一种反应釜及应用其的富水生物质干化及能量回收系统的制作方法

本发明涉及高COD含量的含水固体、液体处置设备领域，尤其涉及一种反应釜及应用其的富水生物质干化及能量回收系统。

背景技术：

城镇化发展是现代工业文明的显著特征，人类集居，产业集聚，全球经济一体化，工业文明造就了现代都市，同时也造成大量的废水和有机固体废弃物（如市政污泥和餐厨垃圾）污染。绝大部分的有机固体液体废弃物实际上是富水生物质，所述富水生物质常见的有：高COD含量的污水处理产生的浓缩液、污泥、畜禽等动物饲养产生的排泄物（动物粪便等）、餐厨垃圾（菜叶、果皮、残羹剩饭、油脂等）、园林垃圾（园林修剪产生的枝叶等）、农田垃圾（作物）等富水生物质。

污水处理厂产生的富水生物质可能含有病原体、过量的盐分和氮磷、有机高聚物、重金属等物质，不能随意排放，焚烧的方式因其可达到减量和消除污染的目的因而得到广泛的应用。由于污水处理厂送出的富水生物质含水量在90%上下，发热值很低，富水生物质又必须在干燥状态才能着火燃烧，因此需要有热量先蒸发污泥中大部分的水分之后才可进行焚烧。反应釜作为化工行业常用设备可用于富水生物质脱水作业。

常用的反应釜为双层结构，在其夹层内利用油浴加热方式对反应釜进行升温，但其导热油通常是在反应釜内层的底部和外壁进行加热，当反应釜容量大时，这种加热方式存在反应釜内物质受热不均的问题，其处理量小，不适于大容量时的处理。

如专利号为201020577879.3的中国专利公开了一种回流反应釜，其包括釜体、冷凝塔和回流管，所述釜体包括内层反应釜和外层加热釜，还包括油浴锅，所述油浴锅通过进油管和回油管两道管路与所述外层加热釜相连接。该装置利用导热油的高沸点特点，能使反应釜内的物料快速升温，且导热油还可循环使用，节能环保，适用于富水生物质脱水。但该技术方案也存在内层反应釜内物料受热不均的情况，尤其是与外层加热釜距离较远的中心位置的热量利用率极低。

另有专利号为201220006637.8的中国专利，其公开的利用导热油管加热的反应釜将加热管设置于釜体内部，这样的设置虽然一定程度上缓解了反应釜内物质受热不均的问题，但由于其被处理物料与导热油管直接接触，易在导热油管表面结垢，导致导热率下降从而影响物料热交换的效率，物料干化后粘结在导热油管上也存在不易清除的问题，并且当物料具有腐蚀性时容易对导热油管表面造成腐蚀，使得导热油管使用寿命缩短，加大了设备运行成本。

因此，亟需根据富水生物质的特性对现有的反应釜结构进行改进，使富水生物质脱水过程反应釜内物质受热均匀，运行更为安全稳定，最大限度提高反应釜的热交换效率，节约设备运行成本。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种用于富水生物质脱水的，热交换效率高，安全环保的反应釜。

实现本发明目的一的技术方案为，一种反应釜，包含反应腔及导热装置，其特征在于：所述反应腔包括反应腔内胆和反应腔外筒，所述反应腔外筒套设在反应腔内胆外部，反应腔上设置有投料口用于将待处理的富水生物质投入反应腔内胆，所述反应腔内胆底部具有若干个向反应腔内胆内侧的顶部方向突出的导热槽，所述导热装置伸入所述导热槽内部；

进一步地，所述反应腔还具有一个上端盖，所述上端盖内部形成一个蒸发腔与所述反应腔配合连接，所述上端盖与反应釜之间由密封装置密封，所述上端盖上还设有若干个接管，每个接管上设有连接装置；

进一步地，所述导热装置为形状与导热槽适配的电加热管、高温水蒸汽管或导热油管；进一步地，所述导热装置的数量与所述导热槽相等；

进一步地，所述导热装置为导热油管，所述导热油管由导热油内管以及套设在导热油内管外部的导热油外管组成，所述导热油内管的两个端部均设有开口，其中导热油内管第一端部开口与导热油外管的第一端部连接，所述导热油内管第二端部开口与进油管连通，所述进油管与油源连接；所述导热油外管的第一端部封闭，套设在导热油内管第一端部开口外，所述导热油外管第二端部设有开口与出油管连通；

