一種污泥高溫熱處理系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種高溫熱處理系統，具體講是涉及一種污泥高溫熱處理系統，其包括：可控窯門、窯體、傳輸裝置和煙氣罩；所述窯體兩端分別設有可控窯門，為進料門和出料門，出料門后設有煙氣罩，窯體內側底部設有設有保溫磚，四周及頂部設有保溫棉，所述保溫磚上設有傳輸裝置；減少動力，提高裝置的壽命：將推進裝置中的滑動摩擦改為滾珠推進裝置的滾動摩擦，所需的動力減少，直接作用在載料器的應力大大減少，增加載料器的使用年限，同時減少進料平臺的摩擦。另一方面，由于推進系統所受的溫度接近其荷軟溫度，減少壓力，避免發生壓迫變形破裂。
【專利說明】一種污泥高溫熱處理系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種高溫熱處理系統，具體講是涉及一種污泥高溫熱處理系統。
【背景技術】
[0002] 以含水率80%的污泥進行核算，全國每年產生的污泥總量接近3000萬噸，到2020 年污泥產量將突破6000萬噸，而中小規模城鎮污水處理廠占有較高比例，平均處理能力僅 為1.8萬m3/d。污泥中含有大量易降解的有機物，且含有大量病原體，生產目的不同、生產工 藝的不穩定性導致污水性質波動顯著，最終導致污水廠進水性質波動大，污泥成分波動大， 致使污泥有機質含量低，相當比例的污水處理廠有機質含量低于30%，而灰分的含量顯著 增高，甚至達78% ;As、Cd、Ni、Pb、Cr、Cu和Zn等含量變化幅度很大，極差最高達幾千mg/kg， 導致污泥處理處置過程中易產生環境污染嚴重、高濃度重金屬的滲濾液，二次污染嚴重。污 泥的這些特征嚴重限制了污泥已有處理技術的使用，而低有機質含量特征使得堆肥不利于 順利開展，高重金屬濃度特征限制了污泥堆肥產品的農用和填埋處理，也使得焚燒過程的 二次污染嚴重，低揮發份、高灰分含量和收到基低位熱值為負值導致焚燒過程需要消耗更 多的燃料。大量未經處理的污水排入湖泊，造成湖泊水質嚴重污染，這些污染物會在水體中 沉降，并富集到底泥中。底泥的建材化利用適應性較好，雖然不同河段的底泥污染狀況以及 有機質含量會有較大差別，但是經過熱處理后的無機組分變化相對較小。底泥的礦物組成 與粘土基本相似，含有大量的硅質和鋁質成分，可以部分替代粘土用于生產建筑材料。
[0003] 高溫熱處理系統對于廢物的回收利用非常必要，目前尚沒有統一的處理裝置，高 溫熱處理系統還面臨許多的難題。
[0004] 掌握原料的內在關系，燒成合格產品，就要對原料的認識進行提高。污泥和底泥中 重金屬的含量較高，重金屬種類繁多，且含量差別顯著。污泥成分波動大，不同河段的底泥 污染狀況以及有機質含量會有較大差別，原料成分不均勻，會使窯爐結構燒成曲線與原料 不符，不適應原料的燒成。污泥中的揮發性成分如高濃度氯可導致污泥處理設備的腐蝕，尤 其是燒結煤矸石原料，有的含硫過高，燒結磚過火，欠火、壓花、泛霜嚴重，原料燒逸后排放 有毒物氣體，嚴重污染了空氣，破壞了周邊的農作物生長，導致強迫停產。
