一种污泥资源化利用系统及其节能环保多孔燃烧器的制作方法

本发明涉及污泥资源化利用燃料燃烧控制装置技术领域，特别涉及可以同时对多种燃料进行混合燃烧控制的多孔节能环保燃烧器。

背景技术

污水处理厂污泥是污水处理的产物，包括微生物群体、有机物质和无机物质等几部分。每万立方米污水处理后约产生污泥(含水率80％)5～10吨。污泥中含有病原体、重金属和持久性有机物等有毒有害物质，未经有效处理处置，极易对地下水、土壤等造成二次污染，直接威胁环境安全和公众健康，使污水处理设施的环境效益大大降低。

随着污水处理能力的快速提高，污水厂出水标准的提升，污泥量也同步大幅增加。截至2017年，全国设市城市、县累计建成污水处理厂3976座，污水处理能力达1.7亿立方米/日，年产生80％含水率的污泥4000多万吨。预计2018年，我国城镇污水年处理量将突破600亿吨，那么，2018年全国80％湿污泥年产量将超过5000万吨。

传统污泥处置和一般炭化项目的各种弊端：卫生填埋需占用大量土地，填埋后产生的渗滤液、填埋气(主要成分是甲烷)等，如处理不当易造成二次污染和安全问题；污泥焚烧减容效果好，无害化程度高，但设备投资大，能耗及工艺技术要求高，并会产生粉尘、二氧化硫、二噁英等大气污染等一系列环保问题；市面上现有的污泥炭化技术不够成熟，存在成本高、热效率低、能量消耗量大、设备损耗高、臭气释放量大等诸多问题。

因此，为解决传统炭化处理工艺的能量消耗大的问题，解决传统炭化炉、干化炉点燃装置燃烧器一般只进行单一热源(天然气)的燃烧，设计一种可以同时对多种燃料进行混合控制燃烧的多孔节能环保燃烧器至关重要。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种污泥资源化利用节能环保多孔燃烧器，该燃烧器的设计成功使得炭化炉和干化炉可以在助燃气参与下直接利用炭化炉产生的热解气，大幅度降低系统能耗，实现了能量循环利用，降低了污泥资源化处置炭化段、干化段的运行成本，减少了污染物的排放。

本发明还提供了一种应用上述燃烧器的污泥资源化利用系统。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种污泥资源化利用节能环保多孔燃烧器，包括天然气进流通道、热解气进流通道、助燃气进流通道、燃气混合通道和控制系统；

所述天然气进流通道、所述热解气进流通道和所述助燃气进流通道的出口均连通于所述燃气混合通道；所述天然气进流通道、所述热解气进流通道和所述助燃气进流通道的阀门均连接于所述控制系统；

所述控制系统能够在待加热炉内的温度低于第一预设温度的情况下，打开所述天然气进流通道和所述助燃气进流通道，切断所述热解气进流通道；

所述控制系统能够在所述待加热炉内的温度不低于所述第一预设温度且不高于第二预设温度的情况下，打开所述然气进流通道、所述热解气进流通道和所述助燃气进流通道；

所述控制系统能够在所述待加热炉内的温度高于所述第二预设温度情况下，关闭所述然气进流通道，打开所述热解气进流通道和所述助燃气进流通道。

优选的，所述控制系统还能够在所述待加热炉内的温度不低于所述第一预设温度且不高于第二预设温度的情况下，降低所述天然气进流通道的进气量至预设值。

优选的，所述天然气进流通道、所述热解气进流通道和/或所述助燃气进流通道为环形通道，且套装组成套筒结构。

优选的，所述天然气进流通道、所述热解气进流通道和所述助燃气进流通道为由内至外依次套设的天然气环形进流通道、热解气环形进流通道和助燃气环形进流通道。

优选的，还包括点火装置，所述点火装置的设置方向与所述套筒结构的轴向平行或垂直。

优选的，还包括通讯连接于所述控制系统的火焰监测装置，所述控制系统能够在所述火焰监测装置检测到无火焰时，控制切断所述天然气进流通道和所述热解气进流通道。

优选的，还包括设置在所述燃气混合通道内，用于控制气流方向的风盘；

所述天然气进流通道、所述热解气进流通道和所述助燃气进流通道的出口均连通于所述风盘。

优选的，所述风盘采用不锈钢耐高温材料。

一种污泥资源化利用系统，包括炭化炉和干化炉，所述炭化炉和/或所述干化炉的燃烧器为如上述的污泥资源化利用节能环保多孔燃烧器。

优选的，所述污泥资源化利用节能环保多孔燃烧器在所述炭化炉和/或所述干化炉的两侧交错排列。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的污泥资源化利用系统及其节能环保多孔燃烧器，可以同时对多种燃料进行混合控制燃烧的多孔节能燃烧器，特别是该装置可以在助燃气参与下直接利用炭化炉产生的热解气新能源，大幅度降低系统能耗，实现了能量循环利用，减少污染物排放，并具有造价低、结构简单等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的污泥资源化利用节能环保多孔燃烧器的左视结构示意图；

