對有機材料進行熱處理的設備及所用的方法

專利名稱：對有機材料進行熱處理的設備及所用的方法
技術領域：
本發明總體上涉及對有機材料進行熱處理的方法和設備，更特別 的是對各種有機材料進行蒸煮、脫水和/或消毒，以便將它們轉變成可 用作土壤肥料或甚至動物伺料添加劑的無菌產品，各種有機材料例如
有鳥糞、糞肥、屠宰場廢料、孵化器廢料、獸皮和畜體廢料之類的 有機廢料，污水處理的淤泥，如雞蛋殘余之類的疫苗生產廢料，被生 物污染的有機物廢料，以及其它類似材料。該方法和設備還適合對蔬 類和蔬茱類物質進行脫水。
背景技術：
已經提供了許多對有機物質進行熱處理的方法和系統，尤其是提 供了通過包含脫水、蒸煮和消毒的方法將有機廢料熱轉化成最好有用 的產品的方法和系統。
例如，來自市政污水處理的淤泥通常進行脫水，如果隨后還要使 用該有機物例如用于土壤增肥，還要經受某些形式的包括加熱的消毒 處理。因此有機材料可以進行蒸煮，并且為了這一目的，已經設立了 許多工廠。
相似的系統被用于對其它有機廢料和材料進行熱處理。
然而，常規系統的缺點之一在于衍生出蒸汽和氣體，這些蒸汽和
氣體帶有有味的組分，甚至常常帶有有毒物質，并且它們一般被直接
排放到大氣中。常規系統的缺點還有它們一般比較復雜，需要大量
人力，并且力。熱的方法也不經濟。
此外，這些系統一般也不適合對被細菌和/或病毒(即來自疫苗生
產的雞蛋殘余)和/或其它病原體污染的有機材料進行無害化處理和/
或消毒。
因此需要一種能消除上述問題的設備。

發明內容
本發明的主要目的在于提供一種用于對有機廢料進行熱處理的改 良系統，從而可以避免早期系統的缺點。
本發明的另一目的在于提供一種用于對有機材料進行熱處理的改 良設備。
本發明的又一目的在于提供一種用于對受到生物污染的有機材料 進行熱處理的設備。
本發明的另一目的在于提供一種用于對有機物質、尤其是有機廢 料進行熱處理的設備，它能夠對任何氣味進行完全消除，減少人力需 求，并且從能量的觀點來看比早期的系統更經濟。
所以，本發明的方法是一種通過熱空氣間接加熱有機材料的方法 類型，熱空氣具有處理有機材料所需的溫度，該方法包括通過迫使由 有機材料衍生的蒸汽和氣體與燃燒器的火焰接觸以便燃燒其內包含的 有機氣體，從而使該蒸汽和氣體再循環到熱空氣回路內。
因此，不僅是氣味被消除，而且衍生的蒸汽和氣體的再循環使得 熱量消耗顯著下降。
根據本發明，這些目的和其它目的在用于對有機材料、尤其是有 機廢料進行熱處理的方法中得以實現，這些目的和其它目的在下文中 會變得更清楚。該方法可能涉及到有機材料的脫水、消毒和蒸煮，以 生產有用的固體。該方法包括攪拌與導熱壁接觸的密封室中的有機廢 料塊，該導熱壁被由燃燒器產生的燃燒氣體從外部加熱，密封室中的 有機材料釋放的蒸汽被供給到燃燒器中進行燃燒以產生燃燒器火焰。
通過使由固體材料衍生的所有氣體和蒸汽連續地再循環到燃燒器 火焰，例如，使這些蒸汽和氣體與燃燒維持氣體(空氣)和燃料混合， 就可以使這些蒸汽完全消除。此外，再循環的氣體和蒸汽為燃燒過程 貢獻了熱值，因此改善了設備的燃料經濟性。最后，由于帶味的氣體 或蒸汽通過燃燒被消除，因此排放到環境中的氣體基本上不含有味、
有毒、有生物污染和/或有毒的物質。
本發明的設備最好包括水平的細長雙壁罐，其形成有半圓柱形底 部并且其內部具有混合或攪拌裝置，該混合或攪拌裝置用于將有機材 料靠著限定所述室的內壁運動。
根據本發明的一方面，內壁和外壁之間的空間被供給有來自燃燒 器的燃燒氣體，該燃燒器最好可以通向所述室的底部下方的空間。內 壁由高導熱率的材料制成，而外壁由熱絕緣材料制成。
根據本發明的一個特點，所述罐設有至少一個、優選是多個可以 密封的開口，這些開口與所述室相通，用于引入有機廢料，它們最好 位于所述罐的罐頂上，同時，另外的可以密封的開口在罐的底部、最 好是在一個軸端處形成排放孔。
該設備還具有與所述室相通的管道，該管道優選地穿過罐頂，并 且通向燃燒室.