[0005] 除此之外，輸送裝置是其中重要的環節，是熱處理整個過程中貫穿始末的裝置。在 高溫下，推板所受的溫度接近于推板的荷軟溫度，耐壓強度下降，而推板仍然要承受較強的 推力作用于料筐，使得推板在進機車作用下發生壓迫變形，變形破裂，容易發生拱窯事故； 在爐膛中完成燒結過程，料筐與推板之間的滑動摩擦較大，需要較大推力，料筐承受較大應 力，窯內需要高溫，加速料筐破損。料筐受熱不均和受壓不勻會發生破碎，造成使用時間較 短，更換較快，成本加大。
[0006] 各溫區溫度分隔不明顯，進而無法實現連續進料，傳統溫區隔熱裝置是在溫區之 間設置隔熱墻，整個爐膛采取大加熱腔小通道的結構，理論上通道高度可以很低，大加熱腔 可以提供足夠的熱量；小通道可以使每個各溫區的空間相對獨立，減少對流，降低相鄰溫 區間擴散干擾，但在實際設計時，會存在空間高度，會使得各溫區的溫度發生輻射、熱傳導 等導熱現象。溫區的均勻性直接決定了產品的一致性，各溫區溫度更接近燒結工藝要求，能 夠提高燒結效率，減少燒結爐熱量消耗。窯體外的冷空氣進入等因素都會導致窯爐熱量流 失，因此，必須從設計結構上解決這些問題，結構加工要做到精益求精，不能有任何尺寸偏 差。
【發明內容】
[0007] 鑒于現在技術存在問題，本發明的目的是要提供一種污泥高溫熱處理系統，其采 用電流控制，利用類電磁繼電器系統使得窯門通過設置開關及閉合時間比例實現開關自動 控制，實現精準、快速。
[0008] 為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案為一種污泥高溫熱處理系統，其包 括：可控窯門、窯體、傳輸裝置和煙氣罩；所述窯體兩端分別設有可控窯門，為進料門和出 料門，出料門后設有煙氣罩，窯體內側底部設有設有保溫磚，四周及頂部設有保溫棉，所述 保溫磚上設有傳輸裝置；其特征在于：所述窯體通過分區控制裝置和隔熱墻分為預熱區、 升溫區、燒結區、降溫區和冷卻區；各區頂部設有加熱器；所述分區控制裝置包括：熱風機、 恒溫加熱氣箱、梯形槽、噴氣口和吸氣口；所述熱風機分為第一熱風機和第二熱風機；所述 梯形槽分為第一梯形槽和第二梯形槽；所述第一熱風機出氣端與第一梯形槽相連接，第一 梯形槽上設有噴氣口；所述第一熱風機進氣端通過輸氣管與恒溫加熱氣箱相連接，恒溫加 熱氣箱通過輸氣管與第二熱風機相出氣端連接，第二熱風機進氣端與第二梯形槽相連接， 第二梯形槽上設有吸氣口；恒溫加熱氣箱內的氣體通過第一熱風機進入第一梯形槽，并通 過第一梯形槽的噴氣口噴出，噴出的氣流通過吸氣口進入第二梯形槽，并在第二熱風機的 作用下回流到恒溫加熱氣箱，形成氣體循環；并在噴氣口與吸氣口之間形成空氣屏。
[0009] 所述空氣屏氣流方向為水平方向，其與載料器運動方向垂直。
[0010] 所述第一熱風機和梯形槽嵌在保溫磚內，所述恒溫加熱氣箱和第二風機嵌在保溫 棉內。
[0011] 所述第一梯形槽與第一風機連接端寬，其寬度與第一風機出氣口直徑相，遠離第 一風機端窄。
[0012] 所述第二梯形槽與寬窄方向與第一梯形槽相反，高度相同。
[0013] 所述噴氣口和吸氣口采用網狀耐高溫腐蝕材料；其潛在窯體四周的保溫棉內。
[0014] 所述氣流屏為密封氣，氣流的溫度與氣流屏隔斷的下一溫區的溫度一致，所述氣 流的速度為10m/S。
[0015] 所述加熱器為電阻絲。