图2为本发明实施例提供的污泥资源化利用节能环保多孔燃烧器的各进口布置正视结构示意图。

其中，1为天然气环形进流通道，2为热解气环形进流通道，3为助燃气环形进流通道，4为点火装置，5为火焰监测装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的污泥资源化利用节能环保多孔燃烧器，包括天然气进流通道、热解气进流通道、助燃气进流通道、燃气混合通道和控制系统；

其中，天然气进流通道、热解气进流通道和助燃气进流通道的出口均连通于燃气混合通道；天然气进流通道、热解气进流通道和助燃气进流通道的阀门均连接于控制系统；

控制系统能够在待加热炉(如炭化炉、干化炉)内的温度低于第一预设温度的情况下，打开天然气进流通道和助燃气进流通道，切断热解气进流通道；

控制系统能够在待加热炉内的温度不低于第一预设温度且不高于第二预设温度的情况下，打开然气进流通道、热解气进流通道和助燃气进流通道；

控制系统能够在待加热炉内的温度高于第二预设温度情况下，关闭然气进流通道，打开热解气进流通道和助燃气进流通道。

工作原理：

第一阶段：当炉体温度较低(低于第一预设温度)无热解气产生，通过控制系统(如plc)分析，系统自动打开天然气的进口通道和助燃气(如空气)的进口通道，使得两种气体混合后，由燃烧口喷出燃烧；

第二阶段：当炉体温度较高有热解气产生时(不低于第一预设温度且不高于第二预设温度)，系统自动打开热解气进口通道，初期可以采用天然气、热解气和空气三种气体同时混合燃烧；

当炉体温度较高有大量稳定的热解气产生时(高于第二预设温度)，系统自动切断天然气进口通道，只通过热解气和空气的组合燃烧，降低额外的能源消耗，节约成本；

第三阶段：伴随炭化过程的进行，有机质的持续热解，污泥中有机质含量不断减少，热解气也随之不断减少，当系统产生的热解气用量不足以支撑炭化炉和干化炉使用时(不高于第二预设温度)，系统自动打开天然气进口并调整天然气用量以保证系统热量的供应。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的污泥资源化利用节能环保多孔燃烧器，通过实现天然气、热解气和空气三种燃料不同的组合(第一阶段：天然气和空气，第二阶段：天然气、热解气和空气，第三阶段：裂解气和空气)，大幅度降低系统能耗，实现了能量循环利用，减少污染物排放。

作为优选，控制系统还能够在待加热炉内的温度不低于第一预设温度且不高于第二预设温度的情况下，降低天然气进流通道的进气量至预设值。此时对应第二阶段炉体温度较高有热解气产生的情况，由于热解气开始作为燃气参与燃烧，则相较于第一阶段，天然气的进给即使减少，也能够实现同样的加热效果，可以降低系统能耗。天然气进气量降低至的具体至预设值可以由本领域技术人员根据待加热炉内污泥情况和温度确定。

为了进一步优化上述的技术方案，天然气进流通道、热解气进流通道和/或助燃气进流通道为环形通道，且套装组成套筒结构，可以参照图1所示。采用套筒的优点为：1、使得各种燃料混合更均匀，2、燃烧温度均匀，燃烧更充分，不产生高温点，较少氮氧化物的生成，3、节省空间，构造紧密。

具体的，天然气进流通道、热解气进流通道和助燃气进流通道为由内至外依次套设的天然气环形进流通道1、热解气环形进流通道2和助燃气环形进流通道3。如此的套筒顺序能够充分利用各气体的热值，提高燃烧效果；天然气的热值最高，在最里面，热解气能量次之在次圈，空气助燃气能量最低在外圈。

本发明实施例提供的污泥资源化利用节能环保多孔燃烧器，还包括点火装置4，该点火装置4的设置方向与套筒结构的轴向平行或垂直，其结构可以参照图1和图2所示。为防止风量过大把点火火焰吹灭，点火装置4可设置不同方向，可与燃烧器平行、垂直、或其他方向。优选的，点火装置4采用钢制耐高温材料，点火燃料采用天然气和空气，点然后热风温度可达1100℃。

