一种联产生物炭的一体化污泥碳化炉的制作方法

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1.本实用新型属于生物质能高效利用和污泥处置技术领域，具体涉及一种联产生物炭的一体化污泥碳化炉。

背景技术：

2.污泥碳化是污泥中的有机质在无氧条件下，在高温下发生裂解反应，大分子裂解成小分子，污泥有机质一部分转变成以烷烃为主的碳化气，污泥中无机物和部分有机物转变成污泥炭。污泥碳化过程中污泥减量化显著，过程中不产生二噁英，彻底消除抗生素和有机污染物残留，重金属稳定化，烟气量少，投资低于污泥焚烧，成为近年来污泥深度处置的首选工艺，然而，由于污泥含水率较高，污泥干化、炭化需大量外供热源，且污泥炭热值低，作为低端燃料附加值低，致使污泥碳化工艺运营成本居高不下。
3.降低污泥碳化运营成本的途径有两条，一是提高碳化燃料热能利用效率，二是开发高价值碳化副产品。

技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本实用新型提出的一种联产生物炭的一体化污泥炭化炉，有效提高污泥碳化能效，节约能量，且能副产高附加值生物炭。
5.本实用新型提出的一种联产生物炭的一体化污泥炭化炉，包括：
6.碳化炉外壳，所述碳化炉外壳用于碳化气在其中绝热燃烧，为生物质和污泥碳化提供热能；
7.生物质多段连续碳化装置，所述生物质多段连续碳化装置位于碳化炉内且横穿碳化炉外壳，用于碳化生物质，以生成生物炭和生物质碳化气；
8.污泥多段连续碳化装置，所述污泥多段连续碳化装置位于碳化炉内且横穿碳化炉外壳，用于碳化污泥，以生成污泥炭和污泥碳化气；
9.生物质进料口，用于将生物质送入生物质多段连续碳化装置进行碳化；
10.污泥进料口，用于将污泥送入污泥多段连续碳化装置进行碳化；
11.生物炭出料口，用于将生物质碳化生成的生物炭输送出碳化炉；
12.污泥炭出料口，用于将污泥碳化生成的污泥炭输送出碳化炉；
13.炉内碳化气燃烧装置，用于将生物质碳化和污泥碳化生成的碳化气燃烧，为生物质碳化和污泥碳化提供热能；
14.炉外燃烧器，所述炉外燃烧机连接在所述碳化炉的外面，用于碳化炉点火时将温度升到设定碳化温度；
15.鼓风机，所述鼓风机用于向炭化炉外壳内送入助燃气体，以使所述生物质炭化气和污泥碳化气燃烧，为炭化过程提供热能，使得碳化反应持续进行；
16.动力传动装置，用于为生物质多段连续碳化装置和污泥多段连续碳化装置运转提供动力；
17.碳化炉烟气出口，用于将碳化炉外壳内碳化气燃烧完的烟气排出炉外。
18.进一步，碳化炉外壳为固定钢制立方体，内衬防火材料。
19.进一步，所述生物质多段连续碳化装置为横穿碳化炉外壳且首尾连接的多段螺旋输送机，每段螺旋输送机由碳化炉外的动力传动装置驱动。
20.进一步，所述污泥多段连续碳化装置为横穿碳化炉外壳且首尾连接的多段螺旋输送机，每段螺旋输送机由碳化炉外的动力传动装置驱动。
21.进一步，所述生物质进料口位于碳化炉上部，且与生物质多段连续碳化装置的最上端螺旋输送机连接。
22.进一步，所述污泥进料口位于碳化炉上部，且与污泥多段连续碳化装置的最上端螺旋输送机连接。
23.进一步，所述生物炭出料口位于碳化炉下部，且与生物质多段连续碳化装置的最下端螺旋输送机连接。
24.进一步，所述污泥炭出料口位于碳化炉下部，且与污泥多段连续碳化装置的最下端螺旋输送机连接。
25.进一步，所述炉内碳化气燃烧装置位于碳化炉外壳内，炉内碳化气燃烧装置由碳化气集气管和碳化气燃烧机组成，碳化气集气管与生物质多段连续碳化装置和污泥多段连续碳化装置的每一段螺旋输送机连接，碳化气集气管汇合碳化气后与碳化气燃烧机连接，碳化气燃烧机为开有燃烧孔的金属管，旁边有电子点火器。
26.进一步，所述生物质炭化产物用于制备活性炭或环保烧烤炭。
27.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
28.(1)生物质碳化与污泥碳化在同一碳化炉内进行，生物质碳化为污泥碳化提供热量，生物质碳化气与污泥碳化气在同一腔体(碳化炉外壳)内燃烧，大大增加了燃烧空间和燃烧效率，实现了热能的高效传导，加速了碳化过程。
29.(2)生物质多段连续碳化装置和污泥多段连续碳化装置各自独立运行，前者不仅为后者提供了碳化气作为污泥碳化的热源，同时生产出了高附加值的生物炭，大大降低了污泥碳化的运营成本。
30.(3)通过调节生物质多段连续碳化装置的螺旋输送机进料速度，可以很方便地调整生物质碳化量和生物质碳化气量，从而调节污泥碳化的热能供应量，保证碳化温度保持在设定的温度范围内，也能节约热能。
附图说明
31.本实用新型的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图中示出了本实用新型的实施例及其描述，用来解释本实用新型的原理。
32.附图中：
33.图1为根据本实用新型的一个实施例的联产生物炭的一体化污泥碳化炉的正面结构示意图，图2为根据本实用新型的一个实施例的联产生物炭的一体化污泥碳化炉的侧面结构示意图。
34.附图标记
35.1、碳化炉外壳
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2、生物质多段连续碳化装置
36.3、污泥多段连续碳化装置
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4、生物质进料口
37.5、污泥进料口