在所迷室內的攪拌或混合裝置可以包括具有與罐的軸線重合或平 行延伸的水平軸的混合器，該水平軸可以沿 一 個方向旋轉以使有機材 料沿著導熱壁簡單地移動，而沿相反方向的旋轉使它的可以被形成適 當形狀的葉片用作輸送元件，并且使有機材料朝向排放孔前進。然而， 如果罐的形狀不同，攪拌裝置的構造應該相應地改變。
自然地，傳感裝置可以設置在所述室內、煙囪內和/或其它適當的 位置，以確保在那里形成并保持所需的溫度。
盡管可以操縱燃燒器以提供吸力，該吸力使衍生的蒸汽和氣體再 循環，但是一直認為在連接所述室和燃燒器的管道中設置鼓風機或類 似物以向燃燒器強制供給所釋放的蒸汽和氣體是有利的。
實際上，根據當前已知的用于實現本發明的最佳方式，燃燒器的 構造包括成截頭圓錐形收斂的出口 ，該收斂的出口在其口部處具有向 內收斂的截頭圓錐形構造的加熱耐火體，其收縮了該口部或孔口。被
況下不會穿過該孔口。
此外，才艮據優選實施方式，兩壁之間的空間最好設有網格或擋板， 以確保熱氣體沿著壁有效地分布，并且穿過其進行最佳的傳導，其中， 燃燒氣體穿過兩壁循環以加熱所述室內的物質。
最后，本發明的重要特征在于在罐的罐頂附近設置有換熱器。穿 過內、外壁之間的空間循環的燃燒氣體被進一步帶到換熱器。在脫水
也被送給換熱器。然后，來自燃燒氣體的余熱被部分地傳遞給新鮮空 氣。受熱的新鮮空氣然后被引入到罐中，因此增加了脫水過程的效率。


圖1是穿過根據本發明的用于加熱有機物的設備的縱向垂直剖面
圖，該圖是大致沿圖2中的線I-I得到的；
圖2是沿圖1中的線H-II得到穿過圖1的設備的橫截面圖；以及 圖3是放大比例的截面圖，顯示了圖1中的設備的燃燒器的細節。
具體實施例方式
如圖所示，本發明的設備1被構造成水平的細長結構體2，該結 構體形成有半圓柱形的底部和一對垂直的縱向壁，這對垂直的縱向壁 從該半圓柱形底部升起并且在它的軸向端處封閉。槽形的罐2在其頂 部處也被水平的壁6封閉。因此，當相對罐的水平軸線橫向看時，罐 通常具有馬蹄形的橫截面。
罐2是雙壁結構，即包括內壁3和外壁4，其中，內壁3由熱的 良導體材料(例如金屬或銅、鋼、不銹鋼或鋁的金屬合金)形成，外 壁由絕熱材料(例如耐火材料、陶瓷或類似物)形成。
空間5沿著罐2的底部和縱向側形成在兩壁3和4之間，并且構 成用于使熱空氣循環的空間或管道5，所述熱空氣用于對接收在罐2 內的有機材料進行脫水和最終蒸煮。
罐2的罐頂6是密封所述空間的壁，它也由絕熱材料構成。
混合器被設置在罐2內，并且用7來表示。該混合器7具有與罐 2的底部的軸線平行延伸或重合的軸7a，并且該軸7a通常被安裝到罐 2的端壁上。在其中一個端壁處，軸7a通過電動機和減速變速箱10 被齒輪傳動裝置或者帶傳動裝置驅動。液壓扭矩限制器(未示出)也
可以安裝到軸7a上，以防止軸7a受到任何過大的應變。在罐2的相 對的端壁上，軸7a的另一端具有軸頸軸承。該軸承載多個徑向臂7b， 這些臂沿著軸7a在軸向上間隔開，并且在加熱操作過程中用于使物料 沿著壁3旋轉，并混合該物料。
