一种生物质废物热融工艺系统的制作方法

本实用新型涉及生物质废物热预处理工艺领域，具体涉及一种生物质废物热融工艺系统。

背景技术：

生物质废物如污泥、农业废弃物、餐厨垃圾等都是日常生活生产中剩余的主要副产物，其产量大、有机质含量高，是一种潜在的能源资源，通常可采用厌氧消化、好氧堆肥、热解焚烧等技术进行资源化利用。但同时生物质废物的含水率高、固体有机质水解性弱，严重制约了其后续资源化利用的经济性和高效性，往往需要进行预处理。热水解或低温水热碳化是针对不同原料的不同目标采用的有效预处理方式，在一定压力和温度下将原料中的固体有机质转变成可溶组分，提高其可降解性，同时增强尤其是污泥组分的可脱水性，有利于后续处理处置。然而，目前该技术还存在着间歇式、效率低、能耗大等问题，因此，不少学者都对主体装置尝试了不同程度的改进。

中国专利cn207507438u在反应釜前后两端分别增加了可变压的进料系统和排料系统，使原料的升压和降压都在主反应釜外进行，确保反应釜能够保持连续工作状态。中国专利cn207525121u选择利用电厂的烟气、废水等余热(80-90℃)作为介质为热水解提供直接或间接热源，能将原料温度保持在60-70℃，完成低温热水解反应。中国专利cn207375933u在储泥罐提升泵和匀浆釜之间增加一热交换器，利用闪蒸后的污泥或蒸汽余热对原泥进行预热，缩短了加热时间并提高系统的热效率。中国专利cn207243702u则选择管式反应器对污泥进行热水解，同时辅以管式热交换器对热解泥浆余热进行回收利用，同步实现污泥的高效和连续热水解。

以上的申请或授权专利均存在以下问题：

(1)反应温度通常在70-170℃，效率低，部分生物质废物反应不完全，导致产物脱水性差或碳化产物品质低；

(2)常需电加热辅助供能，热交换器效率低，能源回收利用率不高。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对目前生物质废物热预处理工艺能耗高、效率低等现状，提供一种生物质废物热融工艺系统。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种生物质废物热融工艺系统，包括依次连通的预反应装置、高温高压反应装置及卸料装置，预反应装置、高温高压反应装置及卸料装置内部均设有温度传感器和压力传感器；

其中，预反应装置设有上部进料口、第一搅拌装置和排气口；高温高压反应装置设有第二搅拌装置、上蒸汽进气口和下蒸汽进气口；卸料装置设有底部卸料口和排气口。

作为本实用新型再进一步的方案：预反应装置、高温高压反应装置及卸料装置依次通过可开启式密封闸板相连通。

作为本实用新型再进一步的方案：预反应装置和卸料装置之间连有可控均压导气管，所述可控均压导气管将部分蒸汽回流至预反应装置，使原料升温发生预反应。

作为本实用新型再进一步的方案：预反应装置、高温高压反应装置及卸料装置容积比为1:1.5-3:1；上述高温高压反应装置倾斜角度为10°-40°。

作为本实用新型再进一步的方案：所述高温高压反应装置采用高温蒸汽作为热源，装置内压力为1.5-2.5mpa。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型的热融工艺系统中所有反应都无需额外的电加热辅助，仅利用高温蒸汽作为热源介质即可提供高温高压环境，同时预反应装置热源来至于卸料时的蒸汽回用，整个工艺系统能耗低，能源利用率高；

(2)在原料进入高温高压反应装置前，已预热并进行预反应。同时在原料反应完成后卸料再进料的一个周期中，高温高压反应装置在压力平衡作用下仅造成少量的压力和温度降低，此时只需通入少量蒸汽即可迅速进行下一轮反应，与传统的单一反应釜相比，节省了降温降压以及重新升温升压时间，大大缩短了反应时间和周期时间，提高了系统效率，同时也避免了能量的浪费。

(3)利用上述工艺系统，可以通过控制蒸汽量来决定反应压力和温度，在不同反应时间下，实现不同原料的预处理目标。如污泥的热水解用来增强其脱水性、生物质水热碳化制备固体燃料、餐厨垃圾水热处理提高其后续可生化处理降解能力等等，该工艺适用性广，针对性强。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、工艺方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图作进一步阐述。

如图1所示，一种生物质废物热融工艺系统，包括预反应装置1、高温高压反应装置2及卸料装置3；

其中，预反应装置1设有上部进料口11、第一搅拌装置12和排气口13；高温高压反应装置2设有第二搅拌装置21、上蒸汽进气口22和下蒸汽进气口23，下蒸汽进气口23直接半管进入原料底部，加强蒸汽与原料接触面积，强化原料的均匀混合以及蒸汽与原料间的热交换效率；卸料装置3设有底部卸料口及阀门31和排气口32。

