多温度颗粒热源的干化设备及干化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种污泥等物质干化的设备及干化方法，具体涉及一种由一支或多支温度不同的颗粒热载体作热源，分段依次加入一个流化床内将污泥等物质干化的干化设备及干化方法。
【背景技术】
[0002]目前，市场上存在多种不同类型的流化床污泥干化设备，但上述流化床污泥干化设备绝大多数是以导热油、高压热水或蒸汽为热源，这些导热介质通过金属换热面从燃烧炉中获得热量，再通过金属受热面将热量传递给污泥等物质。中科院工程热物理所首次以焚烧炉高温旋风分离器下的部分颗粒作小份额热源，大部分热量仍然由导热油传递，通过金属受热面传递热量导致设备繁杂，投资和运行成本高。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种由一支或多支温度不同的颗粒热载体作热源，分段依次加入一个流化床内将污泥等物质干化的干化设备及干化方法，主要解决了污泥等物质干化处理设备及方法繁杂、运行成本高的问题。
[0004]本发明的技术解决思路如下:
[0005]本发明所涉干化设备的全部热源都来自颗粒热载体。加热颗粒热载体的热能，大部分在燃烧炉膛内由燃烧过程产生的热量提供，它们可将颗粒加热至600°C以上(高温颗粒热载体)；而少部分则需要通过与离开炉膛的烟气作热交换来获得，其温度在600°C以下(中温颗粒热载体)。
[0006]利用一支或多支颗粒换热方式差异，希望一支或多支颗粒分段依次加入一个流化床干化设备内对污泥等物质进行干化，即高温颗粒先行加入干化流化床的起始段，将污泥等物质中约80 %水分脱除后，再在干化流化床的中段加入中温颗粒，继续完成干化。
[0007]由于干污泥等物质易于挥发和自燃，各种干化工艺均予以关注，极力加以避免。而颗粒热载体进入干化设备的初始温度接近甚至远高于干污泥等物质着火温度，而且高温颗粒物数量大，避免挥发和自燃对本发明提出的污泥等物质干化工艺更为重要。控制温度、湿度和气氛是避免挥发和自燃的关键所在，控制温度和湿度是通过避免低湿度污泥等物质与高温度热载体颗粒接触来实现的。
[0008]本发明的技术解决方案如下:
[0009]该多温度颗粒热源干化设备包括流化床，所述流化床内设置有N个隔板(N为自然数)，隔板将流化床内分隔为N+1段，包括起始段，中段和末段，至少一个中段设置有物料进口 ；每段均包括密相区和稀相区，靠近流化床底部的物料密集区为密相区，靠近流化床顶部物料稀疏区为稀相区，隔板顶部与流化床顶部之间、隔板底部与流化床底部之间均设置有用于物料流动的间隙。
[0010]上述隔板包括密相区隔板和稀相区隔板，同一段内密相区隔板形成的隔段横截面宽度小于、等于稀相区隔板形成的隔段横截面宽度。
[0011]上述隔板顶部与流化床顶部之间间隙的高度为0.5米以上，隔板底部与流化床底部之间的间隙高度为静止料层厚度的1/2以下。
[0012]上述流化床的顶部远离物料入口一侧设置有气体出口，密相区隔板垂直于流化床底面长度方向，稀相区隔板自下而上向气体出口处倾斜，稀相区隔板与密相区隔板垂线反向延长线之间的夹角为0-45°。
[0013]上述起始段的密相区与稀相区之间通入温度为600°C以上，粒度为600微米以下的高温颗粒热载体，至少一个中段的密相区与稀相区之间通入温度为600°C以下，粒度为400微米以上的中温颗粒热载体。
[0014]上述流化床的侧截面底部呈梯形结构。
[0015]该多温度颗粒热源的干化方法包括以下步骤:
[0016]I】起始段处理
[0017]1.1】取温度为600°C以上的高温颗粒热载体和待干化的湿污泥等物质颗粒，将两者分别送入处理室中经流化气体流化、混合并干化；流化气体经处理室起始段底部吹入；
[0018]1.2】干化过程中产生的水蒸气与流化气体及细微污泥等物质颗粒上升并通过上部通道进入中段处理，其他颗粒通过底部通道进入中段处理；
[0019]2】中段处理
[0020]2.1】向中段送入温度为600°C以下的中温颗粒热载体，将中温颗粒热载体和经步骤I处理后经顶部通道和底部通道送入的物料混合并利用流化床进行干化；流化气体经处理室中段底部吹入；
[0021]2.2】干化过程中产生的水蒸气与流化气体及细微污泥等物质颗粒上升并通过上部通道进入末段处理，其他颗粒通过底部通道进入末段处理；
[0022]所述中段处理为一次或多次循环重复；
[0023]3】末段处理
