本發(fā)明涉及固體廢棄物處理領域，尤其涉及一種污泥還原氣化制生物炭的廢氣及余熱回收工藝。
背景技術：
隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人類生態(tài)環(huán)境的保護和綠色循環(huán)經(jīng)濟的提倡，城鎮(zhèn)污水處理事業(yè)不斷發(fā)展，污水廠總處理水量和處理程度將不斷擴大和提高，產(chǎn)生的污泥量也日益增加。比如浙江省，2014年以來，浙江啟動農村生活污水治理工程，今年2016年是農村生活污水治理三年工作計劃的收官之年。截止目前，建立污水處理終端10萬個，鋪設管道近3萬公里，總長度可繞赤道大半圈；治理村莊兩萬多個，受益農戶450萬戶，全省覆蓋率達八成，原本“污水靠蒸發(fā)，垃圾隨風刮”的鄉(xiāng)村，大多告別了污水直排歷史，居民環(huán)保意識逐漸加強，產(chǎn)生的污泥量勢必會進一步增加。
當前國內針對污泥的處理處置方法主要有填埋、焚燒、土地利用、厭氧消化、加熱干化和加堿穩(wěn)定。污泥填埋占用大量土地，產(chǎn)生的滲漏液和氣體會嚴重污染地下水和大氣。土地利用時由于污泥中含有病原菌、寄生蟲卵、重金屬和多種難降解有機化合物，進入農田作為農作物的肥料，通過食物鏈將會危害人體健康和動植物生長。焚燒是實現(xiàn)污泥無害化、減量化、穩(wěn)定化最為徹底的方法，在污泥處理處置中所占的比例逐年提高，已成為發(fā)達國家采用的主要技術，但其技術和裝備投資大，運行成本高，高溫煙氣熱利用率不高，國內污泥焚燒也有逐年增加的趨勢，但尾氣處理及工藝還有完善和解決，居民投訴較多，導致進展緩慢。最近幾年出現(xiàn)的一些資源化技術也因處理成本過高，且有些技術尚處在實驗室研究階段，實際生產(chǎn)中難以大規(guī)模推廣應用。
生物炭是指將生物質材料在缺氧或限氧條件下熱解，去除生物質中的油和氣后剩下的固體物質，其具有難熔、穩(wěn)定、高度芳香化、富含碳元素等特性，通常被認為是黑炭的一種。相關研究表明，生物炭具有巨大的表面積和內部空隙，具有負電荷多、離子交換能力強、吸附性能優(yōu)異等特點，已廣泛用于環(huán)境、農業(yè)領域。生物碳可以長期穩(wěn)定地存在于自然界中，具有持久性的肥田沃土，促進土壤中微生物繁殖，促進植物生長，對二氧化碳吸收，使空氣中二氧化碳減少的功能；生物碳富含微孔，不但可以補充土壤的有機物含量，還可以改善土壤的透氣性和排水性，蓄留植物根部所需水分，有效地保存水分和養(yǎng)料，提高土壤肥力；生物碳在農業(yè)領域所具有的獨特性能，使其在中國實施“沃土工程”過程中，起到重要的、不可替代的作用。正因為生物炭有如此多的優(yōu)勢，眼下固體廢棄物制生物炭的工藝及其裝置正在全國范圍內興起，但能夠工業(yè)化應有的，大規(guī)模生產(chǎn)的未見報道，基本停留在實驗室及中試階段。
公開號為CN102443404A的中國專利公開了一種制造生物炭的裝置：預熱室位于熱煙氣室內，預熱室兩端分別連接出料滾筒和進料滾筒；出料滾筒的另一端連接一中間料倉，中間料倉的下部連接一進料室；進料滾筒的另一端連接一氣體收集室；氣體收集室的混合氣出口與噴淋洗滌冷卻塔的進氣口連接；干餾室位于燃燒室內，干餾室兩端分別連接前滾筒和后滾筒；前滾筒的另一端與進料室連接，后滾筒的另一端與出料室連接，出料室下方連接冷卻室，出料室的混合氣出口與噴淋洗滌冷卻塔的進氣口連接；燃燒室內位與干餾室的下部安裝有外來燃料燃燒器和不凝可燃氣燃燒器；燃燒室頂部與熱煙氣室底部之間設有熱煙氣管道。本發(fā)明提供的制造生物碳的裝置，可以無污染、低成本、工業(yè)化地制造生物碳。該設備應該說比較好，但處理量小，而且是間歇式反應，無法連續(xù)化大生產(chǎn)是其弊端。
