本发明属于环境保护和热处理技术领域，涉及一种蒸汽热处理装置及其处理方法和用途，尤其涉及一种发生常压高温蒸汽的热处理装置及其处理方法和用途。
背景技术：
随着我国经济的高速发展，我国已经在土壤、水资源和大气环境等诸多领域遇到了严重的环境污染问题，其中有毒垃圾的处置和水处理产生的活性污泥的处理都已经成为重要的技术难点和亟待解决的重大问题。
目前，我国在垃圾分类和分拣领域的技术研究几乎没有明显进展，实际情况和日本50年前的情况类似：废塑料、厨余垃圾、纸张、玻璃和金属甚至高毒的电池等各种垃圾混置，给垃圾焚烧站带来巨大的处理困难。垃圾中混入的金属和玻璃，很容易在垃圾焚烧炉中发生熔化并损害焚烧炉；此外，含氯较高的塑料在焚烧过程中容易产生二噁英等剧毒产物并造成大气的污染。由于垃圾焚烧难以高效并快速的进行，目前我国大中型城市附近都有较大的垃圾堆放场，混置的垃圾不但是恶臭气体的来源，其淋出液也往往含有剧毒重金属(主要来自电池)，对附近的地下水和地表水都产生了巨大的威胁。因此，对于难以焚烧的高毒垃圾，急需一种快速无害化处理的工艺手段。
此外，目前我国有大量会产生高毒难处理废弃物的生产工艺存在，其所产生的废弃物由于治理成本太高而往往被企业堆放、搁置甚至私自偷埋，这都给自然环境造成了巨大的威胁。同时，我国的生物法水处理装置每年产生大量的活性污泥，这些污泥在脱水之后仍然较难焚烧，所以急需一种方法能够对其进 行灭菌、碳化和除臭处理。
对于上述这些物质的处理，国外和国内的研究人员曾经报道过使用高温高压的蒸汽来进行消解和无害化治理的方法，专利CN 20213179U提供了一种垃圾处理系统，其包括蒸汽锅炉、蒸汽蓄热器和蒸汽反应釜；蒸汽锅炉连通到蒸汽蓄热器，蒸汽蓄热器连通到蒸汽反应釜组；其利用高温高压蒸汽来处理垃圾，并对产生的垃圾进行筛选分离。在高温高压下，水蒸汽会表现出极强的氧化、分解和碳化的能力，甚至可以将多氯联苯等难处理的有毒物质有效降解。然而由于高温高压的蒸汽耗能很大，而且对设备的安全性要求太高，因此难以大规模实施。2004年9月30日，日本青木工业株式会社小野达实公开了一种使用常压高温蒸气来进行热处理的专利技术(CN 100362080C)，该技术是采用特殊电加热方法，将常压水蒸汽升温至1200℃甚至2000℃的高温，用来对物料进行高温蒸气热处理，该方法由于避免了使用高压蒸气，因此对设备的要求明显降低，然而由于高温蒸气具有极强的腐蚀性，因此加热设备和热处理设备的材质非常考究，此外，其分段加热的三种加热器技术难度较高，一般的加热器厂商不易实现。
技术实现要素：
针对上述现有技术中存在的蒸汽耗能大，设备的安全性要求太高，技术难度高并且难以大规模实施等问题，本发明提供了一种发生常压高温蒸汽的热处理装置及其处理方法和用途。本发明旨在采用蓄热多孔陶瓷为热载体，直接火焰燃烧提高其温度，然后使常压蒸汽通过蓄热多孔陶瓷，并且通过多个间歇操作的蓄热燃烧器间的相互切换配合，获得高温常压的蒸汽，再对物料进行热处理。其避免了特殊的加热装置，可以通过燃烧天然气获得高温常压蒸汽，且不存在爆炸的危险，对设备制造的要求较低；所产生的气体可以被用来进行有毒 有害难处理污染物的无害化处置，也可以对活性污泥等物料进行碳化除味处理，还可以对生物质(如木材和竹材等)进行高温蒸汽处理，在碳化的同时获得木醋液或者竹醋液。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种蒸汽热处理装置，所述装置包括依次连接的水蒸发器、蓄热燃烧器组、热处理反应器、冷凝器和气体除臭装置；
其中，蓄热燃烧器组包括2个或2个以上的蓄热燃烧器，其个数可为2个、3个、4个、5个、6个或更多，其根据实际生产需要来确定；每个蓄热燃烧器的燃气出口均与水蒸发器中的加热管相连。
