本发明涉及固体废弃物处理的技术领域，特别涉及一种市政或工业污泥的改性处理技术，尤其涉及一种两阶段的污泥水热反应装置。
背景技术
近年来城市化进程越来越快，城市生活污水的产生量和处理率也越来越高，尽管采取了各种方法，来削减城市污泥的产出，其总量还是以每年10％的速率递增。污水处理厂的污泥一般都是以“厌氧消化－加药脱水”，达到约80％的含水率，然后运输至卫生填埋场填埋。80％的污泥仍具有一定的流动性能，給填埋作业带来不便，而且存在二次污染的隐患。随着国家对于市政污泥最终处置管理的加强，城市污泥成了污水处理厂的亟待解决的问题。
水热处理技术能够使不溶性的污泥颗粒解体，细胞破裂，细胞有机质释放并进一步水解，提高污泥的生物沉降性和脱水性，同时改善污泥及其液相的生物降解性能。
水热技术在世界范围内已经有数十个市政污泥项目的工程案例。在国内，北京、淄博、长沙、邵阳、襄阳、无锡、合肥、镇江等地污泥处理工程中均采用“水热”技术；同时，由住建部发布的《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南》中明确阐明了“水热”技术原理的优势，可见，水热技术已经成为城市污泥处理领域的一种主流技术。
但纵观国内外各家从事水热技术的公司所采用的水热工艺系统，无论是连续工艺或序批工艺，水热反应器均集“加热”、“搅拌”、“反应(停留)”于一体，其水热反应器作为主要的反应设备，为了保证足够的反应温度、压力、时间、混合程度，大多体积庞大、结构复杂、造价高昂。因此该装置在处理效率、节能率以及对污泥处理的质量上还有待进一步提高。
技术实现要素：
本发明的目的是，提供一种两阶段污泥水热反应装置，将水热反应器的加热、搅拌功能和反应停留功能分离，并促使水热反应器的搅拌性能更好、更节能、处理效率更高。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种两阶段污泥水热反应装置，包括：从前至后依次串联的多个浆化反应器、一台水热停留反应器和从前至后依次串联的多个闪蒸反应器，所述水热停留反应器设于排列最后的所述浆化反应器和排列最前的所述闪蒸反应器之间，其中，在所述水热停留反应器和排列最后的所述浆化反应器之间还安装有至少一台水热升温反应器，各台所述水热升温反应器具有与其相连接的进气管、出气管、蒸汽管、进料管以及出料管，其中，所述进气管一端与水热停留反应器的排气口连接，所述蒸汽管与自蒸汽总管相连，所述出气管一端与排列最后的所述浆化反应器的排气口和进气口连接，所述进料管的一端连接排列最后的所述浆化反应器的出料口，所述出料管的一端连接水热停留反应器的进料口，在各个所述进气管、出气管、蒸汽管、进料管以及出料管所在的管道上还设有控制阀。
进一步地，所述水热升温反应器至少为两台，多台所述水热升温反应器以并联的方式连接排列最后的所述浆化反应器和水热停留反应器之间，并共用该排列最后的所述浆化反应器的进气口、排气口及出料口，以及共用该水热停留反应器的排气口和自蒸汽总管的排气口。
进一步地，多台所述水热升温反应器交替运行，按照设定的时序排布使得末级的浆化反应器的出料和水热停留反应器的进料连续进行。
进一步地，连接各台所述水热升温反应器的进料管和出料管为两条不同的管线，在所述两条管线上分别设置有进料阀和排料阀；所述水热升温反应器顶部主管线分支为两路支管线，在所述两条支管线所述进气阀和排气阀，所述进气阀和排气阀分别位于进气管和出气管上，在该进气管和出气管上还均分别设有至少一个程控阀。
进一步地，所述水热升温反应器、浆化反应器和水热停留反应器内还分别设有压力变送器、温度变送器和液位变送器，分别用于各反应器的压力、温度及液位监测。
进一步地，在连接水热升温反应器底部的该两路支管线上还均分别设置有止回阀，所述止回阀设于靠近末级的所述浆化反应器的一端及水热停留反应器的一端。
进一步地，在连接水热升温反应器进料管和出料管上还均分别设置有流量调节阀，用于控制水热升温反应器的进料流量和出料流量。
进一步地，各台所述水热升温反应器设于同一水平面上，且平行设置，各台所述水热升温反应器所在的水平面低于所述浆化反应器及水热停留反应器所在的水平面。
