一种污泥高温等离子玻璃化装置及其处理方法
【专利摘要】一种污泥高温等离子玻璃化装置及其处理方法，所述装置包括污泥燃烧器、第一捕收器、玻璃化炉、第一高温等离子火炬、第二捕收器、收集管道、第二高温等离子火炬、管道、尾渣出口以及实现污泥自动化处理操作控制的PLC自动控制系统；所述处理方法，其特征在于，所述处理方法的处置过程分两级，一级处置主要针对较大的污泥颗粒；二级处置主要针对烟气中的污泥颗粒；整个处置过程中不仅对较大的固体颗粒实现等离子玻璃化，对含有较小颗粒的烟气也进行了玻璃化处置。本发明装置结构简单，占地面积小，处理过程由PLC自动控制，不需要人工操作和干预，处理时不排放有害气体，也不产生有毒气体、污泥处理彻底且效率高、适应范围广。
【专利说明】一种污泥高温等离子玻璃化装置及其处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及污泥处理技术，尤其涉及一种污泥高温等离子玻璃化装置及其处理方法。
【背景技术】
[0002]常规污泥是污水处理厂对污水进行净化处理后的产物，污泥的特点是:1、成分十分复杂，呈胶体状，性质不稳定，易腐化发臭；2、重金属、有毒有害污染物的含量高；3、含水率高，脱水性差，不易脱水；4、含大量病原菌及寄生虫卵等。若不合理地处理此类污泥，将对环境和人类及动物健康造成较大的危害。
[0003]当前主要的处置工艺有:一厌氧发酵；二好氧发酵；三协同焚烧(包括水泥厂协同焚烧、电厂协同焚烧、垃圾协同焚烧等)；四简单填埋；五生产肥料。现有上述污泥处置技术工艺存在以下几个主要的技术缺点:1、厌氧发酵处置过程和效果受污泥成分变化影响较大，处置效率低；2、好氧消化污泥处理方式能耗较高，基础投资大，受污泥的成分变化影响大；3、协同焚烧处置过程可产生二恶英等有毒气体，不能解决污泥中重金属等有毒有害物质的污染问题；4、简单填埋逐渐被禁止，这种方法可产生严重的环境污染问题；5、污泥生产肥料中含有重金属等污染物，仅可用作园林绿化，且存在引起环境污染的风险。
[0004]目前，干化处理工艺和处置工艺的组合便构成了当前污泥处理处置的主要技术路线。但由于污泥量较大，干化需要消耗能源，成本费用很高，填埋又浪费土地资源，污泥自身有一定的热值，因此可以进行玻璃化实现污泥的处置。但是，目前的污泥玻璃化处理设备大多结构复杂，控制难度也大，处理效率低，其在处理过程中产生的烟气排放极易引起二次污染；例如中国专利ZL 201420139125.8公开的一种玻璃化污泥处置系统，它无法对污泥进行分类捕获处理，这种无差别玻璃化处置过程会造成极大的能耗，对烟气的洗涤处理不仅成本高，还无法彻底避免污泥处理过程中的二次污染的可能。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种污泥高温等离子玻璃化装置及其处理方法，它具有装置结构简单，控制方便和污泥处理效率高的优点。
[0006]本发明是这样来实现的，一种污泥高温等离子玻璃化装置，其特征在于，它包括污泥燃烧器、第一捕收器、玻璃化炉、第一高温等离子火炬、第二捕收器、收集管道、第二高温等离子火炬、管道和尾渣出口，所述污泥燃烧器的一端设有助燃剂入口和污泥入料口，污泥燃烧器的另一端分别连接于第一捕收器的上端和管道的一端；
[0007]第一捕收器的下端连接于玻璃化炉的上端，玻璃化炉的下端设有用于排出熔融态的污泥的尾渣出口，玻璃化炉连接有第一高温等离子火炬；管道的另一端连接于第二捕收器的上端，且设有用于排出烟气的尾气出口，收集管道的两端分别连接于第二捕收器的下端和玻璃化炉，管道连接有第二高温等离子火炬。
[0008]优选的是:所述污泥燃烧器的端部沿第一捕收器的外壁呈一弧形结构并与第一捕收器连通。
[0009]优选的是:所述管道与第二捕收器的连接端沿第二捕收器的外壁呈一弧形结构后并与第二捕收器连通。
[0010]优选的是:所述第二高温等离子火炬有两个或两个以上，它们绕着管道轴线均匀布置。
