一種具有連續進料自動出氣機構的汙泥制生物炭裝置的製作方法
2023-10-22 08:08:02
本發明涉及固體廢棄物處理裝置，尤其是涉及一種具有連續進料自動出氣機構的汙泥制生物炭裝置。
背景技術：
隨著經濟發展和人民環保意識的加強，城鎮汙水處理事業不斷發展，汙水廠總處理水量和處理程度將不斷擴大和提高，產生的汙泥量也日益增加。目前對汙泥主要是進行濃縮、調治、脫水、穩定、幹化或焚燒處理。國內外常用的成熟的汙泥穩定工藝有：厭氧消化、好氧消化、熱處理、加熱幹化和加鹼穩定；常用的汙泥處置是土地利用、焚燒、衛生填埋、堆肥、投海等。汙泥處理處置的投資和運行費較高，如處置不當，將造成「二次汙染」，這已成為環境保護領域難題，備受關注。
廢棄物再利用成為當下處理的熱門，科學家將以生物質為原料，在無氧狀態下乾餾、熱解所形成的一種炭質材料稱為「生物炭」。生物碳可以長期穩定地存在於自然界中，具有持久性的肥田沃土，促進土壤中微生物繁殖，促進植物生長，對二氧化碳吸收，使空氣中二氧化碳減少的功能；生物碳富含微孔，不但可以補充土壤的有機物含量，還可以改善土壤的透氣性和排水性，蓄留植物根部所需水分，有效地保存水分和養料，提高土壤肥力；生物碳在農業領域所具有的獨特性能，使其在中國實施「沃土工程」過程中，起到重要的、不可替代的作用。
公開號為CN102443404A的專利文獻公開了一種製造生物碳的裝置：預熱室位於熱煙氣室內，預熱室兩端分別連接出料滾筒和進料滾筒；出料滾筒的另一端連接一中間料倉，中間料倉的下部連接一進料室；進料滾筒的另一端連接一氣體收集室；氣體收集室的混合出氣口與噴淋洗滌冷卻塔的進氣口連接；乾餾室位於燃燒室內，乾餾室兩端分別連接前滾筒和後滾筒；前滾筒的另一端與進料室連接，後滾筒的另一端與出料室連接，出料室下方連接冷卻室，出料室的混合氣出口與噴淋洗滌冷卻塔的進氣口連接。該裝置進料分別在筒體二端，而且不能連續作業，處理量小，且無法控制反應釜後端出生物炭的溫度。
目前制生物炭反應釜裝置在無氧裂解完全後，生物炭都留在裂解釜內，這種排渣裝置主要是通過螺旋機構旋轉來進行排渣，這樣生產到一定量後，需要冷卻降溫，停反應釜設備，溫度較高的情況下操作現場人員易燙傷，冷卻降溫時間較長又使生產效率低下，同時生物炭等固體物的積聚也使反應釜內傳質效果大大降低，旋轉反應釜負荷加重，不利於工藝參數的穩定運行，不利於穩定生產。
技術實現要素：
本發明提供了一種結構簡單、成本較低、便於投料、密封性好，同時能夠實現連續化生產的具有連續進料自動出氣機構的汙泥制生物炭裝置。
本發明的具體技術方案如下：
一種具有連續進料自動出氣機構的汙泥制生物炭裝置，包括反應釜，以及用於向所述反應釜加料的自動進料出氣機構，所述的自動進料出氣機構包括進料筒體和設置在進料筒體內的輸送螺旋，所述輸送螺旋的上部與進料筒體內壁間留有出氣間隙；
所述進料筒體的前端連接有中間料倉，中間料倉與進料筒體之間設有第一鎖氣閥；
所述進料筒體的中部與一氣灰分離器的底部連通，該灰分離器的頂部通過管路連接有油封器，且該油封器的底部與進料筒體連通；
所述進料筒體的末端與反應釜連接。
本發明利用輸送螺旋的上部與進料筒體內壁間的出氣間隙，反應釜內高溫油氣從進料端排出，其優點在於能控制反應釜後端出生物炭的溫度，達到產品所需，降低反應釜內的溫度，實現連續化大生產，不用停釜作業。