[0016] 所述可控窯門包括：窯門、滑輪和類電磁繼電器系統；所述窯門由左右兩扇構成； 記為左窯門和右窯門；左、右窯門下分別設有兩個滑輪；左、右窯門通過類電磁繼電器系統 控制相向或相反運動；所述類電磁繼電器系統包括：磁鐵、電磁鐵和彈簧；所述的電磁鐵內 嵌于左窯門中心右邊界處，磁鐵內嵌于右窯門中心左邊界處，左、右窯門內分別嵌有彈簧， 彈簧一端固定在窯體上，另一端分別與電磁鐵和磁鐵相連接；電磁鐵N、S極隨電磁鐵電流 改變而改變，磁鐵以某一極正對電磁鐵（2)磁極，使發生吸引、排斥效果時影響最大；彈簧 (3)也內嵌于窯門（4)中，右側窯門（4-1)內彈簧（3) -端固定在高溫熱處理系統主體上， 一端固定在窯門（4-1)上，在窯門打開時，彈簧（3)處于平衡狀態，隨著窯門向左移動，彈簧 (3)狀態發生變化，發生拉伸，迫使窯門（4-1)向右移動，窯門進料打開時，便于快速打開窯 門（4-1)，左側窯門亦同。
[0017] 所述電磁鐵電流是矩形波，正電流為U1，負電流為U0。在L2,電流為負；L1，電流 為正，L1+L2為一個周期，電流呈周期變化；電路包括："555"定時器、二極管和整流器件， "555"定時器調節Tl、T2時間間隔，多諧振蕩通過反相形成新的矩形波，由Tl= (R1+R2) Cln2,T2 =R2Cln2,則T1必〉T2。可根據進料、出料所需時間調節Rl、R2電阻，二極管和 C1使輸出電流為正整流電流；與C2作用使輸出為負整流電流，結合"555"定時器形成符合 條件的矩形波。
[0018] 磁鐵始終以正極正對電磁鐵磁極，初始狀態電磁鐵磁極以負極正對磁鐵，窯門處 于關閉狀態，彈簧處于拉伸狀態；電流由轉化為Ui，電磁鐵在電流作用下磁極由負極轉 化為正極，磁鐵與電磁鐵相排斥，兩窯門相反運動，彈簧隨之逐漸恢復平衡狀態，窯門完全 打開時，彈簧恰好恢復平衡位置。拉力與磁力方向相同，窯門在磁力和彈簧拉力的共同作 用下打開，磁力逐漸減弱，拉力的存在增加了作用于窯門的力，使打開快速；電流由Ui轉化 為，，電磁鐵磁極由正極轉化為負極，電磁鐵與磁鐵相吸引，兩窯門相向運動，彈簧由平 衡狀態再次恢復拉伸狀態，彈簧拉力與磁力方向相反，但磁力足以克服拉力使窯門關閉；當 窯門再次打開，過程同上，具有周期性。
[0019] 所述窯門外殼材質采用爐體外表安裝的彩色波紋鋼板，內部充滿保溫棉；其運動 軌跡水平方向上垂直于載料器運動方向。
[0020] 所述運輸裝置包括：剛玉珠限位裝置、載料器和動力裝置；所述的剛玉珠限位裝 置包括：剛玉珠、剛玉分隔板、倒圓庫邊和進料平臺；所述進料平臺的四周邊界沿為倒圓庫 邊，所述剛玉珠平鋪于進料平臺上，剛玉珠之間通過剛玉分隔板等距分割，剛玉分隔板固定 在限位裝置；載料器裝在剛玉珠上，并在動力裝置的帶動下沿剛玉珠運動。
[0021] 所述剛玉分隔板之間的距離為500mm。
[0022] 所述煙氣罩將煙氣吸收經過干法脫硫除塵一體化裝置，完成尾氣的處理。
[0023] 本發明的優點在于：
[0024] 1、減少動力，提高裝置的壽命：將推進裝置中的滑動摩擦改為滾珠推進裝置的滾 動摩擦，所需的動力減少，直接作用在載料器的應力大大減少，增加載料器的使用年限，同 時減少進料平臺的摩擦。另一方面，由于推進系統所受的溫度接近其荷軟溫度，減少壓力， 避免發生壓迫變形破裂。