公開號為CN105601075A的中國專利公開了一種污泥熱解碳化處理的工藝方法及其裝置：污泥經(jīng)壓榨機壓榨、粉碎機粉碎、混合攪拌機混拌、內加熱回轉窯烘干機內烘干后送入儲料倉內后送入熱解碳化爐內；污泥在熱解碳化爐內發(fā)生熱解碳化，產(chǎn)物固態(tài)碳的混合物輸出系統(tǒng)外，產(chǎn)物水蒸氣、熱解氣進入分離提純塔中進行分離、提純；提純后的可燃氣送入燃燒器中燃燒為內加熱回轉窯烘干機輸送熱源，提純分離出的重組分送到混合攪拌機與污泥混拌進行二次熱解；加熱爐產(chǎn)生的煙氣排出至熱風爐內進行二次燒蝕；整個裝置產(chǎn)生的尾氣經(jīng)內加熱回轉窯烘干機的出口I排出，經(jīng)過處理后達標排放。此套設備較完整，但最大問題也是間歇式生產(chǎn)，無法自動排生物炭，人工冷卻排炭需要較長周期，而且高溫生物炭遇空氣會自燃、人為燒傷等問題。
技術實現(xiàn)要素：
為減少越來越多的污泥無法處置，使污泥能更好的資源化，減量化，無害化和穩(wěn)定化利用，本發(fā)明提供了一種污泥還原氣化制生物炭的廢氣及余熱回收工藝，通過將有機固體廢棄物在缺氧或限氧條件下熱解，去除有機固廢中的油和氣后剩下的固體物質，其具有難熔、穩(wěn)定、高度芳香化、富含碳元素等特性，通常被認為是黑炭的一種，使一種很好的土壤改良劑。
本發(fā)明的具體技術方案如下：
一種污泥還原氣化制生物炭的廢氣及余熱回收工藝，包括以下步驟：
1)將脫水污泥送入污泥中間罐儲存；
2)將中間罐中的污泥通過進料裝置送入氣化裝置進行熱解氣化反應，得到高溫混合氣和高溫生物炭；
3)將步驟2)中的高溫混合氣進行過濾、噴淋冷卻和洗滌冷卻處理，得到油水混合物和富氣；
4)將步驟3)中的油水混合物通過泵送入自動過濾器和油水分離器，得到灰漿、生物油和水，并將灰漿再次送入氣化裝置進行熱解氣化反應；
5)將步驟2)的富氣凈化處理后送入為氣化裝置供熱的富氣燃燒裝置，并回收氣化裝置產(chǎn)生的尾氣作為富氣燃燒裝置的熱助燃風；
6)將步驟4)的生物油輸入燃油燃燒裝置，為所述的氣化裝置輔助供熱。
作為優(yōu)選的，所述脫水污泥的含水率≤35wt％。污泥含水率越低對于氣化裝置所需的熱量就越少，產(chǎn)生的水蒸汽也相對較少，對后續(xù)的過濾器和廢水都降低壓力，更好的節(jié)省成本。
所述進料裝置為密封式連續(xù)進料，可為螺旋輸送，也可為液壓頂缸式進料。進一步的，污泥可用螺旋輸送，其中有軸螺旋為最佳，但密封性沒有液壓頂缸式進料較好；這個可通過其他方式的密封解決，比如通過兩道螺旋漸進式密封來完成此次操作。如果物料為稻草，蔗渣，秸稈等農林廢棄物，液壓頂缸式進料較佳，只要一道封閉，就能抑制帶有微正壓的高溫油氣外泄。
進料裝置和氣化裝置通過軸連接機構的動靜密封來實現(xiàn)，氣化裝置前端設置有金屬補償器，金屬補償器作為一種柔性耐壓管件，用以補償管道或機器、設備連接端的相互位移，吸收振動能量，能夠起到減振、消音等作用，具有柔性好、質量輕、耐腐蝕、抗疲勞、耐高低溫等多項特點，為反應釜在高溫下能更好的運行。
優(yōu)選的，所述的氣化裝置為臥式旋轉反應釜，反應釜內部有導熱管和導流板。
