一种污泥低成本无害化处理装置的制作方法

本发明属于固废处理领域，具体涉及一种污泥低成本无害化处理装置。

背景技术：

随着我国社会经济和城市化的发展，城市污水的产生及数量在不断增长。根据有关预测，我国城市污水量在未来20年还会有较大增长。目前，我国年产干污泥近3×106t，随着国内污水处理事业的发展，污水处理厂的总处理水量和处理程度的不断扩大和提高，所产生的污泥量也将日益增加。大量的污泥未能得到及时、合理的处理而成为污水处理厂沉重的负担。污泥中还含有大量的n、p、k、ca及有机质，且n、p以有机态为主，可以缓慢释放，具有长效性。污泥是有用的生物资源，如能合理利用则不仅能变废为宝，还能增加经济效益，所以，有效处理处置和利用污泥的技术具有重要的现实意义。

现阶段污泥处理办法为干化然后再进行填埋，但是随着现代城市的发展，去专门拿出一片空地来进行填埋已经不现实，另外直接填埋也无法实现对资源的重复利用。还有一种办法就是对污泥进行干化、热解、气化，实现了资源的重复利用，但是在现有技术中，主要采用的是热力干化，其需要独立的热源进行污泥的干化处理，运行成本较高，初投资成本也较高。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种污泥低成本无害化处理装置。

本发明采用的技术方案如下：

一种污泥低成本无害化处理装置，包括污泥造粒工段和污泥热解气化工段；

所述的污泥造粒工段由上至下依次包括辊压机、齿刀成粒机和搅拌式干燥机；

所述辊压机进料口设置进料漏斗，所述辊压机包括对旋滚筒，所述对旋滚筒出料口设置贴紧对旋滚筒表面的刮料板；

所述齿刀成粒机进料口对接所述辊压机的出料口，所述齿刀成粒机包括对旋齿刀，所述对旋齿刀表面沿旋转方向设置凹槽，所述齿刀成粒机出料口设置紧贴对旋齿刀表面的清槽板；

所述辊压机和齿刀成粒机的主轴为空心轴，所述空心轴设置进入段和排出段，所述进入段和排出气段通过隔断或实芯分开，所述隔断或实芯两端分别设置入孔和出孔；所述辊压机和齿刀成粒机的内部设置空腔，所述空腔分别与入孔和出孔连接；

所述齿刀成粒机和所述辊压机通过外壳连接在一起，在齿刀成粒机下部设置进风口，在辊压机顶部设置排风口，所述排风口设置抽风机；

所述搅拌式干燥机通过多个隔板分为若干层，所述隔板分为外圆开口的大隔板和内圆开口的小隔板，所述隔板内部设置空腔，所述隔板上部设置刮板，所述刮板通过预设不同的角度在同样的旋转方向将隔板的物料运往不同的位置；所述搅拌式干燥机的进料口和排料口均设置密封式输送机；所述密封式输送机将物料输送至污泥热解气化工段；

所述的污泥热解气化工段，包括炉体，所述的炉体为夹套式结构，在夹套中充满冷却水，所述的炉体分为热解段和气化段,所述的热解段与气化段的交界处设置有一集料槽，在所述的集料槽的底部安装有叶轮给料机；

所述气化段位于炉体的下部，所述气化段的侧壁上开设有石英砂进口、热风进口、水蒸气进口和固体物料采出口；所述的气化段的侧壁上还开设有启动燃烧器；

所述的热解段位于炉体的上部，所述的热解段的顶部安装有驱动电机，所述的驱动电机的下部安装有搅拌轴，所述的搅拌轴的长度与热解段的高度一致，所述的搅拌轴位于热解段的正中心，所述的搅拌轴通过连接杆连接有多层刮板；所述的炉体的侧壁上下交替布置有多个位于刮板下方的大外圆开口的大圆盘和内圆开口的小圆盘，所述的热解段的顶部一侧开设有进料口，所述进料口附近安装有料斗，所述的料斗的出料口与进料螺旋输送机相连，所述的进料螺旋输送机的输料口穿过热解段的进料口伸入热解段内，将干燥过的污泥颗粒输送至最上端的大圆盘的表面；

所述的电机上连接有风冷装置，所述的风冷装置的进风端与冷风相连，所述风冷装置的出风端通过管道与预热器的冷端相连；

所述气化段顶部开设有一侧线采出口，所述的侧线采出口将气化段产生的高温烟气采出分成两个支路，其中一个支路通过管道与热解段的烟气进口相连，所述的烟气进口与大圆盘和小圆盘的内部空腔相连，其中另一个支路通过管道与预热器的热端相连；