[0024]3.1】对经步骤2处理后经顶部通道和底部通道送入末段的物料进行干化；流化气体经处理室末段底部吹入；
[0025]3.2】干化过程中产生的水蒸气与流化气体及细微污泥等物质颗粒上升并排出，已被冷却的中温颗粒热载体、高温颗粒热载体和完成干化的污泥等物质颗粒经排料口排出；
[0026]上述步骤I至3进行过程中，需不断置换处理室内流化气体并补充惰性气体。
[0027]上述高温颗粒热载体的粒度为600微米以下，真密度为2?3g/cm3;所述中温颗粒热载体的粒度为400微米以上，真密度为2?3g/cm3。
[0028]上述处理室底部至I?1.3倍静止料层厚度范围为密相区，密相区上部均为稀相区，起始段密相区表面面积热负荷为(0.5?2)X106KJ/m2.h，起始段稀相区顶部横断面面积热负荷为(0.2?I)X106KJ/m2.ho
[0029]本发明的优点在于:
[0030]本发明提供的多温度颗粒热源干化设备及干化方法具体是一支或多支颗粒热源分段加入一个流化床的污泥等物质干化设备及干化方法，利用两种不同的热载体，通过对热载体介质的改变，强化了污泥等物质干化所必须的传热、传质过程；简化了设备构造；显著减少设备的投资和运行成本。
[0031]同时，本发明通过降低流化气体流量有效降低了干化设备及干化方法的能耗。
【附图说明】
[0032]图1为本发明多温度颗粒热源的干化设备主视图；
[0033]图2为本发明多温度颗粒热源的干化设备左视图；
[0034]附图明细如下:
[0035]高温颗粒热载体I ;中温颗粒热载体2 ;湿污泥等物质颗粒3 ;流化床4 ;排料口 5 ；流化气体6 ;布风板7 ;密相区8 ;稀相区9 ;隔板10、11 ;起始段12 ;中段13 ;末段14 ;下部通道15,17 ;上部通道16,18 ;气体出口 19 ;排料口 20、21。
【具体实施方式】
[0036]以下对本发明原理进行详述:
[0037]1、干化流化床从湿污泥等物质进口端至干污泥等物质出口端被分成段，段与段之间设置隔板，隔板保证密相区底部连通，而密相区上部和稀相区下部被隔断，因此位于上段物料的较大颗粒可以通过隔板下的通道进入下一段，微细颗粒通过隔板上部通道被气流带入下一段，而位于下一段的物料不可能返回上端，从而避免低湿度污泥等物质返回具有高温颗粒的上段，也避免高温颗粒不经降温“短路”接近低湿度污泥等物质颗粒。
[0038]2、湿污泥等物质全部送入位于进口端的首段，高温颗粒热载体也被送入这一段。由于高温度与高湿度颗粒同时被送入该段，大量水在其中蒸发，这些水蒸气向上流动，强化了流化过程，该段密相区内产生强烈地质、热交换，高温颗粒迅速被降温。由于给入该段的颗粒所携带热量只是完成干化所需热量的80%左右，不足以将全部污泥等物质完成干化。在其中，污泥等物质中部分细小颗粒可能会完成干化，而由于大量新生水蒸气上升速度很高，这些细小颗粒一旦干化就会迅速被扬析、夹带进入上部空间并从上部通道进入第二段。
[0039]热载体颗粒的粒度在控制稀相区气流上升速度的条件下，它们会迅速进入流化床密相区并与床内颗粒混合和被迅速降温。留在密相区的大颗粒污泥等物质因供热量不足，水分含量仍然很高。高温颗粒迅速降温和密相区内污泥等物质颗粒水分含量仍然很高成为避免挥发和自燃的重要条件；中温颗粒热载体被送入中段。中段的状况与起始段显著不同，首先，大量已被降温的高温颗粒热载体颗粒同时从上段流入，他们有相当大的热容量；其次污泥等物质颗粒中还含有较多水分；而被送入的中温颗粒热载体温度又低于干污泥等物质着火温度，在新生蒸汽和流化气体作用下，床内质、热交换强烈程度要低得多，但也足以使新加入的颗粒迅速降温，尽管污泥等物质颗粒湿度进一步降低，由于中段整体温度水平低，同样可以避免挥发和自燃；污泥等物质颗粒在第三段流化床内最终完成干化，在这一段，尽管污泥等物质颗粒含水量很低，颗粒的温度已不超过120°C，自然不存在挥发和自燃的危险。如果与依靠金属受热面通过干化热量的工艺相比较，尽管本发明所涉干化设备的热载体介质初始温度远高，但与易燃干污泥等物质接触的介质温度是小于120°C的颗粒，而不是其他工艺的200°C左右的受热面。显然本发明的安全性大为提高。
[0040]3、避免自燃的根本保证是用惰性气体作流化介质。在运行过程中仍然会有少量气体挥发，外界空气也可能向呈负压状态的区域渗漏，因此要不断地置换干化设备流化气体并补充惰性气体。
[0041]本发明的另一特点是降低流化气体流量。流化气体流量影响干化设备能耗。现有以导热油为载热介质的上海某厂的流化床干化装置