本申請的反應釜為可旋轉機構，進一步保證反應釜內部的物料受熱均勻，因此設置有驅動所述反應釜的驅動機構，所述驅動機構包括固定在反應釜外周面的齒環(huán)，與齒環(huán)相嚙合的托輪以及驅動托輪的電機；該驅動機構帶動反應釜360°旋轉，能加快反應釜內物料的裂解反應速度。
導流板可分為導流鋼板和導流不銹鋼板，可采用單螺旋結構或雙螺旋結構，也可單、雙結合的螺旋導流結構；在反應釜旋轉的過程中，傾斜布置的導流板對反應釜內的物料具有倒流作用，反應釜內的物料在導流板的作用下向出料口所在的位置移動，加快反應釜內物料的排出。
作為優(yōu)先的，反應釜內設置多根垂直反應釜軸線的導熱管，一般導熱管的數(shù)量為6～20根，且相鄰兩導熱管垂直交錯。導熱管設置的數(shù)量一般根據(jù)實際物料處理量確定，物料處理量較大時，可根據(jù)實際情況增加導熱管的數(shù)量；導熱管內徑的大小可根據(jù)實際需要確定。反應釜內設有傾斜布置的導流板，該導流板處于高位的一端貼近所述進料口。
臥式旋轉反應釜從前端到尾端布置8～14個溫控點，臥式反應釜壓力為0～100kpa，內部加熱溫度為300～700℃。
作為優(yōu)先的，當污泥處理量為100～200噸/天規(guī)模時，溫控布置點為10～12個，臥式反應釜壓力為0～50kpa，內部加熱溫度為450～600℃。生物炭的溫度控制具體要看產(chǎn)品的用處，及污泥中重金屬的含量。
本申請中的高溫混合氣從反應釜的前端排出，在過濾用的氣灰分離器內的上部設有擋板，所述的擋板由耐高溫、耐腐蝕材料拼接成倒角結構，且張角的范圍在45°～150°，具體的角度由有機固體廢棄物裂解氣的成分，裂解產(chǎn)生的混合物粘性，生物炭的比例而定。
本發(fā)明的擋板布置有4～10層，且每層為6～14塊，具體由處理量、氣流速度和含灰量的多少而定；層與層之間的擋板互相錯開，目的使氣流能充分地與擋板接觸，做迂回路線，而不是一條直線上升，擋板不斷阻擊氣流使裂解氣中的灰塵碰撞而粘附在擋板上，待粘附力小于灰塵的自身重力時，再自由下落。
高溫下隨氣流懸浮的炭黑，灰等固體顆粒，在碰到擋板時降低了速度，并有大量的固體顆粒粘附在擋板上，積聚到一定程度時，隨自身重力下沉至過濾器的底部，夾帶灰塵的高溫混合氣通過與擋板不斷的碰壁，實現(xiàn)高溫混合氣和固體顆粒分離。
富氣為污泥高溫裂解并冷卻后產(chǎn)生的氫氣，一氧化碳，甲烷等較難壓縮氣體，通過羅茨風機，氣體凈化器等裝置，進入氣體燃燒器裝置燃燒以供應氣化裝置所需熱量。
作為優(yōu)先的，在步驟5)中，得到的廢水經(jīng)隔油，氣浮處理后轉移至污水處理廠。
進一步優(yōu)先的，在步驟5)中，得到的生物油主要為木醋液，焦油等，密度較大，經(jīng)沉淀，過濾，分離后，通過油泵打入燃油燃燒裝置，也可打入生物油罐外售。
在高溫生物炭的固氣自動分離裝置內，下端安裝有料液攪拌裝置，料液攪拌裝置包括安裝在分離倉底部的轉軸，固定在轉軸上的葉片，以及用于驅動轉軸的電機；所述葉片為沿所述轉軸軸線均勻布置的4～12塊；且葉片傾斜布置，本發(fā)明的葉片為推進式葉片，其可沿轉軸轉動方向向下傾斜布置，也可沿轉軸轉動方向向上傾斜布置。
生物炭在固氣自動分離裝置的底部集聚到一定量時，料位傳感器發(fā)出指令啟動生物炭攪拌裝置和倉壁振動器，攪拌裝置能防止料夜在分離倉的底部結塊或架橋，保證分離倉內的料夜能及時的排出。