進一步優選的，所述的輸送螺旋直徑小於等於進料筒體內徑的4/5。此處的螺旋直徑小於等於進料筒體內徑正是本申請的重要創新點，是在大量實驗的基礎上得出來的一個較合理的直徑，輸送螺旋可採用無軸螺旋和有軸螺旋，建議採用無軸螺旋，因為螺旋無軸，物料不易堵塞，排料口不堵塞，因而可以較低速度運轉，平穩傳動，降低能耗；輸送量是相同直徑傳統有軸螺旋輸送機的1.5倍；既可下方出料，又可端頭出料；採用特製襯板，該機可在高溫下工作。
中間料倉的大小可根據反應釜的日處理量來決定，目的是為進料筒體進料進行儲備和緩衝，當輸送螺旋啟動時，鎖氣閥自動開啟，中間料倉具有一定的高度，主要是物料的壓實高度可以擋住反應釜內氣體的壓力防止外洩，同時中間料倉不能徹底沒料，不然反應釜內的高溫油氣通過開啟的鎖氣閥逆流而出，所以中間料倉一般安裝有料位報警器，當低於一定值時，自動報警，自動加料。底部安裝有輸送螺旋，可採用無軸螺旋或有軸螺旋。
進料筒體內部管道即是高溫油氣的出氣路徑，也是汙泥物料的進料路徑，因此，內部的熱交換程度的多少，也決定了反應釜能量的損耗。一般可取5～20米，同時進料筒體外側可用保溫棉保溫，以使汙泥和高溫油氣充分的熱交換。
作為優選的，進料筒體的無軸螺旋具有一定的長度，可取10～15米，太短不利於熱交換和密封，太長在高溫下輸送容易變形，甚至斷裂等問題。
進料筒體的內徑、厚度和長度大小可根據實際反應釜的處理量決定；實際使用過程中，無軸螺旋與驅動電機相連。
作為優選的，所述的氣灰分離器底端安裝有層倒八角結構的導向板，用以引導物料落入進料筒體內，中間端安裝有擋板，頂端分別安裝有遠程控制和現場監測的溫度傳感器和壓力傳感器。氣灰分離器的大小及高度取決於反應釜的實際處理量及高溫油氣的流速。氣灰分離器的外側形狀既可選擇方形體，也可選擇圓形體，作為優先的，一般選擇圓形體更符合熱力學原理。
所述的擋板由耐高溫、耐腐蝕材料拼接成倒角結構，例如倒V型，且張角的範圍在45°～150°，具體的角度由有機固體廢棄物裂解氣的成分，裂解產生的混合物粘性，灰的比例而定。擋板布置有5～12層，且每層為8～18塊，具體由處理量、氣流速度和含灰量的多少而定；層與層之間的擋板互相錯開，目的使氣流能充分地與擋板接觸，做迂迴路線，而不是一條直線上升，擋板不斷阻擊含灰的高溫油氣使裂解氣中的灰塵碰撞而粘附在擋板上，積聚到一定程度時，隨自身重力下沉至氣灰分離器的底部，再通過進料筒體內的無軸螺旋輸送至反應釜內，夾帶灰塵的高溫裂解氣通過與擋板不斷的碰壁，實現高溫裂解氣和固體顆粒分離。
作為優選的，所述的油封器底部安裝有第二鎖氣閥，與進料筒體連接。
油封器頂端由DN200～DN600的管道插入液位以下，具體管道直徑由高溫油氣的流速，流量決定，作為優先的，可取DN350～DN500，高溫油氣經過氣灰分離器一級分離除塵後，已經大大減少高溫油氣裡面的含灰量，此時，再進入油封器，可進一步降低高溫油氣裡面的含塵量，含塵量的去除率為98％以上。
油封器的大小及高度取決於高溫油氣的流量及油氣的壓力，底部出口安裝有閥門，當油封器裡面的液位超過規定所需高度時，開啟閥門，靠自身重力自動進入送料筒體，通過連續運轉的無軸螺旋輸入反應釜內，進一步除灰，當油封器裡面的液位低於規定所需高度時，一般不低於插入的管道口，關閉閥門，高溫油氣進入液態油裡面，起到一個洗滌除塵的作用。經過充分洗滌除塵後，高溫油氣再進入後端處理工藝冷卻分離。
當反應釜在開啟階段或者大檢修以後重新進入大生產階段，油封器裡面的液位可用自來水替代。
作為優選的，所述的進料筒體與反應釜連接處安裝有金屬補償器,頂端分別安裝有遠程控制和現場監測的溫度傳感器和壓力傳感器。