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6、生物质出料口
38.7、污泥出料口
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8、炉内碳化气燃烧装置
39.9、碳化气集气管
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10、碳化气燃烧机
40.11、炉外燃烧机
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12、鼓风机
41.13、动力传动装置
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14、碳化炉烟气出口
42.15、生物炭
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16、污泥炭
具体实施方式
43.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
44.针对现有技术中污泥炭化需外供热源，消耗大量热量，且污泥炭热值低价值低，污泥碳化运营成本高等问题，本实用新型提供了一种联产生物炭的一体化污泥碳化炉，如图1、图2所示，包括：
45.碳化炉外壳1，所述碳化炉外壳1用于碳化气在其中绝热燃烧，为生物质和污泥碳化提供热能；
46.生物质多段连续碳化装置2，所述生物质多段连续碳化装置2位于碳化炉内且横穿碳化炉外壳1，用于碳化生物质，以生成生物炭15和生物质碳化气；
47.污泥多段连续碳化装置3，所述污泥多段连续碳化装置3位于碳化炉内且横穿碳化炉外壳1，用于碳化污泥，以生成污泥炭16和污泥碳化气；
48.生物质进料口4，用于将生物质送入生物质多段连续碳化装置2进行碳化；
49.污泥进料口5，用于将污泥送入污泥多段连续碳化装置3进行碳化；
50.生物炭出料口6，用于将生物质碳化生成的生物炭15输送出碳化炉；
51.污泥炭出料口7，用于将污泥碳化生成的污泥炭16输送出碳化炉；
52.炉内碳化气燃烧装置8，用于将生物质碳化和污泥碳化生成的碳化气燃烧，为生物质碳化和污泥碳化提供热能；
53.炉外燃烧器11，所述炉外燃烧机11连接在所述碳化炉的外面，用于碳化炉点火时将温度升到设定碳化温度；
54.鼓风机12，所述鼓风机12用于向炭化炉外壳内送入助燃气体，以使所述生物质炭化气和污泥碳化气燃烧，为炭化过程提供热能，使得碳化反应持续进行；
55.动力传动装置13，用于为生物质多段连续碳化装置2和污泥多段连续碳化装置3运转提供动力。
56.碳化炉烟气出口14，用于将碳化炉外壳1内碳化气燃烧完的烟气排出炉外。
57.进一步，碳化炉外壳1为固定钢制立方体，内衬防火材料。
58.进一步，所述生物质多段连续碳化装置2为横穿碳化炉外壳1且首尾连接的多段螺旋输送机，每段螺旋输送机由碳化炉外的动力传动装置13驱动。
59.进一步，所述污泥多段连续碳化装置3为横穿碳化炉外壳1且首尾连接的多段螺旋
输送机，每段螺旋输送机由碳化炉外的动力传动装置13驱动。
60.进一步，所述生物质进料口4位于碳化炉上部，且与生物质多段连续碳化装置2的最上端螺旋输送机连接。
61.进一步，所述污泥进料口5位于碳化炉上部，且与污泥多段连续碳化装置3的最上端螺旋输送机连接。
62.进一步，所述生物炭出料口6位于碳化炉下部，且与生物质多段连续碳化装置2的最下端螺旋输送机连接。
63.进一步，所述污泥炭出料口7位于碳化炉下部，且与污泥多段连续碳化装置3的最下端螺旋输送机连接。
64.进一步，所述炉内碳化气燃烧装置8位于碳化炉外壳1内，炉内碳化气燃烧装置8由碳化气集气管9和碳化气燃烧机10组成，碳化气集气管9与生物质多段连续碳化装置2和污泥多段连续碳化装置3的每一段螺旋输送机连接，碳化气集气管9汇合碳化气后与碳化气燃烧机10连接，碳化气燃烧机10为开有燃烧孔的金属管，旁边有电子点火器。
65.工作原理：在炉外燃烧机11逐渐将碳化炉温度加热到650-900℃后，将生物质和污泥经生物质进料口4和污泥进料口5分别加入生物质多段连续碳化装置2和污泥多段连续碳化装置3，在绝氧高温条件下，生物质和污泥中的有机质产生裂解反应，大分子裂解成小分子，最终形成以甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、一氧化碳和少量水蒸气为主的碳化气，和以无机炭及二氧化硅为主的生物炭15和污泥炭16。
66.从每段螺旋输送机收集的碳化气经碳化气集气管9汇入碳化气燃烧机10，在鼓风机12鼓入的空气助燃下燃烧，通过间接加热生物质多段连续碳化装置2和污泥多段连续碳化装置3保障了碳化反应持续进行，同时炉外燃烧机11停止工作。
67.生物质和污泥经生物质多段连续碳化装置2和污泥多段连续碳化装置3中的螺旋输送机行走20-30分钟后，碳化反应完成，残余的固体即为生物炭15和污泥炭16，通过生物炭出料口6和污泥炭出料口7分别排出碳化炉，经冷却后作为污泥碳化副产品加以利用。
68.污泥炭16含水率小于10％，热值约为1800-2200kcal/kg，可以作为生物质燃料掺烧，生物质炭15含水率小于10％，热值约为3000-3500kcal/kg，可以进一步制作环保烧烤炭和高价值活性炭。
69.以上所述，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。

