自動控制系統，由PLC自動控制系統控制裝置的處理過程。
[0035]PLC自動控制系統的具體控制過程是這樣的，根據裝置以及汙泥物料成分，控制器預先設定最佳的處理參數，控制器控制閥門裝置和火炬溫度調節裝置適時調節汙泥入料口進入的汙泥流速、助燃劑入口進入的助燃劑流量以及第一高溫等離子火炬4和第二高溫等離子火炬7點火溫度；通過傳感器的監測反饋，能夠適時監控裝置內壓力、汙泥燃燒器I內溫度、玻璃化爐3內溫度以及管道8內溫度等參數，按照設定參數，不斷調正以實現自動化控制處理，例如當汙泥熱值低於1300kcl/kg時，會根據需要補充適當的助燃劑來促進燃作
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[0036]本發明與傳統汙泥處理設備相比，具有如下效果的創新點；
[0037]1、將玻璃化爐和捕收器集合到一起，分類捕收後即進行玻璃化處理；
[0038]2、本設備可用來對顆粒狀固體物料進行玻璃化處置。顆粒狀固體物料如汙泥、煤泥等；
[0039]3、等離子玻璃化處置徹底。處置過程分兩級，一級處置主要針對較大的汙泥顆粒；二級處置主要針對煙氣中的汙泥顆粒；
[0040]4、能耗低。汙泥進入等離子玻璃化爐前先經汙泥燃燒器進行噴粉燃燒，燃燒過程可將汙泥中的熱值進行充分利用，有效減少能源消耗；
[0041]5、自動化程度高。玻璃化設備中有設有溫度、壓力、流量等產多種傳感器，能實時檢測系統的反應狀態，反應過程由PLC自動控制，不需要人工操作和幹預；
[0042]6、處置過程安全可靠，不產生二次汙染，處置過程中不僅對較大的固體顆粒實現等離子玻璃化，對含有較小顆粒的煙氣也進行了玻璃化處置。
【權利要求】
1.一種汙泥高溫等離子玻璃化裝置，其特徵在於，它包括汙泥燃燒器、第一捕收器、玻璃化爐、第一高溫等離子火炬、第二捕收器、收集管道、第二高溫等離子火炬、管道和尾渣出口，所述汙泥燃燒器的一端設有助燃劑入口和汙泥入料口，汙泥燃燒器的另一端分別連接於第一捕收器的上端和管道的一端； 第一捕收器的下端連接於玻璃化爐的上端，玻璃化爐的下端設有用於排出熔融態的汙泥的尾渣出口，玻璃化爐連接有第一高溫等離子火炬； 管道的另一端連接於第二捕收器的上端，且設有用於排出煙氣的尾氣出口，收集管道的兩端分別連接於第二捕收器的下端和玻璃化爐，管道連接有第二高溫等離子火炬。
2.如權利要求1所述的汙泥高溫等離子玻璃化裝置，其特徵在於，所述汙泥燃燒器的端部沿第一捕收器的外壁呈一弧形結構並與第一捕收器連通。
3.如權利要求1所述的汙泥高溫等離子玻璃化裝置，其特徵在於，所述管道與第二捕收器的連接端沿第二捕收器的外壁呈一弧形結構後並與第二捕收器連通。
4.如權利要求1所述的汙泥高溫等離子玻璃化裝置，其特徵在於，所述第二高溫等離子火炬有兩個或兩個以上，它們繞著管道軸線均勻布置。
5.如權利要求1至4任意一項所述的汙泥高溫等離子玻璃化裝置，其特徵在於，所述汙泥高溫等離子玻璃化裝置還包括實現汙泥自動化處理操作控制的PLC自動控制系統，所述PLC自動控制系統包括用於監控裝置內壓力、汙泥入料口進入的汙泥流速、助燃劑入口進入的助燃劑流量、汙泥燃燒器內溫度、玻璃化爐內溫度以及管道內溫度的傳感器、與傳感器電連接的控制器和若干個執行控制器控制指令的電控裝置。
6.如權利要求5所述的汙泥高溫等離子玻璃化裝置，其特徵在於，所述電控裝置包括用於控制汙泥入料口進入的汙泥流速和助燃劑入口進入的助燃劑流量的閥門裝置以及控制第一高溫等離子火炬和第二高溫等離子火炬點火溫度的火炬溫度調節裝置。
7.汙泥高溫等離子玻璃化裝置的處理方法，其特徵在於，所述處理方法包括以下步驟: (1)經射流幹化處理後的汙泥篩選粒度平均在200目，經過汙泥燃燒器的汙泥入料口進入汙泥燃燒器，在助燃劑入口噴入助燃劑，汙泥在自身熱值的作用下可實現自持燃燒，燃燒過程將汙泥中的微生物有效殺滅； (2)汙泥經汙泥燃燒器以高速噴入捕收器中，噴入的汙泥燃燒後在捕收器中進行捕收，大顆粒的汙泥落入玻璃化爐中，玻璃化爐中設置的第一高溫等離子火炬對汙泥進行高溫等離子玻璃化處理，此時，第一高溫等離子火炬的火焰溫度超過7000°C ;將汙泥加熱至熔融態，熔融態的汙泥經下部的尾渣出口排出。 (3)來自汙泥燃燒器的小顆粒汙泥以及煙氣進入管道，在管道上布置有第二高溫等離子火炬對煙氣和汙泥顆粒進行整理，將煙氣中的有害成分進行處理； (4)夾雜有汙泥顆粒的煙氣進入第二捕收器，顆粒狀汙泥經捕收作用後順收集管道進入玻璃化爐中，此時，玻璃化爐中的溫度超過1500°C，將汙泥加熱至熔融態，熔融態的汙泥經下部的尾渣出口排出，處理後的煙氣從尾氣出口排出； (5)傳感器監測裝置內壓力、汙泥入料口進入的汙泥流速、助燃劑入口進入的助燃劑流量、汙泥燃燒器內溫度、玻璃化爐內溫度以及管道內溫度，並將監測數據轉換成電信號傳遞給PLC自動控制系統，由PLC自動控制系統控制裝置的處理過程。
【文檔編號】C02F11/00GK104310732SQ201410588858
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月28日 優先權日:2014年10月28日
【發明者】陳兵, 劉淑良, 謝新兵, 史桂平 申請人:山東博潤工業技術股份有限公司