一种污泥热解制油及其与煤粉掺烧联合处理装置的制作方法

本实用新型属于环境保护领域，具体涉及一种污泥热解制油及其与煤粉掺烧联合处理装置。

背景技术：

目前认为处理污泥最好的技术就是将污泥进行焚烧处理，cn103256608a、cn105841167b及cn206958933u都介绍了一种污泥直接焚烧的方法或系统。虽然污泥直接焚烧可以最大化程度减少污泥的体积，并且在焚烧过程中可以完全消灭污泥中的病原体，彻底解决污泥恶臭问题。但是在实际处理过程中污泥焚烧本身产生的热量并不能维持燃烧，需要额外提供能量进行辅助燃烧。并且在焚烧过程中需要提供单独的尾气处理装置，增加处理成本。所以为了提高处理效率同时减少运行成本，在热电厂燃煤中掺杂一定量的污泥在保证燃烧效率的前提下来实现污泥的焚烧处理。cn203963955u、cn206600823u等都介绍了一种利用燃煤电厂将污泥与煤粉进行掺烧处理，同时利用锅炉余热对污泥进行干化的处理技术。在该技术中添加一定比例的干化污泥，不会对煤燃烧过程产生影响，并且不需要额外增加尾气处理装置。但是在该技术中，由于污泥焚烧会产生大量的重金属，对设备产生腐蚀作用，减少设备的使用寿命。相比于污泥焚烧技术，污泥热解技术通过在无氧高温的条件下将污泥中有机物分解，分解产物一部分可用作燃料，另一部分用作水处理吸附剂、土壤改良剂等产品。该技术可以很好地将污泥中的重金属固定在残渣中，达到稳定化。但是该技术不适合单独使用，原因是由于热解制备出的油中成分较为复杂，需要进一步处理后才能商业化。

技术实现要素：

本实用新型克服了现有技术的不足，提供了一种新的污泥处理装置，使污泥处理与煤粉掺烧联合，达到污泥无害化、减量化、资源化和能源化处理。

为解决上述技术问题，一种污泥热解制油及其与煤粉掺烧联合处理装置，设有螺旋热解反应器，所述螺旋热解反应器旋转加热污泥并充分热解污泥，生成水蒸气和固液混合物；所述螺旋热解反应器连接一冷凝器，所述冷凝器冷却水蒸气，生成冷凝水和不可凝气体；所述螺旋热解反应器还连接一离心分离装置，分解固液混合物，生成油水混合物和热解残炭；所述离心分离装置连接一分液器，分液器中通入萃取剂分离油水混合物，分离出废水并排出，分离出热解油与萃取剂混合物；分液器连接旋转蒸发器，分离热解油与萃取剂混合物，分离出萃取剂和热解油；所述旋转蒸发器连接一燃煤锅炉，热解油通入燃煤锅炉与煤混合掺烧。

作为优选，所述螺旋热解反应器连接燃煤锅炉，并通入燃煤锅炉锅炉余热对污泥进行旋转加热实现热解；

或，所述螺旋热解反应1还配设一辅助加热器，填补锅炉余热热量的不足。

作为优选，所述不可凝气体包括二氧化碳和烃类。

作为优选，所述不可凝气体与燃煤锅炉一次风混合，送入燃煤锅炉进行燃烧。

作为优选，冷凝器冷凝形成的冷凝水与油水混合物一同送入分液器进行分离；

或，所述分液器分离出的废水送回污水处理厂处理。

作为优选，所述旋转蒸发器一端连通分液器，并将分离出的萃取剂通入分液器，实现萃取剂循环使用。

作为优选，所述螺旋热解反应器旋转加热的污泥，含水率小于85％。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

一，本实用新型是利用燃煤电厂锅炉的余热对污泥进行热解，热解产物为热解油、不凝气体以及残碳，然后将热解产物中的热解油和不凝气体与煤粉直接用于锅炉燃烧。一方面节约煤的使用量，另一方面可以将污泥中的重金属固定在残渣中，对污泥进行有效的无害化处理和资源化与能源化利用；

二，相比于污泥与煤粉直接掺烧，该工艺中可以有效地减少重金属在焚烧过程中带来的危害，可以将重金属有效地固化在残渣中；

三，通过热解油与煤掺烧不会影响煤的燃烧效率，而且在相同发热量下可以降低煤的用量，节省了煤的使用量；

同时，解决了污泥与煤粉直接掺烧需要控制一定的掺烧比，处理效率较低的问题，以及对污泥的含水率要求较高的问题，扩大了与煤粉掺烧的可处理的污泥数量和范围；

四，污泥中成分较为复杂，制备出的热解油成分也非常复杂，如果要将其商品化需要复杂的提纯工艺，本装置和工艺通过与煤直接掺烧，解决了其复杂的后续处理工艺，同时也可以将热解油的能源利用率达到最大化；