技术特征：

1.一种联产生物炭的一体化污泥碳化炉，其特征在于，包括：碳化炉外壳(1)及所述碳化炉外壳(1)内的生物质多段连续碳化装置(2)、污泥多段连续碳化装置(3)、炉内碳化气燃烧装置(8)，所述生物质多段连续碳化装置横穿碳化炉外壳；与所述生物质多段连续碳化装置(2)连接的生物质进料口(4)和生物炭出料口(6)；与所述污泥多段连续碳化装置(3)连接的污泥进料口(5)和污泥炭出料口(7)；位于所述碳化炉外壳(1)顶部的碳化炉烟气出口(14)；以及连接在碳化炉外壳(1)外面的炉外燃烧机(11)、鼓风机(12)、动力传动装置(13)。2.如权利要求1所述的联产生物炭的一体化污泥碳化炉，其特征在于，所述碳化炉外壳(1)为固定钢制立方体，内衬防火材料。3.如权利要求1所述的联产生物炭的一体化污泥碳化炉，其特征在于，所述生物质多段连续碳化装置(2)为横穿碳化炉外壳且首尾连接的多段螺旋输送机，每段螺旋输送机由所述碳化炉外壳(1)外的动力传动装置(13)驱动。4.如权利要求1所述的联产生物炭的一体化污泥碳化炉，其特征在于，所述污泥多段连续碳化装置(3)为横穿碳化炉外壳且首尾连接的多段螺旋输送机，每段螺旋输送机由所述碳化炉外壳(1)外的动力传动装置(13)驱动。5.如权利要求1所述的联产生物炭的一体化污泥碳化炉，其特征在于，所述生物质进料口(4)位于所述碳化炉外壳(1)上部，且与所述生物质多段连续碳化装置(2)的最上端螺旋输送机连接。6.如权利要求1所述的联产生物炭的一体化污泥碳化炉，其特征在于，所述污泥进料口(5)位于所述碳化炉外壳(1)上部，且与所述污泥多段连续碳化装置(3)的最上端螺旋输送机连接。7.如权利要求1所述的联产生物炭的一体化污泥碳化炉，其特征在于，所述生物炭出料口(6)位于所述碳化炉外壳(1)下部，且与所述生物质多段连续碳化装置(2)的最下端螺旋输送机连接。8.如权利要求1所述的联产生物炭的一体化污泥碳化炉，其特征在于，所述污泥炭出料口(7)位于所述碳化炉外壳(1)下部，且与所述污泥多段连续碳化装置(3)的最下端螺旋输送机连接。9.如权利要求1所述的联产生物炭的一体化污泥碳化炉，其特征在于，所述炉内碳化气燃烧装置(8)位于所述碳化炉外壳(1)内，所述炉内碳化气燃烧装置(8)由碳化气集气管(9)和碳化气燃烧机(10)组成，所述碳化气集气管(9)与所述生物质多段连续碳化装置(2)和所述污泥多段连续碳化装置(3)的每一段螺旋输送机连接，所述碳化气集气管(9)汇合碳化气后与所述碳化气燃烧机(10)连接，所述碳化气燃烧机(10)为开有燃烧孔的金属管，旁边有电子点火器。

技术总结

本实用新型公开了一种联产生物炭的一体化污泥碳化炉。包括：碳化炉外壳，生物质多段连续碳化装置，污泥多段连续碳化装置，生物质进料口，污泥进料口，生物质出料口，污泥出料口，炉内碳化气燃烧装置，炉外燃烧机，鼓风机，动力传动装置，碳化炉烟气出口。根据本实用新型的联产生物炭的一体化污泥碳化炉，生物质多段连续碳化装置和污泥多段连续碳化装置在同一碳化炉外壳内各自独立运行，利用生物质碳化产生的热量碳化污泥，同时生产出了高附加值的生物炭，大大降低了污泥碳化的运营成本，有效实现生物炭联产和污泥炭联产，实现热能的充分耦合利用，投资成本低，经济效益和社会效益显著。经济效益和社会效益显著。经济效益和社会效益显著。