所述的排灰裝置為螺旋輸送結構，此結構包括無軸螺旋和有軸螺旋等，為了使產(chǎn)生的生物炭不易形成死角及便于及時清理，在螺旋輸送末端適當外延一定距離，外延距離的長短可根據(jù)固氣自動分離裝置的尺寸及生物炭產(chǎn)生量等實際效果而定。底部出料螺旋輸送可采用平行輸送或一定傾斜角度輸送，傾斜角度輸送可使生物炭更易集中于一個點，產(chǎn)生的死角只在輸送末端，現(xiàn)場人員只要定期打開末端盲板清理就可解決堵塞或死角積存的生物炭，細鐵絲等雜質。出口輸送裝置外套可采用冷卻水循環(huán)或空氣循環(huán)冷卻，冷卻后通過輸送裝置進入冷渣機，生物炭經(jīng)冷渣機進一步冷卻后打包裝袋。
優(yōu)選的，所述的高溫混合氣通過噴淋冷卻處理，將可凝有機組分和水蒸汽凝結成液體，去除不凝氣體中的粉塵和酸性氣體成分。
產(chǎn)生的高溫混合氣進入噴淋冷卻管，通過大量的噴淋液吸收高溫混合氣的熱量，將高溫混合氣溫度降至一定溫度，溫度控制在80℃以下，噴淋液的進口溫度具體視氣流速度，氣體組分而定，含水率較高的情況下，進口溫度相對較高，進口溫度一般在150℃～300℃。作為優(yōu)選的，進口溫度一般在170℃～220℃。使可凝有機組分和水蒸汽凝結成液體，同時中和產(chǎn)物的酸性物質，保護后續(xù)設備，而且通過噴霧洗滌作用，可有效地去除不凝氣體中的粉塵和SO2、NOX等酸性成分，有利與后續(xù)不凝氣的燃燒及減少廢氣污染物生成。
優(yōu)選的，將噴淋冷卻后的高溫混合氣進行洗滌冷卻，降低不凝氣體的溫度，冷卻溫度控制在20～60℃，并控制生成油水混合物pH值在5～9。
噴淋冷卻管出來的含油廢水和不凝氣進入洗滌冷凝器，通過填料層提高氣液的傳質、換熱，進一步將不凝氣的溫度降至工藝要求，提高可凝有機組分的凝結效果，強化不凝氣的除塵效果和SO2、NOX等酸性成分的吸收效果，頂部出口設有除霧裝置，減少不凝氣帶液。
洗滌冷凝器頂端安裝有除霧裝置和噴霧裝置，中間設有填料層，填料層厚度一般為洗滌冷凝器高度的1/2～1/5；內部油水混合物pH值控制在5～9，冷卻溫度控制在20～60℃。
洗滌冷凝器底端的油水混合物有遠程控制和現(xiàn)場控制的壓力表，溫度表和pH計，當pH計顯示值低于要求時候，計量泵開啟，把堿液槽里面的堿液打入一直在循環(huán)的油水混合物管道，直到pH計達到要求時，計量泵停止工作。
優(yōu)選的，所述的自動過濾器用于去除油水混合物中的雜質，所述的油水分離器用于油水分離，且除油后的廢水大部分循環(huán)使用作為噴淋冷卻和洗滌冷卻的噴淋液。
洗滌冷凝器下部儲存的含油廢水用泵抽至自動過濾器，并同時通過泵前自動投加堿液自動調節(jié)廢水的pH值，自動過濾器是液體全自動刮刀過濾器，液體從過濾器進口流入，自上向下流動，透過濾芯表面流向出口；當濾芯表面收集到一定量的雜質時，電機驅動裝配校正器的刮刀緊貼濾芯表面轉動，刮除雜質，雜質隨下行液體聚集在收集室，當累積到一定量雜質時，自動排污閥打開收集室，將含高濃度雜質的液體排出，排出殘液重新進入反應釜高溫碳化處理。
自動過濾器排出的廢水進入油水分離器，能有效快速實現(xiàn)油水分離，收集的浮油作為產(chǎn)物自動抽至儲油罐，除油后的廢水大部分循環(huán)使用作為噴淋液，多余部分自動排至污水設施處理。
本發(fā)明通過對有機固體廢棄物，尤其是污泥進行熱解氣化，對得到的生物炭進行打包市售外賣，作為很好的土壤改良劑；對得到的富氣進行燃燒供熱用于反應釜氣化裝置，生物油作為燃油燃燒為氣化裝置輔助供熱，真正實現(xiàn)了污泥的資源化，減量化，無害化和穩(wěn)定化，變廢為寶，回收利用。
附圖說明
圖1為本發(fā)明中污泥還原氣化的廢氣及余熱回收工藝流程圖。