所述的预热器为间壁式换热器，热端的烟气换热后去作为热源供给后续的工段使用，所述的冷端换热后变为热风，热风通过管道进入气化段的热风进口。

进一步，上述污泥低成本无害化处理装置，所述的预热器的冷端还连接有一支路，该支路通过管道与冷风机相连。

进一步，上述污泥低成本无害化处理装置，所述的热解段的大圆盘和小圆盘的盘面上安装有测温元件，用以探测大圆盘和小圆盘的温度，在工作状态下，大圆盘和小圆盘表面的温度控制在400-600℃。

进一步，上述污泥低成本无害化处理装置，所述的夹套中的冷却水从夹套的底部进入，从夹套的顶部排出，然后进入汽包中加热气化后，通过水蒸气管道穿过气化段的水蒸气进口进入气化段，所述的水蒸气管道位于气化段内的管道上开设有多个喷嘴，且所述喷嘴的出口朝下布置。

进一步，上述污泥低成本无害化处理装置，所述的热解段的温度控制在400-600℃，所述气化段的温度控制在800-1000℃。

进一步，上述污泥低成本无害化处理装置，所述的大圆盘和小圆盘的内部为空腔结构，空腔内充满过热蒸汽或者导热油。

进一步，上述污泥低成本无害化处理装置，所述的热解段顶部开设有热解气出气口，热解气通过与出气口相连的输气管道将热解气输送至气化段的热风进口作为气化段的燃料。

进一步，上述污泥低成本无害化处理装置，所述辊压机的级数为不大于10的自然数，所述多级辊压机的对旋滚筒的间距依次减小；所述齿刀成型机的级数为不大于10的自然数，所述多级齿刀成粒机的对旋齿刀的间距依次减小。

与现有技术相比较，本发明创新地采用冷冻干燥+多层式的热解气化工艺处理污泥，最后污泥中的含c有机物转化为烟气综合利用，重金属从热解气化段的底部排出，作为资源综合利用。整个装置结构简单，操作方便，便于推广利用。

本发明采用冷冻造粒技术，利用水-冰-气的三相点，控制压辊机中温度在0.01℃，压力控制在610.75pa，达到污泥颗粒中冰屑的三相点，在不破坏污泥颗粒形态的情况下使冰屑升华；

本发明所采用的多层式的热解段具有如下优点：①停留时间易于控制；它与传统的热解炉相比，不是完全靠物料块本身重力下降，通过控制搅拌轴的转速，可以方便的调节污泥颗粒(例如污泥颗粒)在热解段的停留时间。②操作弹性较大，操作要求比流化式热解炉简单、方便。③传热效果好。相同单位体积内提供的传热面积比回转窑式热解炉大，并且多层式热解段属静设备，回转窑和流化式热解炉属动设备，制造、维护复杂。④可分层控制温度，可在大圆盘和小圆盘上安装测温元件，根据圆盘上污泥颗粒10的温度，实时调节进入裂解段烟气的流速。本发明所述的热解气化装置的生产能力是回转窑热解炉的1.5倍，相同体积内所能提供的换热面积是回转窑热解炉的的l-3倍，并且回转窑热解炉内物料转动是靠整个筒体的转动带动的，而本发明所述的污泥热解气化装置的污泥颗粒(例如污泥颗粒)10的转动是由搅拌轴带动，这样节省了电能，降低了操作费用。

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为本发明的主视结构示意图；

图2为本发明辊压机的仰视结构示意图；

图3为本发明辊压机的a-a剖面结构示意图；

图4为本发明齿刀成型机的仰视结构示意图；

图5为本发明齿刀成型机的b-b剖面结构示意图；

图6为本发明搅拌式干燥机的主视结构示意图；

图7为本发明搅拌式干燥机的c-c剖面结构示意图；

图8为本发明搅拌式干燥机的d-d剖面结构示意图；

图9本发明所述的一种可燃固体废弃物热解气化装置的结构示意图；

图10本发明所述的可燃固体废弃物10在热解段的流动路线图。

具体实施方式

一种污泥低成本无害化处理装置，包括污泥造粒工段和污泥热解气化工段；

所述的污泥造粒工段如图1所示，由上至下依次包括辊压机2、齿刀成粒机3和搅拌式干燥机4；

如图2和3所示，所述辊压机2进料口设置进料漏斗22，所述辊压机2包括对旋滚筒25，所述对旋滚筒25的间距可以调整，所述间距调整的装置包括分别设置在滚筒两端的丝杠、气缸或/和油缸；通过间距的调整，使得污泥饼的厚度在适当的范围内，以便于下一步的切条；所述对旋滚筒25出料口设置贴紧对旋滚筒25表面的刮料板26，刮料板26可以防止污泥饼由于黏性粘接在滚筒表面，使得污泥饼的成型率和生产速度降低；