进一步地，所述水热升温反应器中还设有搅拌器。
与现有技术相比，本发明所述的两阶段污泥水热反应装置具有如下技术效果：
本发明把水热升温与停留这两个阶段在两种容器中完成，一方面，减小了疲劳容器的体积和容积(序批工艺中，水热反应器的工作方式为序批式的，一般按进料-加热-反应-排料-闲置的步骤运行，其压力、温度均为周期性变化)。而本发明中，仅水热升温反应器为疲劳容器，其容积远小于序批工艺中水热反应器的体积。另一方面，减小了水热反应器中搅拌器的尺寸和搅拌功率。本系统中，将水热反应器的“加热”功能转移至“水热升温反应器”内，大大缩小了搅拌器的尺寸、降低了搅拌器装机功率、提高了搅拌强度，也可以大幅度节约水热反应器的搅拌电耗。
附图说明
图1为本发明实施例一所述的两阶段污泥水热反应装置的结构示意图。
图2为本发明实施例二所述的两阶段污泥水热反应装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
本发明实质上是在“多级连续水热技术”和“一种高温高压物料定量输送装置”的基础上，将高温高压物料定量输送装置的功能扩展，使其兼具蒸汽加热的功能，从而简化了水热反应器的加热功能，使水热停留反应器只起到反应的功能，此举可以大幅度节约水热反应器的搅拌电耗。
本发明所公开的一种两阶段污泥水热反应装置，其包括：从前至后依次串联的多个浆化反应器、一台水热停留反应器和从前至后依次串联的多个闪蒸反应器，所述水热反应器设于排列最后的所述浆化反应器(或者称之为终极浆化反应器、末级浆化反应器)和排列最前的所述闪蒸反应器(或者称之为一级闪蒸反应器)之间，在所述水热反应器和排列最后的所述浆化反应器之间还安装有至少一台水热升温反应器，各台所述水热升温反应器具有与其相连接的进气管、出气管、蒸汽管、进料管以及出料管，在各个所述进气管、出气管、蒸汽管、进料管以及出料管所在的管道上还设有控制阀门。其中，各台所述水热升温反应器设于同一水平面上，且平行设置，各台所述水热升温反应器所在的水平面低于末级的浆化反应器和水热停留反应器的水平面。所述水热升温反应器中还设有搅拌器。所述浆化反应器和水热停留反应器上还均分别连接有压力变送器、温度变送器和液位变送器，分别用于水热升温反应器的压力、温度及液位监测。多台所述水热升温反应器交替运行，按照设定的时序排布使得末级的浆化反应器的出料和水热停留反应器的进料连续进行。
本发明所公开的一种两阶段污泥水热反应装置，包括浆化反应器、水热停留反应器和水热升温反应器，水热升温反应器将原始的水热反应器的加热和反应分为两个阶段。水热升温反应器可以是1～n个，每一个水热升温反应器都是间隔运行，水热停留反应器是1个，根据水热升温反应器个数不同，维持间歇进料，连续出料。水热升温反应器带有搅拌器、温度、压力、液位监测装置，以控制水热升温反应器的工作状况。水热升温反应器设有蒸汽进气管道，用来直接混合加热污泥。水热升温反应器还设有排气管道，在水热升温反应器不凝气增加的时候可以打开，排向浆化反应器，同时回收废蒸汽热量。
浆化反应器向水热升温反应器供料，可以采用泵送，或者采用液位差输送的方式，如采用液位差输送的方式，各台所述水热升温反应器设于同一水平面上，且平行设置，各台所述水热升温反应器的水平面高度低于浆化反应器所在的水平面高度，并且通过水热升温反应器的排气管道打开，与浆化反应器联通以平均气相压力。水热停留反应器有排气管道，在水热停留反应器不凝气增加的时候可以打开，排向浆化反应器，同时回收废蒸汽热量。
实施例一
如图1所示，在本发明一个优选的实施例中，所述两阶段污泥水热反应装置的水热升温反应器设有两台，且并联设置，当然，本领域技术人员应当理解的是，该水热升温反应器可以为3台或更多台，其中，以2台或3台最佳，多台之间可以共用进料、出料口或其它相关部件，多台有利于实现前后容器的稳定进出料和气源的连续使用，减少系统的波动。具体来说，该装置包括：排列最后的所述浆化反应器a与水热升温反应器c和水热升温反应器d水平设置，水热升温反应器c与水热升温反应器d平行设置，自动切换交替使用，使得浆化反应器a的出料和水热停留反应器b的进料能够得以连续进行。