第一裝料口 8設置在罐頂6中，并且被活動蓋9密封閉合。第一 裝料口 8 —般用于固體或半固體廢料。在罐頂6中還設置有閥門38 形式的第二裝料口 38，用于液體或至少可泵送的廢料。在廢料與罐2 的外部沒有任何直接接觸的情況下，閥門38還允許直接填充罐2。當 廢料被細菌和/或病毒污染時，這一點特別重要。如果廢料與罐2的外 部有接觸，那么來自廢料的煙霧或粉塵就可能被分散在設備1周圍的 區域內，并實際污染該區域。
當設備l處于預熱模式時，第二裝料口 38也可用于向罐2中填裝 水。下面對預熱模式做進一步介紹。
罐2還具有排放孔11。排放孔與料槽23相通。排放孔ll可以被 活動塞12密封閉合。
設備1還設有具有燃燒室13的燃燒器14，該燃燒室穿過它的向 前收斂的口部通向由壁3和4限定的空間的底部的下方的循環室或循 環空間5。通過合適的噴嘴、噴霧機或注射器向燃燒器14供應燃料， 該燃料可以是天然氣或合成氣、燃料油或其它易燃品。燃燒過程由燃 燒室13內的虛線表示。燃燒的結果是燃燒氣體的混合物，這些氣體通 過由壁3和4限定的空間5進行循環，從而在該過程中借助導熱壁3 加熱有機物料。當通過開口 8或38引入到罐2內的有機材料被混合器 7進行混合時，這些熱的氣體對這些材料進行加熱、脫水和最終蒸煮， 以生成衍生氣體和蒸汽。
罐2的內部通過管道15與燃燒器14的燃燒室13相連接，管道 15將由有機材料衍生而來的氣體和蒸汽帶到燃燒器14。
由于在燃燒室13內、在由燃燒產生的膨脹氣體的稍微上游處例如 通過文丘里效應可以產生負壓，因此如箭頭16所示，該p及力可足以通 過管道15將由處理中的有機材料釋放的氣體和蒸汽抽到燃燒器14內。
因此，由有機材料釋放的氣體和蒸汽就被送到燃燒器14的火焰，并燃 燒生成至少大部分操作加熱設備l所需的熱量(卡路里)。然而，還 可以在管道15內，最好是在罐2的罐頂6的附近處設置鼓風機19， 以便改善衍生的氣體和蒸汽從罐2到燃燒器14的循環。
因此，該系統具有雙重的好處，即由有機材料衍生的并且帶有氣 味的蒸汽和氣體通過燃燒實際上被完全消除，另外，這些氣體還被送 到處于它們的蒸發溫度的燃燒器14，這可以回收相當數量的熱量(卡 路里)。
通過在交錯的位置處設置擋板18能使熱量沿著罐2的內壁3分布 得更好。擋板18僅在圖2中做了圖示。這些擋板18減少了燃燒氣體 在空間5內的流動，因此允許熱量更好地在氣體和有機材料之間傳遞。
為了加強脫水過程，通過泵40從罐2的外部攝取新鮮空氣，并將 其引入罐2。然而，為了使脫水過程更有效且更快，在被送往罐2內 部之前，優選地將新鮮空氣送往位于罐2的罐頂6附近的換熱器42。 較熱的新鮮空氣具有更大的、吸收由有機材料衍生而來的蒸汽和其它 氣體的能力。此外，加熱的空氣有助于加熱有機材料，從而促進它們 脫水。
換熱器42的熱量來自燃燒氣體。實際上，換熱器42被用于將保 存在燃燒氣體中的一部分熱量傳遞給新鮮空氣，其中，這些燃燒氣體 在壁3和4之間的空間5內一直循環。
因此，當新鮮空氣從外部被泵送來時，它被送往位于另一盤狀管 47附近的盤狀管45，燃燒氣體通過該另 一盤狀管47進行循環。這些 盤狀管45和47最好由諸如銅之類的導熱材料制成。當新鮮空氣在管 45內循環而燃燒氣體在管47內循環時， 一部分熱量被從燃燒氣體傳 遞到新鮮空氣。在管45的端部，被加熱的新鮮空氣被送到罐2的內部， 以便與衍生的氣體和蒸汽混合，從而加速脫水過程。該新鮮空氣還被 用在燃燒室13中，用于燃燒燃料和衍生的蒸汽和氣體。