本发明蓄热燃烧器组中设置多个蓄热燃烧器，当其中一个蓄热燃烧器在加热水蒸气时，其余蓄热燃烧器用燃气来加热蓄热体，多个蓄热燃烧器互相切换使用，可以实现常压高温(温度为700～850℃)水蒸气的不断产出，提高热后续热处理的效率。
本发明中蓄热燃烧器的燃气出口均与水蒸发器中的加热管相连，可以对水蒸发器中的水进行加热，使热量循环利用。
优选地，每个蓄热燃烧器的蒸汽入口管路均设置有蒸汽进口阀，每个蓄热燃烧器的燃气入口管路上均设置有燃气进口阀，每个蓄热燃烧器的蒸汽出口管路上均设置有蒸汽出口阀，每个蓄热燃烧器的燃气出口管路上均设置有燃气出口阀。
优选地，所述蒸汽进口阀、燃气进口阀、蒸汽出口阀和燃气出口阀采用连锁控制；所述连锁控制，即为当蓄热燃烧器组中的一个蓄热燃烧器的蒸汽进口阀和蒸汽出口阀开启时，该蓄热燃烧器的燃气进口阀和燃气出口阀关闭；同时，除该蓄热燃烧器外的其他蓄热燃烧器燃气进口阀和燃气出口阀开启，除该 蓄热燃烧器外的其他蓄热燃烧器的蒸汽进口阀和蒸汽出口阀关闭。其可以保证蓄热燃烧器组中的一个蓄热燃烧器在加热水蒸气时，其他蓄热燃烧器用燃气对蓄热体进行加热，实现常压高温(温度700～850℃)水蒸气的不断产出。
优选地，所述加热管为蛇管、翅片管或钉头管中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：蛇管和翅片管的组合，翅片管和钉头管的组合，蛇管、翅片管和钉头管的组合等。
优选地，蓄热燃烧器中有蓄热体。
优选地，蓄热燃烧器中的蓄热体为蓄热多孔陶瓷。
优选地，所述蓄热多孔陶瓷为堇青石陶瓷、莫来石陶瓷、碳化硅陶瓷或直径在2mm～40mm的陶粒中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性的实例有：堇青石陶瓷和莫来石陶瓷的组合，莫来石陶瓷和碳化硅陶瓷的组合，碳化硅陶瓷和直径在2mm～40mm的陶粒的组合，堇青石陶瓷、莫来石陶瓷和碳化硅陶瓷的组合，莫来石陶瓷、碳化硅陶瓷和直径在2mm～40mm的陶粒的组合，堇青石陶瓷、莫来石陶瓷、碳化硅陶瓷和直径在2mm～40mm的陶粒的组合等；其中，直径在2mm～40mm的陶粒的直径可为2mm、4mm、6mm、8mm、10mm、12mm、14mm、16mm、18mm、20mm、22mm、24mm、26mm、28mm、30mm、32mm、34mm、36mm、38mm或40mm等。
优选地，所述蓄热多孔陶瓷的体积为1～8m3，例如1m3、2m3、3m3、4m3、5m3、6m3、7m3或8m3等。
优选地，每个蓄热燃烧器的燃气出口管路上设置有温度指示装置。
优选地，热处理反应器轴向安置机械搅拌装置，其可以实现热处理反应器中待处理物料的均匀搅拌。
第二方面，本发明提供了蒸汽热处理装置的处理方法，所述方法为：
将水通入水蒸发器中受热变成水蒸气，水蒸汽进入蓄热燃烧器组中的一个蓄热燃烧器中，蓄热燃烧器中的蓄热体将水蒸气加热升温，被加热的水蒸气进入热处理反应器中对热处理反应器中的物料进行热处理，热处理反应器中产生的气体进入冷凝器，从冷凝器中出来的气体进入气体除臭装置经过处理后排入大气，从冷凝器中出来的液体进行后续处理。
其中，从冷凝器中出来的液体根据其自身的成分来确定采取何种后续处理。当热处理反应器中处理的是木粉时，从冷凝器中出来的液体是木醋液；当热处理反应器处理的是竹粉时，从冷凝器中出来的液体是竹醋液；当热处理反应器中的处理物含有卤代有机物时，从冷凝器中出来的液体中含有水、羧酸和卤化氢。
优选地，从蓄热燃烧器的燃气出口排出的燃气进入水蒸发器中的加热管中，对水蒸发器中的水进行加热。
优选地，通入水蒸发器中的水的流量为1～10L/min，例如1L/min、2L/min、3L/min、4L/min、5L/min、6L/min、7L/min、8L/min、9L/min或10L/min等。