[0011]所述污泥高温等离子玻璃化装置还包括实现污泥自动化处理操作控制的PLC自动控制系统，所述PLC自动控制系统包括用于监控装置内压力、污泥入料口进入的污泥流速、助燃剂入口进入的助燃剂流量、污泥燃烧器内温度、玻璃化炉内温度以及管道内温度的传感器、与传感器电连接的控制器和若干个执行控制器控制指令的电控装置。所述电控装置包括用于控制污泥入料口进入的污泥流速和助燃剂入口进入的助燃剂流量的阀门装置以及控制第一高温等离子火炬和第二高温等离子火炬点火温度的火炬温度调节装置。
[0012]污泥高温等离子玻璃化装置的处理方法，其特征在于，所述处理方法包括以下步骤:
[0013](I)经射流干化处理后的污泥筛选粒度平均在200目，经过污泥燃烧器的污泥入料口进入污泥燃烧器，在助燃剂入口喷入助燃剂，污泥在自身热值的作用下可实现自持燃烧，燃烧过程将污泥中的微生物有效杀灭；
[0014](2)污泥经污泥燃烧器以高速喷入捕收器中，喷入的污泥燃烧后在捕收器中进行捕收，大颗粒的污泥落入玻璃化炉中，玻璃化炉中设置的第一高温等离子火炬对污泥进行高温等离子玻璃化处理，此时，第一高温等离子火炬的火焰温度超过7000°C ;将污泥加热至熔融态，熔融态的污泥经下部的尾渣出口排出。
[0015](3)来自污泥燃烧器的小颗粒污泥以及烟气进入管道，在管道上布置有第二高温等离子火炬对烟气和污泥颗粒进行整理，将烟气中的有害成分进行处理；
[0016](4)夹杂有污泥颗粒的烟气进入第二捕收器，颗粒状污泥经捕收作用后顺收集管道进入玻璃化炉中，此时，玻璃化炉中的温度超过1500°C，将污泥加热至熔融态，熔融态的污泥经下部的尾渣出口排出，处理后的烟气从尾气出口排出；
[0017](5)传感器监测装置内压力、污泥入料口进入的污泥流速、助燃剂入口进入的助燃剂流量、污泥燃烧器内温度、玻璃化炉内温度以及管道内温度，并将监测数据转换成电信号传递给PLC自动控制系统，由PLC自动控制系统控制装置的处理过程。
[0018]本发明的有益效果为:1、有害气体排放极低，远低于国家标准值。气体排放前经高温等离子火炬整理，有效去除其中的氮氧化物、硫化物等有害物质；2、有害气体排放极低，远低于国家标准值。污泥玻璃化炉内温度高于1500°C，处理过程中不会产生二恶英、呋喃等有毒物质；3、污泥处理彻底。处理温度超过150(TC，高于污泥灰熔点，使污泥实现彻底处置；4、处理后的污泥可方便进行建材利用。处理后的污泥呈现熔融态，经尾渣出口排出后可经离心法制成建筑保温材料岩棉或玻璃砂等，实现污泥的资源化利用。5、装机功率小，节能环保。整个玻璃化炉中无动力元件，粉状污泥经燃烧器喷入后可自持燃烧，充分节约能源。6、适应范围广。可适应于市政污泥、煤泥、工业污泥等各种污泥的处置。7、结构简单，占地面积小。本设备采用模块化设计，占地面积小，且可根据实际情况进行组合。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明的结构主视图。
[0020]图2为本发明的结构俯视图。
[0021]在图中，1、污泥燃烧器2、第一捕收器3、玻璃化炉4、第一高温等离子火炬5、第二捕收器6、收集管道7、第二高温等离子火炬8、管道9、尾渣出口。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步说明。
[0023]如图1和图2所示，本发明是这样来实现的，它包括污泥燃烧器1、第一捕收器2、玻璃化炉3、第一高温等离子火炬4、第二捕收器5、收集管道6、第二高温等离子火炬7、管道8和尾渣出口 9，所述污泥燃烧器I的一端设有助燃剂入口和污泥入料口，污泥燃烧器I的另一端分别连接于第一捕收器2的上端和管道8的一端；
[0024]第一捕收器2的下端连接于玻璃化炉3的上端，玻璃化炉3的下端设有用于排出熔融态污泥的尾渣出口，玻璃化炉3连接有第一高温等离子火炬4 ;管道8的另一端连接于第二捕收器5的上端，且设有用于排出烟气的尾气出口，收集管道6的两端分别连接于第二捕收5器的下端和玻璃化炉3，管道8连接有第二高温等离子火炬7。
