专利名称：低干度、多次排、脱水法(l.m.d法)专用热水解反应釜的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种专用于低干度，多次排、脱水法(L.M.D法)的专用热水解反应釜。为中国专利“一种污泥热水解-干化一体化的新工艺”的另案申请。
背景技术：
反应釜是一种通用化工设备，广泛用于化工合成、聚合、加成、异构和分解...等多种反应过程，根据反应工艺要求，过程在设定的温度、压力、催化剂和搅拌下进行。随着我国城镇化进程的提速，污泥的产量陡增。受“重水轻泥”的影响，我国污泥处置严重落后。主要以填埋为主。由于对土壤和环境造成二次污染，已逐步被禁止。目前，我国正在全力推进污泥干化-焚烧法，目前国内已建成或拟建、待建的污泥干化-焚烧系统既有从国外成套引进，也有自主研发。无论是那种模式，干化-焚烧的原理和过程基本相同，但具体干化工艺及设备却各异。我国目前的干化设备有流化床干化、带式干化、转鼓式干化、浆叶干化和卧式转盘干化。这类干化机的热源温度都低于150°C，干化过程主要是脱水，致恶臭成分(主要是H2S)未被分解，干污泥的结构基本没有变化，仍为亲水性，亟易吸湿回潮，大多数病菌、孢籽未被杀灭。已投运的一些污泥干化系统实践表明，尽管干污泥仓的底部排料锥的锥角远小于干污泥的自然堆角，但干污泥仓仍有死角，仓内干污泥的料面呈漏斗状，在死角处结块，霉变，具恶臭又成为致病毒源的载体。招致立项时承诺与燃混烧的发电企业不愿混烧。研究表明，干化污泥在焚烧过程中会产生二恶英，其途径主要有四种:直接释放、高温气相生成、前驱物固体催化合成、从头合成。直接释放是指固废中本身所含有二恶英并且在焚烧过程经过不完全的分解破坏后继续存在，与其他途径产生的二恶英相比较，这部分的量是相当小的。高温气相生成是由不同的二恶英前驱物(如氯酚、多氯联苯)在高温和氧气的条件下反应生成二恶英。前驱物固体催化是二恶英前驱物在低温燃烧区在受到催化剂(金属或其氧化物)作用反应生成。从头合成是通过形成二恶英的基本元素(碳、氧、氯、氢)在催化剂作用下发生氧化和缩合反应生成。从以上四个形成二恶英的过程中，可以得出产生二恶英的条件为:有形成二恶英的基本元素(碳、氧、氯、氢)或前驱物，一定的温度范围、金属催化剂、氧化所需的氧气。在无氧条件下的热解能有效的抑制二恶英的合成。国外从上世纪80年代开始了污泥热解研究。澳大利亚、加拿大等国用外热式回转炉对污泥进行热解，取得了成功，但结构复杂，投资大，成本高。由深圳市环源科技发展有限公司与东京工业大学环境工程学院、日本资源循环技术研究所合作开发的，针对中国城市污水厂脱水污泥的RRS污泥蒸汽热解处理技术，用150°C以上的蒸汽热解反应，破坏污泥持水结构，使得原来主要通过热力蒸发方式才能脱除的结合水，可通过机械分离方式脱除的自由水，从而降低污泥脱水能耗。台湾大学化学工程学系对于污泥之无氧热分解进行研究，活性污泥在157°C的还原性气氛下即开始分解，当温度低于120°C时，释放的物种主要是水(H2O),在180-240°C主要是二氧化碳(CO2)，当温度继续升高，释放出包括HCN、CO、C2H6等物质以及其它直链碳氢化合物或是碳氢氧化合物。蒸汽低温裂解干化工艺是利用蒸汽低温裂解的方式，改变污泥本身的胶体结构，将包裹在湿污泥中的物理化学结合水释放为自由态水，改善污泥的脱水性能，再用传统的机械方式去除水分。污泥(含水约80%)经污泥泵注入反应釜，同时通入过热蒸汽，反应釜内设有搅拌装置，使蒸汽与湿污泥混合均匀，经一定时间的低温热解反应，使具有高分子结构的碳氢化合物转变成为低分子结构的有机物，破坏污泥的持水结构，从而使污泥脱水性能大幅提高。反应釜产物约含有30%自由态水，经污泥泵送至机械式脱水机挤压脱水，可获得含水率约55% -60%的半干污泥。半干污泥在风干仓鼓风干燥，最终含水率可由其强度和时间来控制，可降至10%以下。以上两种热解工艺都是将蒸汽与污泥直接接触，使污泥加热。还有一种间接加热的热解工艺，包括储存和输送系统、干燥系统、热解系统、燃烧系统、能量回收系统和尾气净化系统。污水厂脱水污泥的含水率一般在80%左右，热解就是在无氧环境下将固态污泥裂解，生成气态和固态的产物。气态产物为热解气，是一种可燃气体。从热解设备(热解鼓)中生成的热解气含有一定的有害物质，可以进行燃烧利用能量，同时将有害物质转化为完全氧化的烟气。热解气也可净化，将干净的热解气供应给发动机或者燃气轮机。系统的无氧环境减少或阻止了多环芳香烃的生成。