优选地，经蓄热燃烧器加热后的水蒸气的温度为700～850℃，例如700℃、710℃、720℃、730℃、740℃、750℃、760℃、770℃、780℃、790℃、800℃、810℃、820℃、830℃、840℃或850℃等。
优选地，燃气通入蓄热燃烧器中经点燃后加热蓄热体。
优选地，燃气由蓄热燃烧器中的点火装置进行点燃。
优选地，所述燃气为天然气和氧气的混合气或天然气和空气的混合气。
优选地，所述天然气和氧气的混合气中，天然气的体积浓度为15～55％，例如15％、17％、20％、23％、25％、27％、30％、33％、35％、37％、40％、 43％、45％、47％或55％等。
优选地，所述天然气和空气的混合气中，天然气的体积浓度为15～55％，例如15％、17％、20％、23％、25％、27％、30％、33％、35％、37％、40％、43％、45％、47％或55％等。
优选地，所述燃气的流量为2～10m3/h，例如2m3/h、3m3/h、4m3/h、5m3/h、6m3/h、7m3/h、8m3/h、9m3/h或10m3/h等。
优选地，在蓄热燃烧器组中的一个蓄热燃烧器对水蒸气进行加热时，除该蓄热燃烧器外的其他蓄热燃烧器内通入燃气对蓄热体进行加热。
优选地，当蓄热燃烧器组中的一个蓄热燃烧器的蒸汽进口阀和蒸汽出口阀开启时，该蓄热燃烧器的燃气进口阀和燃气出口阀关闭；同时，除该蓄热燃烧器外的其他蓄热燃烧器燃气进口阀和燃气出口阀开启，除该蓄热燃烧器外的其他蓄热燃烧器的蒸汽进口阀和蒸汽出口阀关闭；即保证一个蓄热燃烧器在对水蒸气进行加热的时候，其他蓄热燃烧器通过燃气火焰对蓄热体进行加热，以便各个蓄热燃烧器间可以相互切换保证持续不断的产生常压高温水蒸气。
优选地，当蓄热燃烧器的燃气出口排出的燃气为800～1200℃时，关闭该蓄热燃烧器的燃气进口阀和燃气出口阀，并开启该蓄热燃烧器的蒸汽进口阀和蒸汽出口阀，即通入蒸汽，用加热好的蓄热体对水蒸气进行加热；同时，开启除该蓄热燃烧器外的其他蓄热燃烧器的燃气进口阀和燃气出口阀，再点燃除该蓄热燃烧器外的其他蓄热燃烧器中的点火装置，点燃燃气对蓄热体进行加热，并且关闭除该蓄热燃烧器外的其他蓄热燃烧器的蒸汽进口阀和蒸汽出口阀。
第三方面，本发明提供了上述蒸汽热处理装置的用途，其应用于生物质热解、污染物处置和环境保护技术领域。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明采用蓄热多孔陶瓷为热载体，直接火焰燃烧提高其温度，并且通过多个间歇操作的蓄热燃烧器间的相互切换配合，获得高温常压的蒸汽对物料进行热处理，保证了蒸汽热处理的连续进行，提高了热处理效率，使其效率达到76.3％。
(2)本发明将从蓄热燃烧器的燃气出口排出的燃气引入水蒸发器中的加热管中，对水蒸发器中的水进行加热，使热量能够循环利用，节约能源。
(3)本发明所述的蒸汽热处理装置蒸汽耗能小，安全性能高，易大规模实施，具有良好的经济效益。
附图说明
图1是本发明所述的蒸汽热处理装置的结构示意图；
其中，1-水进料，2-燃气进气气流，3-水蒸发器，4-加热管，5-电加热器，6-外接电源，7-燃气进口阀，8-水蒸气进口阀，9-燃气火炬，10-蓄热燃烧器，11-蓄热体，12-蓄热燃烧器的保温外壁，13-燃气出口阀，14-蒸汽出口阀，15-热处理反应器，16-物料，17-搅拌装置，18-搅拌装置的电机，19-冷凝器，20-冷却水出口，21-冷却水进口，22-气体除臭装置，23-气体除臭装置排出的尾气，24-冷凝器排出的冷凝液，25-加热管中排出的燃气，26-温度指示装置，27-蓄热燃烧器组。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