五，污泥通过热解后的产物其脱水性能得到明显提高，经过简单的机械脱水后即可得到固态残渣；

六，在该过程中产生的热解残炭等残渣可以进行土地利用和制备建筑材料，使污泥达到资源化利用。

附图说明

图1为本实施例的结构示意图；

图中的附图标记为：螺旋热解反应器1；冷凝器2；离心分离装置3；分液器4；旋转蒸发器5；燃煤锅炉6；辅助燃烧器7；污泥a；热解产生的蒸汽b；固液混合物c；冷凝水d；油水混合物e；不可凝气体f；萃取剂g；废水h；热解油与萃取剂混合物i；热解油j；一次风k；煤粉m；锅炉余热n；热解残炭p；天然气r；压缩空气s。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步阐述：

如图1所示，本实用新型的一种污泥热解制油及其与煤粉掺烧联合处理装置，包括六个部分，分别是螺旋热解反应器、冷凝器、离心分离器、分液器、旋转蒸发器和燃煤锅炉。

其中，所述螺旋热解反应器1旋转加热污泥并充分热解污泥，生成水蒸气b和固液混合物c；所述螺旋热解反应器1连接一冷凝器2，所述冷凝器2冷却水蒸气b，生成冷凝水d和不可凝气体f；所述螺旋热解反应器1还连接一离心分离装置3，分解固液混合物c，生成油水混合物e和热解残炭p；所述离心分离装置3连接一分液器4，分液器4中通入萃取剂g分离油水混合物e，分离出废水h并排出，分离出混合成热解油与萃取剂混合物i；分液器4连接旋转蒸发器5，分离热解油与萃取剂混合物i，分离出萃取剂g和热解油j；所述旋转蒸发器5连接一燃煤锅炉6，热解油j通入燃煤锅炉6与煤混合掺烧。

本装置中，通过热解后，破坏了污泥胶体结构，从而提高污泥的脱水性能，经过简单的机械脱水后即可得到固态残炭等残渣，并可以将重金属有效地固化在残渣中，降低污泥与煤粉直接掺烧产生的重金属污染。

本装置中，通过对污泥热解产生热解油，并利用将热解油与煤进行掺烧，不会影响煤的燃烧效率，而且在相同发热量下可以降低煤的用量，节省了煤的使用量。

同时，解决了污泥与煤粉直接掺烧需要控制一定的掺烧比，对污泥的处理效率较低，直接对污泥进行热解制油，后与煤粉进行掺烧，有效提高了污泥单独处理的能力；同时，以及解决了污泥直接掺烧的含水率要求较高的问题，污泥热解制油，所述螺旋热解反应器1旋转加热的污泥，含水率在百分之八十五以下的可用于热解制油，扩大了与煤粉掺烧的可处理的污泥数量和含水率范围。

所述螺旋热解反应器1连接燃煤锅炉6，并通入燃煤锅炉6锅炉余热对污泥进行旋转加热实现热解；所述螺旋热解反应器1还配设一辅助加热器7，填补锅炉余热热量的不足。所述不可凝气体包括二氧化碳和烃类，所述不可凝气体与燃煤锅炉的锅炉一次风k混合，送入燃煤锅炉6进行燃烧。

本实用新型是利用电厂燃煤锅炉的余热对污泥进行热解，热解产物为热解油、不凝气体以及残碳，然后将热解产物中的热解油和不凝气体与煤粉直接用于锅炉燃烧，实现了热能的循环利用，降低了能耗。

冷凝器2冷凝形成的冷凝水d与油水混合物一同送入分液器4进行分离；所述分液器4分离出的废水送回污水处理厂处理。

所述旋转蒸发器5一端连通分液器4，并将分离出的萃取剂g通入分液器4，实现萃取剂循环使用。

本装置，对污泥进行热解制油中，对其所产生的废水、热解残炭、不可凝气体和热解油，产生的热解残炭可以作为建筑材料使用，废水进入污水处理厂进行污水处理，不可凝气体和热解油送入燃煤锅炉进行燃烧，实现了对污泥处理过程中生成的各产物进行处理，并对其处理产生的各种产物进行的分类资源利用，有效提高了污泥的处理效率和资源化利用效率，减少了污泥处理中重金属对环境的污染，在相同发热量下，节约煤粉使用量，达到了联合处理的有益效果。

本实用新型中，螺旋热解反应器1：在该装置中将锅炉余热作为热源，并在反应器上安装天然气燃烧装置作为辅热装置，保证反应器热解温度恒定。在该反应器中，污泥经左端进入，通过叶片旋转将污泥移至右端，在此过程中污泥中的有机物热解生成热解油、不可凝气体和残炭。其中控制热解温度在240-600℃，污泥在反应器中的停留时间控制在30-120min。