此外，由于盤狀管47位于罐2的內部，因此它還會將燃燒氣體的 一部分熱量傳遞到罐2的內部中已有的環境空氣中，從而進一步促進
脫水過程。
因此，本設備1具有極高的能量效率這一直接優點。通過從燃燒 氣體中再循環盡可能多的熱量，可以加速脫水過程或減少燃料消耗。
最后，盤狀管47的端部與煙囪17相連接，氣體通過該煙自被排 到大氣中。
可以在煙囪17的內部安裝鼓風機49，以便調節位于壁3和4之 間的空間5內的氣體的流動，并防止出現可能損害設備或阻礙脫水過 程的任何過壓。
為了消除燃燒器14的燃燒室13內的再循環蒸汽不燃燒的任何風 險，在燃燒室13的口部的中心(見圖3)、即燃燒火焰的緊前方設置 有一耐火體21。因此，該耐火體被火焰連續地保持在熾熱狀態。另外， 燃燒器的口部被形成為朝向孔口收斂的截錐狀，從而將所有的氣體推 向耐火體21,并沿著耐火體21推動它們。這些氣體與耐火體的接觸 保證了可能的未被燃燒的氣體幾乎完全地燃燒或熱降解。
此外，還發現燃燒室13的截錐形口部能夠產生反壓力，該反壓力 能促使再循環蒸汽與燃燒器14的火焰更好地混合。
另如圖3所示，燃燒器14的燃燒室13還可以設置有折流板22, 它們能有效防止燃燒氣體特別是通過通道15的任何回流。
盡管有耐火體21，但是某些有機材料、尤其是病毒及其它病原體 在燃燒室13內仍然有可能逃過完全消除。為了防止病毒及其它病原體 逃逸到大氣內，設備l包括預熱模式。在預熱模式下，清水或其它中 性的且一般無毒的液體被引入到罐2的內部，然后設備l被啟動。當 檢測到設備l、尤其是罐2和煙囪17的內部達到預定溫度(即優選的 滅殺溫度)時，有機廢料被引入到罐2的內部。罐2的和煙囪17的熱 量保證在沒有被消滅的情況下沒有病毒及其它病原體會逃逸出設備 1。溫度優選通過分別位于罐2和煙囪17的內部的溫度傳感器25和 51來檢測。
當設備1是冷的時，如果受到生物污染的廢料被引入到設備1內， 那么一些病毒及其它病原體就可能由于到設備1的熱量不足以提供滅
殺能力而逃過完全消除。因此，這些病毒及其它病原體會被排到大氣 中，從而嚴重污染設備1周圍的區域。
根據本發明的另一特征，混合器7的每個葉片或刀片7b都形成有 朝向排放孔11定向的橫向斜面(在圖中不可見)，以《更當混合器7 沿第一方向旋轉時，使有機材料朝向孔口 11偏轉。然而，當混合器7 沿相反方向旋轉時，葉片7b不提供軸向力。當有機材料通過孔口 11 一排出時，它們就會被接收到料槽或料斗23內。
如圖1所示，混合器的葉片7b的自由端可以具有撓性元件，例如 鏈24，以便刮擦罐2的內壁3，并因此限制有機材料粘附到罐2的內 壁3上。
最后，圖1所示的設備1還優選地設有至少兩個與控制器26相連 的溫度傳感器25和51。控制器26通過燃燒器噴嘴30的燃料閥28可 以保持處理室2和/或煙囪17內所需的溫度。如果需要，其它傳感器 (即溫度、壓力、濕度傳感器)和探測器(尤其是化學品的和病原體 的)也可以安裝在設備1上。
顯然，上述的優選實施方式的特征實質上不能被認為是限制性的。 實際上，罐的形狀、混合器的構造和某些元件的布置都可以變化。從 此，本發明的有效范圍將在所附的權利要求書中限定。