固态的产物是残渣，极易湿润，所以出渣装置需设置防堵塞措施。另外，残渣的化学性能稳定，可耐强酸腐蚀，污泥中的重金属被固化在其中很难再次析出。热解气经过旋风除尘器后和污泥储存仓的废气一同进入燃烧室燃烧，这样可以防止异味外泄。燃烧室产生的烟气优先用于热解鼓的加热，热解鼓出口烟气温度为600°C，这部分烟气再进入余热锅炉进行余热利用。当系统自身能量不能维持自身平衡时，燃烧室需外加燃料(天然气或油)作为补充，以达到维持系统能量平衡的目的。热解后的烟气进入余热锅炉，产生的蒸汽用于干燥污泥。对于不同的工艺条件，可以选择不同的能量回收方案。热解在常压下进行，但实际上为了避免异味泄漏，一般在热解鼓内维持一定的负压。单独依靠热解，难于实现污泥的稳定化、减量化、无害化和资源化的目标。为此，申请人提出了 “一种污泥热水解-干化一体化的新工艺”专利申请。目前国内外还缺乏结构简单、投资不高、工艺简便、效率高、成本低的热水解工艺和设备。
发明内容由申请人提出的“一种污泥热水解-干化一体化的新工艺”专利申请，提出了一种低干度、多次排、脱水法(Low dryness of wet stean, Multiple discharge steam,Dehydtation)简称L.M.D法的新工艺。使污泥在热水解的同时，通过多次排汽，可将含水率降低到需要的程度，由于排汽的干度很低，被脱的水份大部份不发生相变，能耗很低。本实用新型就是针对这一新工艺要求中的关键设备-热水解反应釜，提出了实施方案。它属于压力容器，是由壳体，壳外加热盘管，加热芯，导热油进出口管，上下封头，排汽管，进料管，安全阀、压力计、温度计接口，产成品卸料口和保温层所组成，其特征在于:所述加热芯是一台螺旋板式换热器，导热油走螺旋道，为双程，物料走平行轴线的直道，为单程，加热芯牢固在反应釜内，并尽量设置在热水解反应釜的下部，在釜底部设置有吹汽管(20)，吹入过热蒸汽，以预热加入的进料。有益效果本实用新型有益效果是:1.采用导热油走双程螺旋道，物料走平行轴线的单程直道的螺旋板式换热器，换热效率高，加热速度快，污泥受热均匀；2.污泥在静态受热，不磨损换热面，使用寿命长；3.热水解和干化一体化，不需另配锅炉，占地面积小，投资省，摆脱了污泥干化必需依附在发电厂内，热水解脱水装置可以直接建在污水处理厂内，可实现在污水处理厂就地干化处理，实现污泥“源头治污”，解决脱水污泥对外运输成本高、中途二次污染隐患及污泥处理选址难等问题；4.污泥中的水份绝大多数未发生相变就能脱除，无需另配机械脱水系统，能耗低，运行费用少；5.使城市污泥达到稳定化、减量化、无害化，为资源化利用开辟了广阔的应用前景。操作自由度大，产品的含水率可控范围广，可以根据产品的应用方向方便的调节。
以下结合附图和实施例，对本实用新型作进一步的描述。应说明，所述附图和实施例是用来说明本实用新型，并非用于限制本实用新型的范围。在阅读本发明后，如对本实用新型作各种改动或修改，都属于等价的改动或修改，同样包括于本申请所附权利要求书限定的范围内。
图1是热水解反应釜结构示意图，图2是图1A-A剖视图。图中:壳体(1)，壳外加热盘管(2)，加热芯导热油流道(3)，加热芯物料流道(4)，壳外导热油出口管(5)，支架(6)，壳体法兰(7)，上封头(8)，排汽管(9)，进料管(10)，安全阀接口(11)，压力计接口(12)，温度计接口(13)，加热芯导热油出口管(14)，中心管(15)，隔板(16)，下封头(17)，加热芯导热油进口管(18)，产成品卸料口(19)，吹汽管(20)，壳外导热油进口管(21)，加热芯物料流道定距条(22)，外集管(23)。所述热水解反应釜属于压力容器。是由壳体，壳外加热盘管，加热芯，导热油进出口管，上下封头，排汽管，进料管，安全阀、压力计、温度计接口，产成品卸料口和保温层所组成。
具体实施方式
所述加热芯是一台螺旋板式换热器，导热油走螺旋道，为双程，物料走平行轴线的直道，为单程，加热芯应牢固在反应釜内，并尽量设置在热水解反应釜的下部，将两块传热基板焊在中心管(15)上，架在专用卷床上，卷制成互不相通的两条螺旋道，即导热油流道