[0025] 2、保證溫區恒定，提高燒結效率和產品的一致性：在溫區之間進行氣封，避免了發 生輻射、熱傳導等傳熱，使不同溫區的溫度維持恒定，保證產品燒結所需的溫度，提高產品 的一致性。減少傳熱，使得熱量利用效率增加。同時，也能夠實現溫區穩定情況下連續進 料。
[0026] 3、全自動控制：采用電流控制，利用類電磁繼電器系統使得窯門通過設置開關及 閉合時間比例實現開關自動控制，實現精準、快速。
[0027] 4、尾氣合理處置，環保清潔：排出的尾氣，通過煙氣罩吸收，通過干法脫硫除塵一 體化裝置，清潔尾氣，減少污染。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028] 圖1為高溫熱處理系統側面圖；
[0029] 圖2為分區控溫空氣屏簡化裝置圖；
[0030] 圖3為分區控溫空氣屏工作示意圖；
[0031] 圖4為分區控溫空氣屏的噴氣口及吸氣口；
[0032] 圖5為剛玉珠空間分布側視圖；
[0033] 圖6為剛玉珠空間分布主視圖；
[0034] 圖7為剛玉珠空間分布俯視圖；
[0035] 圖8為剛玉珠限位裝置示意圖；
[0036] 圖9為類電磁繼電器可控窯門關閉狀態；
[0037] 圖10為類電磁繼電器可控窯門打開狀態；
[0038] 圖11為干法脫硫一體化裝置；
[0039] 圖12為工作電路及其相關波形；
[0040]
[0041] 圖中：1、磁鐵，2、電磁鐵，3、彈簧，4、窯門，5、滑輪，6、梯形槽，7、噴氣口，8、吸氣口， 9、熱風機，10、恒溫加熱氣箱，11、載料器，12、剛玉珠，13、剛玉分隔板，14、剛玉限位裝置倒 圓庫邊，15、預熱區，16、升溫區，17、空氣屏，18、燒結區，19、降溫區，20、冷卻區，17、空氣 屏，21、輸氣管道，22、隔熱墻，23、煙氣罩。
【具體實施方式】：
[0042] 為了進一步了解該污泥高溫熱處理系統，下面結合附圖做進一步說明。
[0043] 其包括：可控窯門、窯體、傳輸裝置和煙氣罩；所述窯體兩端分別設有可控窯門， 為進料門和出料門，出料門后設有煙氣罩，窯體內側底部設有設有保溫磚，四周及頂部設有 保溫棉，所述保溫磚上設有傳輸裝置；所述窯體分為預熱區15、升溫區16、燒結區18、降溫 區19、冷卻區20,所需燒結的產品經窯門后依次通過各個溫區，最后送出系統完成整個燒 結過程。
[0044] 通過預先設計電路得到矩形波，在矩形波U段，電磁鐵2與磁鐵1極性相同，表現 為相斥狀態，窯門打開；在矩形波L2段，電磁鐵2與磁鐵1極性相反，表現為吸引狀態，窯門 關閉。彈簧3連接在窯門與系統主體上，在窯門打開時，彈簧3為平衡狀態，窯門關閉時，為 拉伸狀態。
[0045] 矩形波由L2躍變為U，磁鐵1與電磁鐵2排斥，磁力結合彈簧3拉力窯門迅速打 開，完成快速進料，在Q段完成進料；矩形波由U躍變為L2時，磁鐵1與電磁鐵2吸引，拉 動窯門向中心運動，彈簧3發生拉伸，磁力克服拉力回到中心，窯門關閉。整個1^ 2段，為產 品燒結時間，時間可以通過矩形波控制，打開時滑輪5分別向左右移動，滑輪5進入窯門的 獨立槽內。在打開和關閉過程中，滑輪帶動窯門運動，滑輪與下方的軌道嚙合緊密，既減少 了打開閉合所需的動力，也保證了窯門的氣密性。