權利要求
1.一種用于對有機材料進行熱處理的設備，所述設備包括a. 具有底部且包括內壁和外壁的罐，其中，內壁由導熱材料制成，而外壁由絕熱材料制成，且所述內壁和所述外壁限定了一條通道；b. 封閉所述罐的罐頂，它與所述內壁一起形成適合接收有機材料的處理室；c. 至少一個與所述處理室相通的進口，所述有機材料通過該進口可以被引入到所述處理室內；d. 通向所述通道的燃燒器，該燃燒器用于維持適合生成燃燒氣體的火焰，所述氣體通過所述通道進行循環，用于通過所述內壁加熱所述有機材料；e. 在所述處理室和所述燃燒器之間延伸的第一管道，用于將由所述有機材料衍生的氣體帶到所述火焰；f. 在所述處理室和所述設備的外部之間延伸的第二管道，用于將新鮮空氣引入到所述處理室內；g. 位于所述處理室內的混合器；h. 與所述通道和所述第二管道相連接的換熱器，所述換熱器位于所述處理室的內部。
2. 如權利要求1所述的設備，還包括至少一個溫度傳感器。
3. 如權利要求l所述的設備，其中，所述罐還包括適合被密封閉 合的排出口。
4. 如權利要求1所述的設備，其中，所述換熱器還包括第三和第 四管道，所述第三管道與所述通道相連接，用于輸送所述燃燒氣體， 所述第四管道與所述第二管道相連接，用于輸送所述新鮮空氣，所述 第三和第四管道相鄰，用于將所述燃燒氣體的一部分熱量傳遞到所述 新鮮空氣。
5. 如權利要求4所述的設備，其中，所述第三管道進一步與一煙 自相連接，用于將所述燃燒氣體輸送到所述設備的外部，所述第四管 道進一步與所述處理室相連接，用于將所述被加熱的新鮮空氣輸送到 所述處理室內。
6. —種用于對被生物污染的有機材料進行熱處理的方法，所述方 法包括如下步驟a. 提供適合對有機材料進行熱處理的設備，所述設備包括至少 罐、加熱裝置和溫度傳感器；b. 將基本為中性的液體引入到所述罐的內部；c. 用所述加熱裝置預熱所述設備；d. 等待直到所述罐的內部達到滅殺溫度；e. 將被生物污染的有機材料引入到所述罐的內部；f. 用所述加熱裝置對位于所述罐的內部的所述被生物污染的有 才幾材料進行熱處理。
7. 如權利要求6所述的方法，其中，所述加熱裝置是燃燒器，且 所述方法還包括如下步驟a. 回收由處理中的所述被生物污染的有機材料衍生的氣體和蒸汽；b. 將所述氣體和所述蒸汽帶到所述燃燒器以使所述氣體和所述 蒸汽燃燒。
8. 如權利要求6所述的方法，其中，所述被生物污染的有機材料 是來自疫苗生產的廢料。
全文摘要
通過熱空氣對有機材料進行間接加熱，其中熱空氣具有對有機材料進行處理所需的溫度，該方法包括通過迫使由有機材料衍生的蒸汽和氣體與燃燒器的火焰接觸，以使其內的有機氣體燃燒，從而使它們再循環到熱空氣回路里。用于執行該方法的設備包括雙壁密封罐；外壁是絕緣的，內壁是導熱的，由所述壁形成的空間限定出熱空氣回路。
文檔編號F26B23/02GK101365548SQ200680050355
公開日2009年2月11日 申請日期2006年12月22日 優先權日2006年1月3日
發明者埃里克·尚布, 皮埃爾·尚布, 莫里斯·尚布, 阿內-索菲·德朗 申請人:莫里斯·尚布;埃里克·尚布;皮埃爾·尚布;阿內-索菲·德朗