如图4和5所示，所述齿刀成粒机3进料口对接所述辊压机2的出料口，所述齿刀成粒机3包括对旋齿刀34，所述对旋齿刀34表面沿旋转方向设置凹槽，所述对旋齿刀34的间距可以调整，所述间距调整的装置包括分别设置在滚筒两端的丝杠、气缸或/和油缸；通过间距的调整，使得污泥条的形状在合适的范围内，使得更易断裂成更小的颗粒。所述齿刀成粒机3出料口设置紧贴对旋齿刀34表面的清槽板35，清槽板35的缺口形状与对旋齿刀34的槽底和槽面的形状吻合，清槽板35及时清除粘接在对旋齿刀34槽底和槽面的污泥颗粒，增加设备的运行效率；

所述辊压机2的对旋滚筒主轴27和所述齿刀成粒机3的对旋齿刀主轴36均为空心轴，所述空心轴设置进气段和排气段，对旋滚筒主轴27的进气段和排气段分别连接辊压机冷媒出口21和辊压机冷媒入口24，所述对旋齿刀主轴36的进气段和排气段分别连接齿刀成粒机冷媒进口31和齿刀成粒机冷媒出口32；

所述进气段和排气段通过隔断或实芯分开，所述隔断或实芯两端分别设置入孔和出孔；所述辊压机2和齿刀成粒机3的内部设置空腔，所述空腔分别与入孔和出孔连接；所述冷媒5通过进气段的入孔进入所述辊压机2和齿刀成粒机3的内部空腔，降低设备和设备上的污泥的温度，使其冻结，通过出孔和排气段排出设备外的指定位置，所述冷媒为外部设备提供的低温流体；所述辊压机2和齿刀成粒机3在处理污泥的过程中，通过冷冻不断加快污泥的轧制冻结，使得最终成粒效果更佳突出；

所述齿刀成粒机3和所述辊压机2外部连接在一起，在轧制过程中通过设置在齿刀成粒机3下部的进风口33进气，通过设置在辊压机2顶部排风口23的抽风机6排气；

如图6、7和8所示，所述搅拌式干燥机4为上下带有端盖圆柱形，上端盖设置干燥机进料口46和排湿口47，下端盖设置干燥机排料口45、干燥机热媒进口41和干燥机热媒出口42；所述干燥机内部通过多个隔板分为若干层，所述隔板分为外圆开口的大隔板49b和内圆开口的小隔板49a，所述隔板内部设置加热腔，所述加热腔通过管路分别与干燥机热媒进口41和干燥机热媒出口42连接，通过加热隔板，间接加热污泥颗粒，使干燥机内形成高温高压的环境，使得污泥颗粒中的水分或冰屑汽化升华，达到干燥污泥颗粒的目的；所述排湿口47通过阀门不定时对外排放高温蒸汽，保证内部环境的同时，排除污泥中的水汽；所述热媒包括由外部设备提供的高温流体；

所述隔板上部设置刮板，所述刮板预设不同的角度，通过骨架固定在干燥机主轴上，所述干燥机主轴在同样的旋转方向时，通过正向布置的正向刮板48a或反向布置的反向刮板48b将隔板的物料运往不同的位置，掉在下层外圆开口的大隔板49b或内圆开口的小隔板49a，直至掉出干燥机排料口45；所述主轴下部设置动力装置43和减速机44，为主轴旋转提供动力，所述动力装置43包括电动机和燃油或燃气发动机，所述减速机44包括锥齿轮减速机、平行齿轮减速机和行星轮减速机；

所述搅拌式干燥机的进料口46和排料口45均设置密封式输送机，所述密封式输送机包括密封式无轴螺旋输送机，所述密封式无轴螺旋输送机的螺旋叶片设置隔板，使密封式无轴螺旋输送机的o型外壳和带有隔板螺旋叶片形成多个密封空腔，工作中在保证物料输送的同时，保持设备的密封性；

所述辊压机2和齿刀成粒机3蒸发产生的水蒸汽从排风口23排出，搅拌式干燥机4蒸发产生的水蒸汽从设在顶盖上的排湿口47排出，如有异味，排风口23和排湿口47排出的气体可经收集进入喷淋塔处理脱臭后排空；