金屬補償器作為一種柔性耐壓管件，利用其工作主體波紋管的有效伸縮變形，以吸收管線、導管、容器等由熱脹冷縮等原因而產生的尺寸變化，或補償管線、導管、容器等的軸向、橫向和角向位移，吸收振動能量，能夠起到減振、消音等作用，具有柔性好、質量輕、耐腐蝕、抗疲勞、耐高低溫等多項特點。
為檢修方便，可在氣灰分離器的頂部，油封器的側面，中間料倉的頂部分別設置檢修孔，檢修孔處設有檢修門，當裝置出現故障時，現場操作人員可通過檢修孔對裝置內的部件進行維修，維修完成後將檢修門關閉；檢修孔設置的位置可根據實際場合確定。
為防止人工作業燙傷，並且充分的熱量利用和熱交換，可在進料筒體的外側，氣灰分離器的外側，中間料倉的外側等可用保溫棉保溫，保溫棉的厚度及保溫效果取決於裝置內部的溫度及裝置的要求。
本發明結構簡單，操作方便，可以連續進料和自動密封，同時選擇進料筒體為汙泥物料與高溫油氣熱交換的場地，既通過熱量交換熱量得到了進一步的利用，無軸螺旋也初步擋住了一定量的灰塵，氣灰分離器和油封器的設置，大大降低了高溫油氣的含灰量，為高溫油氣後端處理冷卻分離提供了更好的條件，同時實現了生產工藝自動化，工作效率高，安全可靠，特別適合大批量連續化生產。
附圖說明
圖1為本發明中汙泥制生物炭裝置的結構示意圖；
圖2為圖1中A-A面的剖視圖。
具體實施方式
如圖1和圖2所示的汙泥制生物炭裝置，包括反應釜8和與反應釜8的進料端連接的自動進料出氣機構，該自動進料出氣機構包括用於將汙泥物料輸送至反應釜8的進料筒體1，設置在進料筒體1內的無軸螺旋3，置於進料筒體1前端的中間料倉2和第一鎖氣閥7，進料筒體2上端設的氣灰分離器5和油封器6。
進料筒體1的內徑、厚度和長度可根據實際反應釜8的處理量確定。進料筒體1內設置有與其密封配合的無軸螺旋3，無軸螺旋3與驅動電機固定，以實現連續自動進料。進料筒體1的前端設有中間料倉2，中間料倉2底部安裝有輸送螺旋4，第一鎖氣閥7安裝在中間料倉2與進料筒體1的連接處，中間料倉2的大小可根據反應釜8日處理量來決定。
進料筒體1上端設置氣灰分離器5，氣灰分離器5底端安裝有層倒八角結構的導向板10，中間端安裝有擋板9，氣灰分離器5的大小及高度取決於反應釜8的實際處理量及高溫油氣的流速。擋板9的層數及每層的塊數，具體由處理量、氣流速度和含灰量的多少而定。
油封器6頂部安裝有向下延伸的一段管道11，管道11出口處在液位以下，底部出口安裝有第二鎖氣閥12，油封器6的大小及高度取決於高溫油氣的流量及油氣的壓力。
本實施例中，進料筒體1的前端與中間料倉2連通，用於接收輸送螺旋4輸出的物料，中部與氣灰分離器5的底部連通，後端與油封器6的底部出口連通並通向反應釜8，且與反應釜8由金屬補償器連接。
本實施例中的汙泥制生物炭裝置運行過程為：首先開啟進料筒體1內的無軸螺旋3，再開啟中間料倉2與進料筒體1之間的第一鎖氣閥7，最後開啟已經物料滿倉的中間料倉2底部的輸送螺旋4，此時物料就源源不斷的進入已經加熱的反應釜內部，待充分反應碳化氣化後，高溫油氣通過自身產生的壓力再從反應釜流出，進入進料筒體1，再進入氣灰分離器5分離，一部分灰塵隨自身重力掉入進料筒體，再次進入反應釜，從氣灰分離器5頂部流出的高溫油氣再進入油封器6除塵，淨化後的高溫油氣再進入後端處理工藝，當油封器6滿到一定高度時，開啟油封器底部第二鎖氣閥12，高含渣的膏狀液體流入進料筒體1內，通過無軸螺旋3再次進入反應釜碳化氣化，從而達到連續進料和自動出氣。
以上所述僅為本發明的較佳實施舉例，並不用於限制本發明，凡在本發明精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。