冷凝器2：热解产生的蒸汽经冷凝器进行冷却，冷却后产生的油水混合物送至分液器，冷凝后的气体则为不可凝气体，送至锅炉进行燃烧处理。

离心分离器3：热解后的固液混合物在此装置中进行分离，分离出的油水混合物送至分液器，剩余的固体残渣经收集后集中处理。

分液器4：冷凝器与离心分离器产生的油水混合物在分液器中进行萃取处理，萃取后的油和萃取剂的混合物送至旋转蒸发器中，萃取产生的废水经收集后送回至污水处理厂。

旋转蒸发器5：对热解油与萃取剂的混合物进行旋转蒸发，在此过程中可以将热解油与萃取剂进行分离，分离出的萃取剂重新加入到分液器中循环使用。热解油与锅炉一次风混合后送入炉膛进行燃烧。

燃煤锅炉6：将来自冷凝器的不可凝气体、旋转蒸发器的热解油和煤粉分别于一次风进行混合后送入到炉膛内进行燃烧。利用锅炉尾气余热对热解反应器提供热量。

辅助燃烧器7：当反应器温度低于设定值时，通过燃烧天然气r配合送入压缩空气s燃烧，对螺旋热解反应器1进行加热，保持热解温度恒定。

本实用新型的污泥热解制油与煤粉掺烧工艺，包括如下步骤：

步骤一，对污泥进行旋转加热，热解产生水蒸气b和固液混合物c；

步骤二，固液混合物c离心分离出热解残炭p和油水混合物e；

步骤三，分离出的油水混合物e，通过萃取剂进行萃取分离，产成废水h和热解油与萃取剂混合物i；

步骤四，分离出的热解油与萃取剂混合物i经过旋转蒸发器分离出热解油j和萃取剂g，

步骤五，分离出的热解油j送入燃煤锅炉与煤粉实现掺烧。

所述步骤一中旋转加热所需的热能为燃煤锅炉的锅炉余热；

或，步骤一热解产生的水蒸气b冷凝后产生冷凝水d，冷凝水d与油水混合物e一起萃取分离，生成废水排出；

或，步骤一热解产生的水蒸气b冷凝后产生的不可凝气体f送入燃煤锅炉燃烧。

所述步骤四中产生的萃取剂g循环利用，在步骤三中用作萃取分离的萃取剂。

本实用新型装置的具体流程是1、将含水率小于85％的污泥直接放入到螺旋热解反应器中，螺旋热解反应器的螺旋叶片通过转动将污泥由一端旋转至另一端，在此过程中，污泥通过旋转加热，可以使其充分热解。污泥热解所需的热源主要由锅炉余热提供，并且通过增加辅助燃烧装置，在反应器热解温度低于设定值时，启动辅助燃烧设备，保证热解温度恒定。2、污泥热解过程中产生的水蒸气通入到冷凝塔中进行冷却，冷却水通入到分液器中进行萃取处理。剩余的不可凝气体则与锅炉一次风混合后送入锅炉进行燃烧，其中，不可凝气体的主要成分为co2和烃类。3、污泥热解后的固液混合物首先经过离心分离装置进行固液分离，分离出的固体可用于建筑材料或者用于土地改良。分离出的液体为油水混合物，将油水混合物通入至分液器中，利用萃取剂对混合物中的热解油进行萃取分离。4、萃取后产生的废水送回至污水处理厂，将含有热解油的萃取剂通入至旋转蒸发器中，对萃取剂与热解油进行分离。分离出来的萃取剂返回至分液器中循环使用，分离出的热解油，其中，热解油的主要成分为烃类、酚类、醇类和脂类，热解油与锅炉一次风混合后送进炉膛进行焚烧。

实施例1

将含水率为80-85％左右的污泥通过管路连接加入到热解装置中进行热解，控制热解温度为360℃，污泥进料量控制在每小时2.5t，测试在不同停留时间(30min、45min、60min、75min、90min、120min)下热解油的产率和热值。

实验结果表明当停留时间为45min时，油产率达到最高为43.82wt％(w产＝my/mg,其中my为油的产量，mg为干污泥质量)。当停留时间继续增加后，产油率没有继续增加。说明热解过程较快，并且在45min就可以完成热解反应。

实施例2

将含水率为80-85％左右的污泥直接加入到热解装置中进行热解，控制热解时间为45min。测试在不同温度下(240℃、360℃、480℃、600℃)热解油的产率。

实验结果表明当热解温度在480℃时，产油率可以达到最高为45.37wt％，在低温段时污泥中的有机物不能够完全热解，在高温段时出现气化现象。

对产生的热解油进行热值分析，80％含水率污泥在480℃下热解，产生的热解油热值在6823-7352kcal/kg之间。

实施例3

对产生的热解残渣进行毒性浸出分析(tclp)，其中cr、cu、zn、cd、pb的浸出浓度分别为0.75±0.33、4.21±0.54、3.17±0.88、0.23±0.06、1.56±0.03mg/kg，均低于允许限值。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的具体实施方式。显然，本实用新型不限于以上实施方式，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。