所述密封式输送机将污泥造粒工段的污泥颗粒10输送至污泥热解气化工段；

所述的污泥热解气化工段，如图9所示，包括炉体7，所述的炉体7为夹套式结构，在夹套中充满冷却水，所述的炉体7分为热解段和气化段,所述的热解段与气化段的交界处设置有一集料槽714，在所述的集料槽714的底部安装有叶轮给料机715；

所述气化段位于炉体7的下部，所述气化段的侧壁上开设有石英砂进口711、热风进口713、水蒸气进口712和固体物料采出口708；所述的气化段的侧壁上还开设有启动燃烧器709；

所述的热解段位于炉体7的上部，所述的热解段的顶部安装有驱动电机706，所述的驱动电机706的下部安装有搅拌轴701，所述的搅拌轴301的长度与热解段的高度一致，所述的搅拌轴701位于热解段的正中心，所述的搅拌轴701通过连接杆702连接有多层刮板7021；所述的炉体3的侧壁上下交替布置有多个位于刮板7021下方的大外圆开口的大圆盘703和内圆开口的小圆盘704，所述的热解段的顶部一侧开设有进料口，所述进料口附近安装有料斗8，所述的料斗8的出料口与进料螺旋输送机9相连，所述的进料螺旋输送机9的输料口穿过热解段的进料口伸入热解段内，将干燥过的污泥颗粒10输送至最上端的大圆盘703的表面；

所述的电机706上连接有风冷装置，所述的风冷装置的进风端与冷风相连，所述风冷装置的出风端通过管道与预热器707的冷端相连；

所述气化段顶部开设有一侧线采出口，所述的侧线采出口将气化段产生的高温烟气采出分成两个支路，其中一个支路通过管道与热解段的烟气进口705相连，所述的烟气进口705与大圆盘703和小圆盘704的内部空腔相连，其中另一个支路通过管道与预热器707的热端相连；

所述的预热器707为间壁式换热器，热端的烟气换热后去作为热源供给后续的工段使用，所述的冷端换热后变为热风，热风通过管道进入气化段的热风进口。

进一步，上述污泥低成本无害化处理装置，所述的预热器707的冷端还连接有一支路，该支路通过管道与冷风机相连。

进一步，上述污泥低成本无害化处理装置，所述的热解段的大圆盘703和小圆盘704的盘面上安装有测温元件，用以探测大圆盘703和小圆盘704的温度，在工作状态下，大圆盘703和小圆盘704表面的温度控制在400-600℃。

进一步，上述污泥低成本无害化处理装置，所述的夹套中的冷却水从夹套的底部进入，在夹套的顶部进入汽包气化后，通过水蒸气管道穿过气化段的水蒸气进口进入气化段，所述的水蒸气管道位于气化段内的管道上开设有多个喷嘴，且所述喷嘴的朝向下布置。在水蒸气管道位于气化段的管道上开设多个喷嘴，且喷嘴朝下布置的作用是，水蒸气在整个气化段的作用是作为反应原料，与污泥中的有机物以及进入气化段的热风反应，将污泥中的有机物燃烧气化，最后转化为灰分，水蒸气均匀分布有助于燃烧均匀，彻底。

进一步，上述污泥低成本无害化处理装置，所述的热解段顶部开设有热解气出气口，热解气通过与出气口相连的输气管道将热解气输送至气化段的热风进口作为气化段的燃料。由于热解段产生的热解气的热值高，将热解段的热解气直接作为气化段的燃料，节省了能源。

进一步，所述的气化段的热风的进风口的上方安装有布风板，所述的布风板上安装有风帽，布风板作为水蒸气、热风(提供氧气)和污泥(污泥中含有含c有机物)的反应场所，布风板的侧边设置有排渣口708，将反应后的灰分和石英砂排出，在后续工段将灰分和石英砂分离，石英砂重复利用，此处石英砂不参与反应，主要作用是作为导热剂。

进一步，上述污泥低成本无害化处理装置，所述的热解段的温度控制在400-600℃，所述气化段的温度控制在800-1000℃。

进一步，上述污泥低成本无害化处理装置，所述的大圆盘703和小圆盘704的内部为空腔结构，空腔内充满过热蒸汽或者导热油。

进一步，上述污泥低成本无害化处理装置，所述的热解段顶部开设有热解气出气口，热解气通过与出气口相连的输气管道将热解气输送至气化段的热风进口作为气化段的燃料。

进一步，上述污泥低成本无害化处理装置，所述辊压机2的级数为不大于10的自然数，所述多级辊压机2的对旋滚筒25的间距依次减小；所述齿刀成型机3的级数为不大于10的自然数，所述多级齿刀成粒机3的对旋齿刀34的间距依次减小。