所述水热升温反应器(c，d)底部主管线分支为两路支管线，或者可以将进料管和出料管设置为两条单独的管路，无公共部分，在所述两条支管线上分别设置进料阀(1、3)和出料阀(2、4)，进料阀(1、3)通过管线与排列最后的所述浆化反应器a的出料口连接，之间并设置止回阀16，防止水热升温反应器(c、d)在高压力工况下，蒸汽或污泥倒流至浆化反应器a中；出料阀(2、4)通过管线与水热停留反应器b的进料口连接，之间并设置止回阀17，防止水热停留反应器b的蒸汽或污泥倒流在水热升温反应器(c、d)为低压工况下至水热升温反应器(c、d)中。所述水热升温反应器(c、d)顶部主管线分支为两路支管线，在所述两条支管线上分别设置进气阀(6、8)和排气阀(5、7)，进气阀(6、8)通过程控阀11与水热停留反应器b顶部管口连接，所述水热升温反应器(c、d)还通过所述蒸汽管连接自蒸汽总管(或者称之为原料蒸汽总管)的蒸汽管道，用于通过蒸汽管给水热升温反应器提供高温蒸汽，在两个蒸汽管上分别设置有控制阀(25/26)。水热升温反应器顶部的排气阀(5、7)通过另两台程控阀(9、10)分别与排列最后的所述浆化反应器a的进气口及排气口连接，所述水热停留反应器的进料口设于底部，出料口设于顶部或者中上部。通过上述这样的设置，能够可靠的输送沸点温度以上流体，水热升温反应器(c、d)进料时，水热升温反应器(c、d)与排列最后的所述浆化反应器a二者压力相等，进料过程仅为重力自流，不存在闪蒸现象，因而无降温降压，输送过程无能量的损失。此外，用于输送的压力源首先来自于水热停留反应器b顶部，如工艺中是需要外排的，此处作为水热升温反应器(c、d)的预升压，相当于废气再利用，减少了气源的消耗。同时，水热升温反应器(c、d)进料前所排放的蒸汽，先进入至排列最后的所述浆化反应器a的液相，使其被低压物料充分吸收，再切换至气相进行均压。上述2种方式，都最大限度的降低了系统的能耗。
以单独的水热升温反应器c为例，浆化反应器a从底部出料，出料口管线设置止回阀16和调节阀13，顶部排气口管线设置程控阀9，水热反应器b的进料管线上设置调节阀14和止回阀17，顶部排气口管线设置程控阀11，浆化反应器a下部进气口管线设置止回阀15和程控阀10，自蒸汽总管的管线上设置程控阀12，水热升温反应器c顶部的进气管线、排气管线上分别设置排气阀5和进气阀6，水热升温反应器c的上部开设有进料口，连接进料管，水热升温反应器c底部，开设有出料口，连接出料管线，进料管和出料管上分别设置进料阀1和出料阀2，调节阀(13，14)则用于控制物料的输送量，调节水热升温反应器进泥和出泥流量，调整时序时长用。水热升温反应器c还连接有液位变送器和温度变送器，分别用于监控水热升温反应器c内部的液位大小和温度大小。可选地，还可以设置连接可编程逻辑控制器，以对液位变送器和温度变送器的相关参数进行动态设置。
水热升温反应器d与水热升温反应器c的设置原理基本相同，在此不作赘述。
本发明所公开的一种两阶段污泥水热反应装置具有如下特点：
1、采用本发明的装置处理污泥的工艺过程整体上为连续式，仅“原料蒸汽加热、高温物料输送”采用间歇操作。
2、把水热升温与停留这两个阶段在两种容器中完成，可以产生以下优势：
优势一：减小了疲劳容器的体积和容积(序批工艺中，水热反应器的工作方式为序批式的，一般按进料-加热-反应-排料-闲置的步骤运行，其压力、温度均为周期性变化)。本发明中，仅水热升温反应器为疲劳容器，其容积远小于序批工艺中水热反应器的体积。
优势二：减小了水热反应器搅拌器的尺寸和搅拌功率。在原工艺系统中，无论是连续工艺或序批工艺，水热反应器均集“加热”、“反应(停留)”于一体，因此，水热反应器的搅拌器尺寸大，装机功率大，搅拌强度不高。本系统中，将水热反应器的“加热”功能转移至“水热升温反应器”内，大大缩小了搅拌器的尺寸、降低了搅拌器装机功率、提高了搅拌强度。
3、水热停留反应器采用底部进料、上部出料的方式，具有以下优势：
优势一：可以使物料在反应器内具有充足的停留时间；
优势二：部分未吸收蒸汽进入到水热反应器内后，可被进一步吸收，更节能；
优势三：下部进料的方式可造成罐体底部物料的扰动，防止泥浆中重质颗粒的沉积。
本发明所述的反应装置工作原理如下：
首先，物料在排列最后的所述浆化反应器a内进行最后一次充分的预热。