具體實施方式
如圖1所示，下面結合附圖對本發(fā)明的污泥還原氣化的廢氣及余熱回收工藝作進一步詳細描述。
實施例1：
一種污泥還原氣化的廢氣及余熱回收工藝，包括以下幾個步驟：
1)將脫水污泥送入污泥中間罐儲存；
2)將中間罐中的污泥(含水率為≤35wt％)通過進料裝置送入氣化裝置，氣化裝置產(chǎn)生的混合氣同時為進料裝置中的污泥預熱，預熱溫度為110℃；氣化裝置中的反應釜溫控點為12個，從前端到后端溫度控制為150℃～500℃，逐漸上升，自身產(chǎn)生壓力為10～30Kpa；反應釜的轉速為1轉/min。
3)將步驟2)中的高溫混合氣通過過濾器，水封罐，噴淋冷卻塔，洗滌冷卻塔等裝置得到油水混合物和富氣；噴淋冷卻塔開啟5個閥門噴淋冷卻。
4)將步驟2)中的高溫生物炭通過料位感應器控制，處于高料位時，料位感應器發(fā)出信號，生物炭通過固氣自動分離裝置，排灰裝置，冷渣機冷卻打包裝袋；當處于低料位時，料位感應器發(fā)出信號，自動關閉，關閉的順序為先關閉固氣自動分離裝置，再關閉排灰裝置，最后關閉冷渣機。
5)將步驟3)中的油水混合物通過泵送入自動過濾器，油水分離器等裝置得到灰漿，生物油和廢水；灰漿通過進料裝置再次進入氣化裝置熱解氣化反應；生物油作為燃油輸入燃油燃燒裝置為氣化裝置輔助供熱。
6)將步驟3)中的富氣由羅茨風機進入氣體凈化器，再進入緩沖罐，通過富氣燃燒裝置燃燒供熱，并回收氣化裝置產(chǎn)生的尾氣作為富氣燃燒裝置的熱助燃風。當富氣緩沖罐壓力高時，燃燒裝置氣槍全部開啟，關閉燃油燃燒裝置，由自身產(chǎn)生的富氣供熱，多余的富氣通過壓縮機壓入富氣罐(富氣罐壓力設置為1.9Mpa，容積為60m3)。
實施例2：
一種污泥還原氣化的廢氣及余熱回收工藝，包括以下幾個步驟：
1)將脫水污泥送入污泥中間罐儲存；
2)將中間罐中的污泥(含水率為≤30wt％)通過進料裝置送入氣化裝置，氣化裝置產(chǎn)生的混合氣同時為進料裝置中的污泥預熱，預熱溫度為130℃；氣化裝置中的反應釜溫控點為10個，從前端到后端溫度控制為180℃～550℃，逐漸上升，自身產(chǎn)生壓力為10～50Kpa；反應釜的轉速為2轉/min。
3)將步驟2)中的高溫混合氣通過過濾器，水封罐，噴淋冷卻塔，洗滌冷卻塔等裝置得到油水混合物和富氣；噴淋冷卻塔開啟3個閥門噴淋冷卻。
4)將步驟2)中的高溫生物炭通過料位感應器控制，處于高料位時，料位感應器發(fā)出信號，生物炭通過固氣自動分離裝置，排灰裝置，冷渣機冷卻打包裝袋；當處于低料位時，料位感應器發(fā)出信號，自動關閉，關閉的順序為先關閉固氣自動分離裝置，再關閉排灰裝置，最后關閉冷渣機。
5)將步驟3)中的油水混合物通過泵送入自動過濾器，油水分離器等裝置得到灰漿，生物油和廢水；灰漿通過進料裝置再次進入氣化裝置熱解氣化反應，生物油作為燃油輸入燃油燃燒裝置為氣化裝置輔助供熱。
6)將步驟3)中的富氣由羅茨風機進入氣體凈化器，再進入緩沖罐，通過富氣燃燒裝置燃燒供熱，并回收氣化裝置產(chǎn)生的尾氣作為富氣燃燒裝置的熱助燃風，提高熱能利用率。因脫水污泥含水率較低，此時需熱量也小，可關閉燃油燃燒器，適當減少燃氣燃燒器的供熱，多余的富氣通過壓縮機壓入富氣罐(富氣罐壓力設置為1.9Mpa，容積為60m3)。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施舉例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。