[0046] 產品通過窯門進入預熱區15、升溫區16、燒結區18、降溫區19、冷卻區20,在不同 溫區完成產品所需的燒結工藝要求。傳統設備僅僅設置隔熱墻22,往往使得不同溫區的溫 度不穩定，在本發明中，通過設置分區控溫的空氣屏17對溫區進行隔熱。
[0047] 該空氣屏17是采用左右吹風方式，氣流運動為水平方向上垂直于高溫熱處理系 統的軸線，氣流依次通過吸氣口 8、梯形槽6-2、熱風機9-2、恒溫加熱氣箱10、熱風機9、梯形 槽6、噴氣口 7,氣體循環使用；由于壓差，氣流經吸氣口 8吸入，通過梯形槽6改變風向，結 合低壓進入熱風機9,被熱風機加熱加速，進入恒溫加熱氣箱10,再次被熱風機9加熱加速， 通過梯形槽根據伯努利流體定律，空間變小,v變大，加速部分氣體，使噴氣口 7噴出風速上 下保持一致，噴出的氣體厚度為50mm，與噴氣口 7寬度相同，氣流速度足夠大，保證不被腔 內的熱氣沖散，起到密封的作用。
[0048]在整個進料過程中，采用滾珠推進一體化裝置。進料平臺上鋪滿剛玉珠12,進料 平臺周圍的倒圓庫邊14,即邊界沿與平臺倒圓成為|圓弧，倒圓半徑d= 5mm，使剛玉珠12 4 恰好嚴密的貼合，倒圓庫邊14的高度為H= 2/3d，剛玉珠12平鋪于進料平臺上，剛玉珠直 徑d= 10mm，進料前平臺與剛玉珠12高度在同一水平線上，在剛玉珠12之間每隔500mm設 置剛玉分隔板13,剛玉分隔板13長度等于整個進料平臺的寬度，寬度為10mm，高度為H= 2/3d，剛玉分隔板13共同組成了剛玉限位裝置。載料器11經進料前平臺進入燒結腔，剛玉 珠12與進料前平臺水平高度一致，載料器11在推進裝置下滑上剛玉珠12,在剛玉珠12上 迫動前進，剛玉珠12在載料器11下發生滾動，帶動載料器11前進，剛玉珠12在限位裝置中 由于倒圓庫邊14和剛玉分隔板13限位幾乎在原地滾動，避免發生跳珠和壓迫現象。載料器 11在剛玉珠12上前進依次通過預熱區15、升溫區16、燒結區18、降溫區19、冷卻區20,直 至整個燒結過程結束，載料器11被送出燒結窯，該批產品完成燒結，再次進料，窯門打開。 [0049]加熱裝置采用頂層電阻絲加熱，電阻絲高度距頂層及載料器11高度適宜，避免對 頂層太近使得熱量損失以及頂層破壞，同時使得載料器11內產品燒結均勻。
[0050]在熱處理系統最后設置煙氣罩23,排出的尾氣，通過煙氣罩23吸收，通過干法脫 硫除塵一體化裝置，清潔尾氣，減少污染。
【權利要求】
1. 一種污泥高溫熱處理系統，其包括：可控窯門、窯體、傳輸裝置和煙氣罩；所述窯體 兩端分別設有可控窯門，為進料門和出料門，出料門后設有煙氣罩，窯體內側底部設有設有 保溫磚，四周及頂部設有保溫棉，所述保溫磚上設有傳輸裝置；其特征在于：所述窯體通過 分區控制裝置和隔熱墻分為預熱區、升溫區、燒結區、降溫區和冷卻區；各區頂部設有加熱 器；所述分區控制裝置包括：熱風機、恒溫加熱氣箱、梯形槽、噴氣口和吸氣口；所述熱風機 分為第一熱風機和第二熱風機；所述梯形槽分為第一梯形槽和第二梯形槽；所述第一熱風 機出氣端與第一梯形槽相連接，第一梯形槽上設有噴氣口；所述第一熱風機進氣端通過輸 氣管與恒溫加熱氣箱相連接，恒溫加熱氣箱通過輸氣管與第二熱風機相出氣端連接，第二 熱風機進氣端與第二梯形槽相連接，第二梯形槽上設有吸氣口；恒溫加熱氣箱內的氣體通 過第一熱風機進入第一梯形槽，并通過第一梯形槽的噴氣口噴出，噴出的氣流通過吸氣口 進入第二梯形槽，并在第二熱風機的作用下回流到恒溫加熱氣箱，形成氣體循環；并在噴氣 口與吸氣口之間形成空氣屏；述空氣屏氣流方向為水平方向，其與載料器運動方向垂直。