(3)和物料流道(4)，在加热芯的两端面，导热油流道(3)用封条封焊，而物料流道(4)则是敞口的，导热油流道宽5-8mm物料流道宽50-80mm，用定距条(22)定距，其中心距小于5mm，从导热油炉来的热导热油从加热芯导热油进口管(18)进入到加热芯中心管(15)的下半段，在中心管(15)的中间，设置有隔板(16)，于是导热油由中心沿螺旋道向外流动，到外集管(23)，折而向上，再沿螺旋道向内流动，到中心管(15)的上半段，最后由加热芯导热油出口管(14)送回导热油炉，由导热油炉来的热导热油，由壳外导热油进口管(21)，进入到壳外加热盘管(2)后，由壳外导热油出口管(5)送回导热油炉，在釜底部设置有吹汽管(20)，吹入过热蒸汽，以预热加入的进料。作业之前，关闭产品卸料口(19)的卸料阀，打开排汽管(9)的排汽阀、进料口(10)的进料阀，启动导热油循环，将含水率约80%的原料污泥从进料口(10)装满后，启功吹汽管(20)，吹入过热蒸汽，同时用导热油进行加热，原料污泥受热后发生液态化的同时，体积缩小到65%左右，反应釜的料面上形成一汽化空间，继续对物料加热到低于水的临界点的某一温度，(对应地有一饱和压力，该压力以下简称“排汽压力”)，停留一定时间后，打开排汽管(9)的排汽阀，将热水解釜中低干度(排汽的干度低于0.07)的汽-液混合物送往闪蒸罐中进行闪蒸，闪蒸罐中维持一个较低的闪蒸压力，及至热水解釜中的压力与闪蒸罐中压力平衡后，关闭热水解釜的排气阀完成了一次排汽。继续将热水解釜中的污泥加热到设定的排汽压力，停留一定时间后，打开排汽阀使水解釜中低干度的汽-液混合物送往闪蒸罐中进行闪蒸，及至热水解釜中的压力与闪蒸罐中的压力平衡后，关闭热水解釜的排气阀完成了第二次排汽。继续以上操作，可实现多次排汽，热水解产品的含水率随排汽次数的增加而减少，直至将污泥干燥到所需的含水率。由产品料阀卸外排。适宜的排汽压力和闪蒸压力与污泥的种类有关，对于宁波北仑岩东污水处理厂的污泥，适宜的排汽压力为4MPa，闪蒸压力为0.4MPa。实践证明，宁波北仑岩东污水处理厂的污泥，经过四次排汽，可获得含水率低于40 %的热水解产品。
权利要求1.一种低干度、多次排、脱水法(L.M.D法)专用热水解反应釜，属于压力容器，它是由壳体，壳外加热盘管，加热芯，导热油进出口管，上下封头，排汽管，进料管，安全阀、压力计、温度计接口，产成品卸料口和保温层所组成，其特征在于:所述加热芯是一台螺旋板式换热器，导热油走螺旋道，为双程，物料走平行轴线的直道，为单程，加热芯应牢固在反应釜内，并尽量设置在热水解反应釜的下部，将两块传热基板焊在中心管(15)上，架在专用卷床上，卷制成互不相通的两条螺旋道，即导热油流道(3)和物料流道(4)，在加热芯的两端面，导热油流道(3)用封条封焊，而物料流道(4)则是敞口的，导热油流道用定距条(22)定距，从导热油炉来的热导热油从加热芯导热油进口管(18)进入到加热芯中心管(15)的下半段，在中心管(15)的中间，设置有隔板(16)，于是导热油由中心沿螺旋道向外流动，到外集管(23)，折而向上，再沿螺旋道向内流动，到中心管(15)的上半段，最后由加热芯导热油出口管(14)送回导热油炉，由导热油炉来的热导热油，由壳外导热油进口管(21)，进入到壳外加热盘管(2)后，由壳外导热油出口管(5)送回导热油炉，在釜底部设置有吹汽管(20)，吹入过热蒸汽，以预热加入的进料。
2.根据权利要求1所述的一种低干度、多次排、脱水法(L.M.D法)专用热水解反应釜，其特征在于:所述加热芯中导热油流道宽5-8mm，物料流道宽50_80mm，导热油流道的定距条中心距小于5_。
专利摘要本实用新型涉及一种低干度、多次排、脱水法(L.M.D法)专用热水解反应釜。属于压力容器。是由壳体，壳外加热盘管，加热芯，导热油进出口管，上下封头，排汽管，进料管，安全阀、压力计、温度计接口，产成品卸料口和保温层所组成，其特征在于所述加热芯是一台螺旋板式换热器，导热油走螺旋道，为双程，物料走平行轴线的直道，为单程。有益效果换热效率高，加热速度快，污泥受热均匀；污泥在静态受热，不磨损换热面，使用寿命长；使热水解和干化一体化，不需另配锅炉，占地面积小，投资省，装置可以直接建在污水处理厂内，实现“源头治污”，解决湿污泥对外运输成本高、中途污染隐患及污泥处理选址难等问题；污泥中的水份绝大多数未发生相变就能脱除，无需另配机械脱水系统，能耗低，运行费用少；污泥为资源化开辟了广阔的应用前景。操作自由度大，产品的含水率可控范围广，可按产品应用方向调节。
文档编号C02F11/10GK202936293SQ20122037070
公开日2013年5月15日 申请日期2012年7月21日 优先权日2012年7月21日
发明者吴植仁, 周群龙 申请人:宁波互联聚能环保技术有限公司