本发明所述的污泥冷冻造粒工段的工作原理：首先通过上料机1将经过简单风干和沉淀处理的污泥运输至辊压机2(辊压机2中的操作参数是温度控制在0.01℃，压力控制在610.75pa)进料漏斗22；然后，进料漏斗22将物料收集后进入辊压机2冷冻并轧制成薄泥饼；再次，齿刀成粒机3将薄泥饼切成条，并冷冻进一步降低其水分含量，条状污泥受重力作用碎裂形成不固定长度的颗粒；同时，通过抽风机6和进风口33吸入冷空气，使得冷冻后的污泥中的水分部分升华；最后，冷冻后的污泥颗粒进入封闭的搅拌式干燥机4经过多次加热和翻动，将污泥颗粒的水分通过升华或汽化，降低至小于35％，经过出料机5运往热解气化工段。

在辊压机2内，温度控制在0.01℃，压力控制在610.75pa，达到污泥颗粒中冰屑的三相点，在不破坏污泥颗粒形态的情况下使冰屑升华，同时也减少了异味的产生。

污泥中含有大量的重金属和各种类型的有机物，如果污泥经过简单灭菌后直接倾倒于地底或谷底，投资少，见效快、容量大，但是埋填方式也存在着自身无法弥补的缺陷，一方面埋填本身并不能最终消除污染，而只是延缓了污染产生的时间，污泥中含有大量的有机物、病菌和重金属，重金属属于有价值的金属资源，本发明提供的污泥热解气化装置，采用热解、气化的方式将污泥彻底燃烧，从根源上减少了污泥的污染，并将重金属收集，进入后续的回收。

本发明提供的污泥热解气化工段的工作原理是：如图10所示，干燥后的污泥颗粒经过在料斗8中收集，料斗8中污泥颗粒通过进料螺旋输送机9进入热解气化炉的热解段的位于最上端的大圆盘703上，电机驱动搅拌轴701转动，搅拌轴701带动刮板7021转动，(刮板7021在大圆盘703上的转向和小圆盘704上的作用相反，其通过调整刮板7021叶片的布置角度即可实现，与图7和图8工作原理相同)推动污泥颗粒10向大圆盘703的中心移动，大圆盘703的为中空圆盘结构，污泥颗粒10从大圆盘703的中空圆孔中落下，落入位于其下端的小圆盘704上，污泥颗粒10在离心力的作用下向远离小圆盘704的方向移动，到达小圆盘704的边沿，污泥颗粒10从小圆盘704上落下，落入位于小圆盘704下方的大圆盘703上，污泥颗粒10从上往下下落的过程中经过大圆盘703和小圆盘704的作用，污泥颗粒10在裂解区的运行轨迹变长，增大了污泥颗粒10的裂解时间，使污泥颗粒的裂解更加彻底。污泥颗粒10在裂解区的热源来自于气化区产生的高温气化可燃气，气化区产生的可燃气有多种作用：1)从气化区输送到热解区，作为热解区的热源使用；2)烟气的侧线采出支路还作为预热器707的热源，用以加热冷风，这样进入气化段的冷风变为热风，热风进入气化段，比直接采用冷风进入气化段的热损失少，因为热风与气化段的温差小，冷风与气化段的温差大，如果直接采用冷风进入气化段，冷风与气化段内气体相遇时的熵损失大，采用热风进入气化段，热风与气化段内气体相遇时的熵损失大；另外一方面直接采用热风进入气化段，气化段内温度变化幅度较小，便于操作控制气化段。

本发明所述的污泥热解气化工段的装置兼有固定床和移动床的优点：

多层式的热解段具有如下优点：①停留时间易于控制；它与传统的热解炉相比，不是完全靠物料块本身重力下降，通过控制搅拌轴的转速，可以方便的调节污泥颗粒(例如污泥颗粒)在热解段的停留时间。②操作弹性较大，操作要求比流化式热解炉简单、方便。③传热效果好。相同单位体积内提供的传热面积比回转窑式热解炉大，并且多层式热解段属静设备，回转窑和流化式热解炉属动设备，制造、维护复杂。④可分层控制温度，可在大圆盘和小圆盘上安装测温元件，根据圆盘上污泥颗粒10的温度，实时调节进入裂解段烟气的流速。本发明所述的热解气化装置的生产能力是回转窑热解炉的1.5倍，相同体积内所能提供的换热面积是回转窑热解炉的的l-3倍，并且回转窑热解炉内物料转动是靠整个筒体的转动带动的，而本发明所述的污泥热解气化装置的污泥颗粒(例如污泥颗粒)10的转动是由搅拌轴带动，这样节省了电能，降低了操作费用。

上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。