预反应装置1、高温高压反应装置2及卸料装置3依次通过可开启式密封闸板4、5相连通，开启时依靠重力和压力差来实现进料和卸料，关闭时能隔绝气体流通，保证每个装置都具备独自的承压能力；预反应装置1和卸料装置3之间连有可控均压导气管6，利用部分蒸汽回流使原料预热并发生初步反应。

预反应装置1、高温高压反应装置2及卸料装置3容积比为1:1.5-3:1，高温高压反应装置2容积大于其它装置，能够减少进料和卸料时均压过程中蒸汽的溢出量，从而降低能量的损耗。高温高压反应装置2的倾斜角度为10°-40°，有利于提高蒸汽介质与原料的接触面积。

热融工艺系统中生物质废物可以为污泥、农业废弃物、餐厨垃圾的一种或几种。在不同工艺参数下，热融工艺能实现不同原料的热预处理目标，如污泥的热水解用来增强其脱水性、生物质水热碳化制备固体燃料、餐厨垃圾水热处理提高其后续可生化处理降解能力。同时，根据后续资源化处理的需求，部分热值高、卤素含量低、重金属含量低的其它一般固废粉碎后也可作为辅料添加在热融过程中，如纺料、纸张等，辅料掺比控制在5-15％。一方面有利于产物热值的提高，另一方面原料间的交互作用对热融反应会产生有利影响。对其它一般固废中卤素、重金属含量的限制也能降低后续处理处置过程中环境污染的风险。

高温高压反应装置2采用高温蒸汽作为热源，压力稳定在1.5-2.5mpa，反应时间为5-30min。由于无额外电辅热，反应温度完全由通入的高温蒸汽量控制，因此压力和温度为相互对应关系。在此压力条件下，反应温度对应为160-250℃。

应当指出，为本工艺领域专业人熟知的，研究表明污泥热水解最优温度为160-200℃，生物质水热处理温度为180-250℃，因此本实用新型中的热融工艺为热水解及水热处理技术反应原理的统称。此外，所有可控管路、进气和排气口、进料和排料口，都带有阀门控制；系统各装置都带有温度传感器和压力传感器(图中未示出)。所述温度传感器和压力传感器均可采用市场上已有的常规型号的传感器。

下面将举例说明本实施例提供的热融工艺系统一个周期的工作过程，包括从初始状态进入正常循环状态的流程：

(a)第一轮原料通过进料口11进入预反应装置1，打开可开启式密封闸板4，原料进入高温高压反应装置2，关闭闸板，此时三个装置各自独立密封。从上下蒸汽进气口22、23持续通入高温蒸汽至预定压力1.5-2.5mpa，此时温度经测定能达到160-250℃，稳定后根据不同生物质废物特性需反应5-30min。在高温高压反应装置2反应过程中，输入第二轮原料进入预反应装置1。

(b)第一轮原料热融反应完成后，打开可开启式密封闸板5，物料进入卸料装置3，关闭闸板。接着打开可开启式密封闸板4，第二轮原料进入高温高压反应装置2，关闭闸板。在卸料与新进料过程中，高温高压反应装置2内少量蒸汽会溢出至其它装置，此时打开上蒸汽进气口22和下蒸汽进气口23继续通入高温蒸汽至预定压力，进行第二轮反应。

(c)在进行第二轮反应同时，打开预反应装置1的排气口13进行泄气，完成后继续输入第三轮原料。然后打开预反应装置1和卸料装置3之间的可控均压导气管6，部分蒸汽通过压力回流至预反应装置1，关闭导气管6，打开排气管32，泄气完成后从卸料口31进行第一轮卸料。由于蒸汽回流，预反应装置内第三轮原料升温并进行初步反应。

(d)第二轮原料热融反应完成后，打开可开启式密封闸板5，物料进入卸料装置3，关闭闸板。接着打开可开启式密封闸板4，第三轮预反应后的物料进入高温高压反应装置2，关闭闸板，继续通入蒸汽进行第三轮反应。此时，预反应装置1输入第四轮原料，卸料装置3内的第二轮物料蒸汽进行回用。

重复上述操作，可实现周期连续过程。可见，生物质废物原来从第三轮开始，将经历完整的预反应-热融反应过程。

综上，在本实施例中，仅靠蒸汽即可提供反应热能，无需额外的电辅热。利用蒸汽回流为预反应提供热源，使得整个工艺系统能耗低，能源利用率高；由于预反应的发生，热融反应效率得到提高，同时通过减缓高温高压装置温度和压力得降低量，与传统的单一反应釜相比，节省了降温降压以及重新升温升压时间，大大缩短了反应时间和周期时间，提高了系统效率，同时也避免了能量的浪费。

以上所述的，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。