如图1所示，本发明提供了一种蒸汽处理装置，所述装置包括依次连接的水蒸发器3、蓄热燃烧器组27、热处理反应器15、冷凝器19和气体除臭装置22。
其中，蓄热燃烧器组27包括2个或2个以上的蓄热燃烧器10；每个蓄热燃烧器10的燃气出口均与水蒸发器3中的加热管4相连。
每个蓄热燃烧器10的蒸汽入口管路均设置有蒸汽进口阀8，每个蓄热燃烧器10的燃气入口管路上均设置有燃气进口阀7，每个蓄热燃烧器10的蒸汽出口管路均设置有蒸汽出口阀14，每个蓄热燃烧器10的燃气出口管路均设置有燃气出口阀13。
所述蒸汽进口阀8、燃气进口阀7、蒸汽出口阀14和燃气出口阀13采用连锁控制。
所述加热管4为蛇管、翅片管或钉头管中任意一种或至少两种的组合。
蓄热燃烧器10中有蓄热体11。
蓄热燃烧器10中的蓄热体11为蓄热多孔陶瓷。
每个蓄热燃烧器10的燃气出口管路上设置有温度指示装置26。
热处理反应器15轴向安置机械搅拌装置17。
实施例1：
将软化水通入水蒸发器3中，水的流量为3L/min，通过电加热使水蒸发，水蒸汽进入两个并排的蓄热燃烧器10中的一个，蓄热燃烧器10当中的高温蓄热多孔陶瓷体11(堇青石陶瓷，其孔道为2mm的方孔，两个蓄热燃烧器10中蓄热多孔陶瓷11的体积均为1m3)将100℃左右的常压水蒸气加热至高温780℃，被加热的水蒸气进入热处理反应器15中对热处理反应器15中的木粉进行热处理，热处理反应器15的体积为1.5m3，其中木粉的容量为1m3，热处理反应器15轴向安置机械搅拌装置17，热处理反应器15中产生的气体进入冷凝器19中由35℃冷却水进行冷却，从冷凝器19中出来的气体进入气体除臭装置22经过处理后排入大气，从冷凝器19中出来的液体为木醋液，待进一步回收。
蓄热燃烧器10中的蓄热多孔陶瓷11是被蓄热燃烧器10中的燃气(天然气与空气的混合气体，其中天然气的浓度为20％，流量为3m3/h)火焰加热，2个蓄热燃烧器10中的一个蓄热燃烧器10对水蒸气进行加热时，另一个蓄热燃烧器10内通入燃气对蓄热多孔陶瓷11进行加热，当通燃气的蓄热燃烧器10排出的燃气超过800℃时，关闭此蓄热燃烧器10的燃气出口阀13和燃气进口阀7，打开该蓄热燃烧器10的蒸汽进口阀8和蒸汽出口阀14，对蒸汽进行加热；同时打开另一个蓄热燃烧器10的燃气出口阀13和燃气进口阀7，关闭其蒸汽进口阀8和蒸汽出口阀14，利用点火装置点燃燃气对蓄热多孔陶瓷11进行加热，两个蓄热燃烧器10互相切换，实现高温常压水蒸气的不断产出。
从蓄热燃烧器10的燃气出口排出的燃气进入水蒸发器3中的加热管4(蛇管)中，对水蒸发器3中的水进行加热。
该实施例的热处理效率为62.8％。
实施例2：
除水的流量为10L/min；蓄热多孔陶瓷体11为莫来石陶瓷，其孔道为8mm的六方孔，两个蓄热燃烧器10中蓄热多孔陶瓷11的体积均为3m3；蓄热燃烧器10中常压水蒸气被加热至高温700℃；燃气为天然气与空气的混合气体，其中天然气的浓度为20％，流量为8m3/h；热处理反应器15中处理的是厨余垃圾，从冷凝器19中出来的液体送往生物水处理装置进行处理；通燃气的蓄热燃烧器10排出的燃气超过900℃时，关闭此蓄热燃烧器10的燃气出口阀13和燃气进口阀7外，其他步骤均匀实施例1中相同。
该实施例的热处理效率为70.1％。
实施例3：
除水的流量为5L/min；蓄热多孔陶瓷体11为莫来石陶瓷，其孔道为8mm 的六方孔，两个蓄热燃烧器10中蓄热多孔陶瓷11的体积均为2m3；蓄热燃烧器10中常压水蒸气被加热至高温700℃；燃气为天然气与空气的混合气体，其中天然气的浓度为25％，流量为5m3/h；热处理反应器15中处理的是畜禽粪便，从冷凝器19中出来的液体送往生物水处理装置进行处理；通燃气的蓄热燃烧器10排出的燃气超过1000℃时，关闭此蓄热燃烧器10的燃气出口阀13和燃气进口阀7外，其他步骤均匀实施例1中相同。