2. 根據權利要求1所述的一種污泥高溫熱處理系統，其特征在于：所述第一熱風機和 梯形槽嵌在保溫磚內，所述恒溫加熱氣箱和第二風機嵌在保溫棉內。
3. 根據權利要求1所述的一種污泥高溫熱處理系統，其特征在于：所述第一梯形槽與 第一風機連接端寬，其寬度與第一風機噴氣口直徑相，遠離第一風機端窄；所述第二梯形槽 與寬窄方向與第一梯形槽相反，高度相同；所述噴氣口和吸氣口采用網狀耐高溫腐蝕材料； 其潛在窯體四周的保溫棉內。
4. 根據權利要求1所述的一種污泥高溫熱處理系統，其特征在于：所述氣流屏為密封 氣，氣流的溫度與氣流屏隔斷的下一溫區的溫度一致，所述氣流的速度為lOm/s。
5. 根據權利要求1所述的一種污泥高溫熱處理系統，其特征在于：所述加熱器為電阻 絲。
6. 根據權利要求1所述的一種污泥高溫熱處理系統，其特征在于：所述可控窯門包 括：窯門、滑輪和類電磁繼電器系統；所述窯門由左右兩扇構成；記為左窯門和右窯門；左、 右窯門下分別設有兩個滑輪；左、右窯門通過類電磁繼電器系統控制相向或相反運動；所 述類電磁繼電器系統包括：磁鐵、電磁鐵和彈簧；所述的電磁鐵內嵌于左窯門中心右邊界 處，磁鐵內嵌于右窯門中心左邊界處，左、右窯門內分別嵌有彈簧，彈簧一端固定在窯體上， 另一端分別與電磁鐵和磁鐵相連接；電磁鐵N、S極隨電磁鐵電流改變而改變，磁鐵以某一 極正對電磁鐵磁極，使發生吸引、排斥效果時影響最大；彈簧內嵌于窯門中，右側窯門內彈 簧一端固定在高溫熱處理系統主體上，一端固定在窯門上，在窯門打開時，彈簧處于平衡狀 態，隨著窯門向左移動，彈簧狀態發生變化，發生拉伸，迫使窯門向右移動，窯門進料打開 時，便于快速打開窯門，左側窯門亦同。
7. 根據權利要求1所述的一種污泥高溫熱處理系統，其特征在于：所述窯門外殼材質 采用爐體外表安裝的彩色波紋鋼板，內部充滿保溫棉；其運動軌跡水平方向上垂直于載料 器運動方向。
8. 根據權利要求1所述的一種污泥高溫熱處理系統，其特征在于：所述運輸裝置包括： 剛玉珠限位裝置、載料器和動力裝置；所述的剛玉珠限位裝置包括：剛玉珠、剛玉分隔板、 倒圓庫邊和進料平臺；所述進料平臺的四周邊界沿為倒圓庫邊，所述剛玉珠平鋪于進料平 臺上，剛玉珠之間通過剛玉分隔板等距分割，剛玉分隔板固定在限位裝置；載料器裝在剛玉 珠上，并在動力裝置的帶動下沿剛玉珠運動。
9. 根據權利要求1所述的一種污泥高溫熱處理系統，其特征在于：所述剛玉分隔板之 間的距離為500mm。
10. 根據權利要求1所述的一種污泥高溫熱處理系統，其特征在于：所述煙氣罩將煙氣 吸收經過干法脫硫除塵一體化裝置，完成尾氣的處理。
【文檔編號】C02F11/18GK104355527SQ201410452558
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年9月5日 優先權日:2014年9月5日
【發明者】王雷, 韓聰聰, 劉建國, 李潤東, 李少白 申請人:沈陽航空航天大學