本发明实施例提供的污泥资源化利用节能环保多孔燃烧器，还包括通讯连接于控制系统的火焰监测装置5，控制系统能够在火焰监测装置5检测到无火焰时，控制切断天然气进流通道和热解气进流通道。火焰监测装置5主要由探头和信号处理器两部分组成，输出表示有无火焰的开关量信号。当检测到无火焰时，火焰监测装置5将信号传送到控制系统(如plc装置)，plc装置控制燃料阀门切断燃料供应，并启动吹扫通风系统，清理进入炉体燃料，防止炉体内燃料聚积过多，再次启动点燃引起爆炸。当检测到有火焰产生时，火焰监测装置讲信号传送到plc装置，plc装置控制燃料控制阀门继续燃料供应，保证点燃持续进行。具体的，根据火焰温度本火焰监测装置采用紫外光火焰检测器。进一步的，本火焰监测装置5与点火装置4保持一定距离，可以消除点火装置4干扰，更好地检测主火焰，提高准确性；其结构可以参照图1所示，火焰监测装置5和点火装置4分别位于套筒径向的两端。

本发明实施例提供的污泥资源化利用节能环保多孔燃烧器，还包括设置在燃气混合通道内，用于控制气流方向的风盘；

天然气进流通道、热解气进流通道和助燃气进流通道的出口均连通于风盘。该燃烧器采用风盘控制气流的方向，使得气流在风盘的作用下发生气流方向的改变，产生旋流等，使天然气流、空气流、热解气流均匀混合，控制空气过量系数，从而提高热解气燃尽程度，提高燃烧效率，降低火焰温度，降低污染物的排放。

作为优选，风盘采用不锈钢耐高温材料，具有耐腐蚀性。本发明实施例提供的污泥资源化利用节能环保多孔燃烧器，还包括处于风盘后面的燃烧室，该燃烧室同时具有混合和点燃的作用。

本发明实施例还提供了一种污泥资源化利用系统，包括炭化炉和干化炉，其特征在于，炭化炉和/或干化炉的燃烧器为如上述的污泥资源化利用节能环保多孔燃烧器。通过对温度的感知，控制系统(如plc)控制阀门控制燃料的进入量，plc设置优先使用热解气燃烧，当热解气能够满足炉体温度的时候就停止天然气的供应，降低额外的能源消耗，节约成本。

为了进一步优化上述的技术方案，污泥资源化利用节能环保多孔燃烧器在炭化炉和/或干化炉的两侧交错排列。燃烧器在炭化炉炉腔和干化炉炉体两侧交错排列，这样安排，可以减少燃烧器的用量并且保证炭化炉和干化炉受热的均匀性。

下面结合具体实施例对本方案作进一步介绍：

本燃烧器采用套筒模式，包括被砌筑在燃烧器器体中的天然气环形进流通道、助燃气空气环形进流通道、热解气环形进流通道、风盘、燃气混合通道、空燃混合室、燃烧室等，燃烧器套筒采用烧砖制造，烧砖的形状根据炭化炉、干化炉燃烧点设计的截面形状而定，保持结构的紧密性、系统的密封性。

燃烧器有以下几种燃烧方式：燃烧器通过实现天然气、热解气和空气三种燃料不同的组合达到燃烧、节能的目的。1、天然气和空气，2、天然气、热解气和空气，3、裂解气和空气。实现过程如下：(1)当炉体温度较低无热解气产生，通过plc控制系统分析，系统自动打开天然气的进口通道和空气的进口通道，使得两种气体在风盘后充分混合后，由燃烧口喷出燃烧。(2)当炉体温度较高有热解气产生时，系统自动打开热解气进口通道，初期可以采用天然气、热解气和空气三种气体同时混合燃烧，当炉体温度较高有大量稳定的热解气产生时，系统自动切断天然气进口通道，只通过热解气和空气的组合燃烧，降低额外的能源消耗，节约成本。伴随炭化过程的进行，有机质的持续热解，污泥中有机质含量不断减少，热解气也随之不断减少，当系统产生的热解气用量不足以支撑炭化炉和干化炉使用时，系统自动打开天然气进口并调整天然气用量以保证系统热量的供应。

通过炭化炉和烘干炉内热电偶对温度的自动测量，将测量信号传输至plc，通过自动控制系统进一步调控天然气、空气、裂解气等各个阀门通道的开口，根据炉体温度情况，实现多种燃料自由组合燃烧，达到能量最大化利用，充分节约能源和成本。

综上所述，为解决传统炭化炉、干化炉点燃装置燃烧器一般只进行单一热源(天然气)的燃烧，本发明实施例公开了一种可以同时对多种燃料进行混合控制燃烧的多孔节能燃烧器，特别是该装置可以在助燃气参与下直接利用炭化炉产生的热解气新能源，大幅度降低系统能耗，实现了能量循环利用，减少污染物排放，并具有造价低、结构简单、更换方便、耐用等优点。本发明实施例还公开了一种应用上述燃烧器的污泥资源化利用系统。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。