[0025]所述污泥燃烧器I的端部沿第一捕收器2的外壁呈一弧形结构并第一捕收器2连通。这种结构设计使得污泥燃烧器I的粉料喷出时能够沿弧形结构旋转进入第一捕收器2，在离心力的作用下，能够大大提高对物料进行筛选效率。
[0026]所述管道8与第二捕收器5的连接端沿第二捕收器5的外壁呈一弧形结构并与第二捕收器5连通。这种结构设计使得从管道8喷出的粉料能够沿弧形结构旋转进入第二捕收器5，离心作用下大大提高细小粉料与气体的分离效率。
[0027]所述第二高温等离子火炬7有两个或两个以上，它们绕着管道8的轴线均匀布置。第二高温等离子火炬7的设置是为了实现气体排放前经高温等离子火炬整理，有效去除其中的氮氧化物、硫化物等有害物质，避免了环境污染，这比传统的洗涤法具有更好的处理效率和更好的处理效果。
[0028]所述污泥高温等离子玻璃化装置还包括实现污泥自动化处理操作控制的PLC自动控制系统，所述PLC自动控制系统包括用于监控装置内压力、污泥入料口进入的污泥流速、助燃剂入口进入的助燃剂流量、污泥燃烧器I内温度、玻璃化炉3内温度以及管道8内温度的传感器、与传感器电连接的控制器和若干个执行控制器控制指令的电控装置。所述电控装置包括用于控制污泥入料口进入的污泥流速和助燃剂入口进入的助燃剂流量的阀门装置以及控制第一高温等离子火炬4和第二高温等离子火炬7点火温度的火炬温度调节装置。整个污泥玻璃化过程采用高温等离子火炬，能量密度高，可达100 MW/m3，且污泥以粉状颗粒落入玻璃化炉中，反应充分、快速。
[0029]污泥高温等离子玻璃化装置的处理方法，其特征在于，所述处理方法包括以下步骤:
[0030](I)经射流干化处理后的污泥筛选粒度平均在200目，经过污泥燃烧器I的污泥入料口进入污泥燃烧器I，在助燃剂入口喷入助燃剂，污泥在自身热值的作用下可实现自持燃烧，燃烧过程将污泥中的微生物有效杀灭；
[0031](2)污泥经污泥燃烧器I以高速喷入第一捕收器2中，喷入的污泥燃烧后在第一捕收器2中进行捕收，大颗粒的污泥落入玻璃化炉3中，玻璃化炉3中设置的第一高温等离子火炬4对污泥进行高温等离子玻璃化处理，此时，第一高温等离子火炬4的火焰温度为70000C ;将污泥加热至熔融态，熔融态的污泥经下部的尾渣出口排出。
[0032](3)来自污泥燃烧器I的小颗粒污泥以及烟气进入管道8，在管道8上布置有第二高温等离子火炬7对烟气和污泥颗粒进行整理，将烟气中的有害成分进行处理；
[0033](4)夹杂有污泥颗粒的烟气进入第二捕收器5，颗粒状污泥经捕收作用后顺收集管道6进入玻璃化炉3中，此时，玻璃化炉3中的温度超过1500°C，将污泥加热至熔融态，熔融态的污泥经下部的尾渣出口排出；处理后的烟气从尾气出口排出；
[0034](5)传感器监测装置内压力、污泥入料口进入的污泥流速、助燃剂入口进入的助燃剂流量、污泥燃烧器I内温度、玻璃化炉3内温度以及管道8内温度，并将监测数据转换成电信号传递给PLC自动控制系统，由PLC自动控制系统控制装置的处理过程。
[0035]PLC自动控制系统的具体控制过程是这样的，根据装置以及污泥物料成分，控制器预先设定最佳的处理参数，控制器控制阀门装置和火炬温度调节装置适时调节污泥入料口进入的污泥流速、助燃剂入口进入的助燃剂流量以及第一高温等离子火炬4和第二高温等离子火炬7点火温度；通过传感器的监测反馈，能够适时监控装置内压力、污泥燃烧器I内温度、玻璃化炉3内温度以及管道8内温度等参数，按照设定参数，不断调正以实现自动化控制处理，例如当污泥热值低于1300kcl/kg时，会根据需要补充适当的助燃剂来促进燃作
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[0036]本发明与传统污泥处理设备相比，具有如下效果的创新点；
[0037]1、将玻璃化炉和捕收器集合到一起，分类捕收后即进行玻璃化处理；
[0038]2、本设备可用来对颗粒状固体物料进行玻璃化处置。颗粒状固体物料如污泥、煤泥等；
[0039]3、等离子玻璃化处置彻底。处置过程分两级，一级处置主要针对较大的污泥颗粒；二级处置主要针对烟气中的污泥颗粒；