该实施例的热处理效率为72.9％。
实施例4：
除水的流量为5L/min；蓄热多孔陶瓷体11为碳化硅陶瓷，其孔道为5mm的方孔，两个蓄热燃烧器10中蓄热多孔陶瓷11的体积均为8m3；蓄热燃烧器10中常压水蒸气被加热至高温800℃；燃气为天然气与空气的混合气体，其中天然气的浓度为50％，流量为2m3/h；热处理反应器15中处理的是厨余垃圾，从冷凝器19中出来的液体送往生物水处理装置进行处理；通燃气的蓄热燃烧器10排出的燃气超过1200℃时，关闭此蓄热燃烧器10的燃气出口阀13和燃气进口阀7外，其他步骤均匀实施例1中相同。
该实施例的热处理效率为74.0％。
实施例5：
除水的流量为5L/min；蓄热多孔陶瓷体11为直径10mm的陶粒，两个蓄热燃烧器10中蓄热多孔陶瓷11的体积均为3m3；蓄热燃烧器10中常压水蒸气被加热至高温800℃；燃气为天然气与空气的混合气体，其中天然气的浓度为40％，流量为4.2m3/h；热处理反应器15中处理的是含氯代烃垃圾，从冷凝器19中出来的液体经过添加Ca(OH)2调pH为中性后送往生物法水处理装置进行处理，然后排放；通燃气的蓄热燃烧器10排出的燃气超过1100℃时，关闭此蓄 热燃烧器10的燃气出口阀13和燃气进口阀7外，其他步骤均匀实施例1中相同。
该实施例的热处理效率为76.3％。
实施例6：
除水的流量为5L/min；蓄热多孔陶瓷体11为直径2mm的陶粒，两个蓄热燃烧器10中蓄热多孔陶瓷11的体积均为2.5m3；蓄热燃烧器10中常压水蒸气被加热至高温800℃；燃气为天然气与空气的混合气体，其中天然气的浓度为40％，流量为3.8m3/h；热处理反应器15中处理的是含丁氰橡胶和六氰合铁酸盐的垃圾，从冷凝器19中出来的液体送往生物法水处理装置进行处理，而后排放；通燃气的蓄热燃烧器10排出的燃气超过900℃时，关闭此蓄热燃烧器10的燃气出口阀13和燃气进口阀7外，其他步骤均匀实施例1中相同。
该实施例的热处理效率为68.2％。
实施例7：
除水的流量为5L/min；蓄热多孔陶瓷体11为直径40mm的陶粒；热处理反应器15中处理的是含氰化尾渣的垃圾，从冷凝器19中出来的液体送往生物法水处理装置进行处理，而后排放外，其他步骤均匀实施例6中相同。
该实施例的热处理效率为53.7％。
实施例8：
除水的流量为1L/min；蓄热燃烧器10中常压水蒸气被加热至高温850℃；燃气为天然气与氧气的混合气体，其中天然气的浓度为15％，流量为10m3/h；蓄热燃烧器组27中有4个蓄热燃烧器外，其他步骤均匀实施例1中相同。
该实施例的热处理效率为67.5％。
实施例9：
除燃气为天然气与氧气的混合气体，其中天然气的浓度为55％；蓄热燃烧器组27中有3个蓄热燃烧器外，其他步骤均匀实施例1中相同。
该实施例的热处理效率为61.8％。
对比例：
除只采用一个蓄热燃烧器10进行水蒸气的加热外，其他步骤均匀实施例1中相同。
该对比例的热处理效率为50.6％。
综上所述，可以看出本发明采用蓄热多孔陶瓷为热载体，直接火焰燃烧提高其温度，并且通过多个间歇操作的蓄热燃烧器间的相互切换配合，获得高温常压的蒸汽对物料进行热处理，保证了蒸汽热处理的连续进行，提高了热处理效率，使其效率可达76.3％；同时，本发明将从蓄热燃烧器的燃气出口排出的燃气引入水蒸发器中的加热管中，对水蒸发器中的水进行加热，使热量能够循环利用，节约能源；并且蒸汽热处理装置蒸汽耗能小，安全性能高，易大规模实施，具有良好的经济效益。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。