通过排列最后的所述浆化反应器a与水热升温反应器(c、d)间存在的压差(液位差或者重力自留)，物料自流至水热升温反应器中。水热停留反应器b顶部排气进入水热升温反应器(c、d)预升压，使水热升温反应器(c、d)与水热停留反应器b之间压差为零。更高压力的原料蒸汽进入水热升温反应器(c、d)，在搅拌器的作用下，水热升温反应器(c、d)内的泥浆和蒸汽实现了快速混合吸收的目的，加热至所需要的反应温度；与此同时，通过压力差将加热后的物料(主要为污泥)输送至水热停留反应器b。
进一步地，将余压泄放到终级浆化反应器a进气口，对a内物料有混合预加热的作用，节能降耗。
与现有技术相比，本发明还可以获得以下有益效果：
本发明以蒸汽、可压缩气体输送的方式取代了传统的机械增压输送，避免了机械泵增压部件磨损，整个输送过程无跑冒滴漏现象，设备设计制造难度低，成本低廉且使用可靠。
如输送压力源使用蒸汽和乏汽时，输送泵兼具混合预热物料的能力。
用于输送的压力源首先来自于水热停留反应器b顶部，如工艺中是需要外排的，此处作为水热升温反应器的预升压，相当于废气再利用，减少了气源的消耗。
实施例二
如图2所示，本实施例中，所述水热升温反应器设置有三台(c/d/e)，并联设置，三台加热输送之间的连接关系，以及它们与末级的浆化反应器和水热停留反应器之间的连接关系，与实施例一中两台的连接关系基本一致，在此不作赘述。
与实施例一不同的是，本实施例中，针对每一台水热升温反应器(c/d/e)不仅设置了温度和液位监控，还设置了压力监控，安装了压力变送器，此外，针对浆化反应器a和水热停留反应器b也均设置了温度tt、液位lt和压力pt三类变送器进行监控，其中，水热升温反应器(c/d/e)向水热停留反应器b压送时，需要控制水热升温反应器压力大于水热反应器停留器的压力，通过设置的压力变送器能够很清楚的了解各自的压力大小。此外，本实施中，连接各台水热升温反应器的进料管道和出料管道为两条独立的管道，无公共部分，如此可实现a的出料和b的进料连续进行，其中，进料管道的进料口设置在各台水热升温反应器的中上部，出料口设置在各台水热升温反应器的底部。本实施例中，蒸汽总管与其它自相总管区分开，为单独的管道，图中，kv105a、kv105b、kv105c为通往各水热升温反应器的管道的阀门，其中，蒸汽从各水热升温反应器的侧面底部通入，以便对反应器内的物料进行充分混合。
本实施例中，止回阀zh01-防止水热升温反应器在高压力工况下，蒸汽或污泥倒流至a浆化反应器，止回阀zh02-防止b水热停留反应器的蒸汽或污泥倒流至水热升温反应器(水热升温反应器低压工况下)，止回阀zh03-防止a浆化反应器的污泥倒流至进汽管道内；调节阀fv101、fv102分别是调节水热升温反应器进泥和出泥流量，调整时序时长用。
本实施例的工作流程如下：
第一步：a浆化反应器的物料自流至水热升温反应器c/d/e(kv101、kv103、kv108开)；
第二步：水热升温反应器c/d/e通原料蒸汽加热至反应所需的温度(kv105开)；
第三步：将水热升温反应器c/d/e的污泥，压送至b水热停留反应器(kv102、kv106、kv104开)；
第四步：将水热升温反应器c/d/e的高压蒸汽，排至前段a浆化反应器，回收利用。(kv103、kv109开)；
上述3个水热升温反应器交替运行，按照一定的时序排布方式，使得浆化反应器a的出料和水热停留反应器b的进料连续进行，提高工作效率。
本发明把水热升温与停留这两个阶段在两种容器中完成，一方面，减小了疲劳容器的体积和容积(序批工艺中，水热反应器的工作方式为序批式的，一般按进料-加热-反应-排料-闲置的步骤运行，其压力、温度均为周期性变化)。而本发明中，仅水热升温反应器为疲劳容器，其容积远小于序批工艺中水热反应器的体积。另一方面，减小了水热反应器搅拌器的尺寸和搅拌功率。本系统中，将水热反应器的“加热”功能转移至“水热升温反应器”内，大大缩小了搅拌器的尺寸、降低了搅拌器装机功率、提高了搅拌强度，也可以大幅度节约水热反应器的搅拌电耗。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。