[0040]4、能耗低。污泥进入等离子玻璃化炉前先经污泥燃烧器进行喷粉燃烧，燃烧过程可将污泥中的热值进行充分利用，有效减少能源消耗；
[0041]5、自动化程度高。玻璃化设备中有设有温度、压力、流量等产多种传感器，能实时检测系统的反应状态，反应过程由PLC自动控制，不需要人工操作和干预；
[0042]6、处置过程安全可靠，不产生二次污染，处置过程中不仅对较大的固体颗粒实现等离子玻璃化，对含有较小颗粒的烟气也进行了玻璃化处置。
【权利要求】
1.一种污泥高温等离子玻璃化装置，其特征在于，它包括污泥燃烧器、第一捕收器、玻璃化炉、第一高温等离子火炬、第二捕收器、收集管道、第二高温等离子火炬、管道和尾渣出口，所述污泥燃烧器的一端设有助燃剂入口和污泥入料口，污泥燃烧器的另一端分别连接于第一捕收器的上端和管道的一端； 第一捕收器的下端连接于玻璃化炉的上端，玻璃化炉的下端设有用于排出熔融态的污泥的尾渣出口，玻璃化炉连接有第一高温等离子火炬； 管道的另一端连接于第二捕收器的上端，且设有用于排出烟气的尾气出口，收集管道的两端分别连接于第二捕收器的下端和玻璃化炉，管道连接有第二高温等离子火炬。
2.如权利要求1所述的污泥高温等离子玻璃化装置，其特征在于，所述污泥燃烧器的端部沿第一捕收器的外壁呈一弧形结构并与第一捕收器连通。
3.如权利要求1所述的污泥高温等离子玻璃化装置，其特征在于，所述管道与第二捕收器的连接端沿第二捕收器的外壁呈一弧形结构后并与第二捕收器连通。
4.如权利要求1所述的污泥高温等离子玻璃化装置，其特征在于，所述第二高温等离子火炬有两个或两个以上，它们绕着管道轴线均匀布置。
5.如权利要求1至4任意一项所述的污泥高温等离子玻璃化装置，其特征在于，所述污泥高温等离子玻璃化装置还包括实现污泥自动化处理操作控制的PLC自动控制系统，所述PLC自动控制系统包括用于监控装置内压力、污泥入料口进入的污泥流速、助燃剂入口进入的助燃剂流量、污泥燃烧器内温度、玻璃化炉内温度以及管道内温度的传感器、与传感器电连接的控制器和若干个执行控制器控制指令的电控装置。
6.如权利要求5所述的污泥高温等离子玻璃化装置，其特征在于，所述电控装置包括用于控制污泥入料口进入的污泥流速和助燃剂入口进入的助燃剂流量的阀门装置以及控制第一高温等离子火炬和第二高温等离子火炬点火温度的火炬温度调节装置。
7.污泥高温等离子玻璃化装置的处理方法，其特征在于，所述处理方法包括以下步骤: (1)经射流干化处理后的污泥筛选粒度平均在200目，经过污泥燃烧器的污泥入料口进入污泥燃烧器，在助燃剂入口喷入助燃剂，污泥在自身热值的作用下可实现自持燃烧，燃烧过程将污泥中的微生物有效杀灭； (2)污泥经污泥燃烧器以高速喷入捕收器中，喷入的污泥燃烧后在捕收器中进行捕收，大颗粒的污泥落入玻璃化炉中，玻璃化炉中设置的第一高温等离子火炬对污泥进行高温等离子玻璃化处理，此时，第一高温等离子火炬的火焰温度超过7000°C ;将污泥加热至熔融态，熔融态的污泥经下部的尾渣出口排出。 (3)来自污泥燃烧器的小颗粒污泥以及烟气进入管道，在管道上布置有第二高温等离子火炬对烟气和污泥颗粒进行整理，将烟气中的有害成分进行处理； (4)夹杂有污泥颗粒的烟气进入第二捕收器，颗粒状污泥经捕收作用后顺收集管道进入玻璃化炉中，此时，玻璃化炉中的温度超过1500°C，将污泥加热至熔融态，熔融态的污泥经下部的尾渣出口排出，处理后的烟气从尾气出口排出； (5)传感器监测装置内压力、污泥入料口进入的污泥流速、助燃剂入口进入的助燃剂流量、污泥燃烧器内温度、玻璃化炉内温度以及管道内温度，并将监测数据转换成电信号传递给PLC自动控制系统，由PLC自动控制系统控制装置的处理过程。
【文档编号】C02F11/00GK104310732SQ201410588858
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】陈兵, 刘淑良, 谢新兵, 史桂平 申请人:山东博润工业技术股份有限公司