进一步地，所述出油管与油源连接构成循环油路；

进一步地，所述密封装置包含上端盖上沿其外周径向突出的第一密封盘、反应腔的上端部沿其外周径向突出的第二密封盘、密封垫片、拉紧螺栓、千斤顶及千斤顶的顶出活塞连接盘；所述拉紧螺栓包含螺杆和垂直于螺杆的长形头部，所述螺杆的末端设有螺纹，所述第二密封盘和千斤顶的顶出活塞连接盘上的对应位置各设置若干个螺栓孔用于穿设所述拉紧螺栓，所述第一密封盘上与第二密封盘和千斤顶的顶出活塞连接盘上的螺栓孔对应的位置设置螺栓槽用于安装所述拉紧螺栓，所述螺栓槽的宽度大于所述拉紧螺栓的长形头部的宽度但明显小于所述拉紧螺栓的长形头部的长度，所述拉紧螺栓的长形头部安装在第一密封盘上，其螺杆自上而下依次穿过端盖外周的第一密封盘、反应腔上端部外周的第二密封盘和千斤顶的顶出活塞连接盘，其末端设有螺母与其上的螺纹连接。所述千斤顶的底部固定安装于反应釜外周的第二密封盘上，所述千斤顶的顶出活塞的末端与千斤顶的顶出活塞连接盘固定连接。

进一步地，所述千斤顶为液压式，所有千斤顶的手柄连接到同一个传动机构，以便对千斤顶统一进行活塞顶出和复位操作。

进一步地，所述反应釜具有下端盖，所述导热装置穿出所述下端盖。

进一步地，所述反应釜具有下端盖，所述导热油内管和导热油外管穿出所述下端盖8。

进一步地，所述导热装置为电加热棒。

本发明实现的反应釜具有如下优点：

1、 反应釜内胆底部具有数个向反应釜内胆内侧的顶部方向突出的导热槽，导热油管伸入导热槽内的加热方式，增加了反应釜内筒的富水生物质的受热点，提高导致导热率，使加热过程受热更为均匀，大大提高了反应釜内的热交换效率，其处理量大，非常适于大容量时的处理。

2、 采用在反应釜内胆的底部设置向内胆内侧的顶部方向突出的导热槽，导热油管伸入导热槽内的加热方式，避免被处理物料与导热油管直接接触，防止物料干化后在导热油管表面结垢不易清除的问题，并防止物料对导热油管表面的腐蚀，提高导热油管使用寿命缩短，降低了设备运行成本。

3、 反应腔采用内胆加外筒的双层结构，在内胆受到腐蚀后可以更换内胆，避免更换整个反应釜，从而提高反应釜其他部分的使用寿命，降低设备运行成本。

4、 密封装置的设置使加热过程中富水生物质处于密闭环境，降低了升温升压的能耗，还可以充分将富水生物质加热过程中释放的热量转移到污泥脱水产生的高温蒸汽中。

5、 千斤顶式的密封装置设置结构紧凑，能使反应釜的开盖与密封能够快速进行，操作简便，省力，开盖效率高，大大降低了劳动强度和工作量。

6、 采用上述的千斤顶加拉紧螺栓及密封盘的密封方式具有如下优点：一方面利用千斤顶的顶力使反应釜密封效果好，达到设定的压力值。

7、 所有千斤顶的手柄与同一个传动机构连接以对千斤顶进行同时操作，能使反应釜的开盖与密封能够快速进行，操作简便，省力。

8、 采用上述千斤顶式密封装置，一方面利用千斤顶的顶立使反应釜密封效果好，相对于超高温高压反应器而言，其反应釜的制造难度大大降低，且制造成本也大大减小，运行的费用也大大减小，安全性及稳定性都大大增强。

9、 采用上述千斤顶式密封装置，能根据实际情况，通过调整千斤顶的顶力调整反应釜的压力。

10、 当反应釜的加热方式为导热油管加热时，其产生的脱水干化生物质可投入导热油锅炉中直接燃烧，回收燃烧热量可用于加热导热油，将富水生物质干化过程中的能源消耗降到最低。

本发明的目的之二在于提供一种富水生物质干化及能量回收系统，其包括本发明目的一的技术方案所述的反应釜。

进一步地，所述富水生物质干化及能量回收系统还包括导热油加热锅炉、热交换器、干净冷媒水供应装置、废水废气处理装置、汽轮机发电系统和灰分处置设备。所述反应釜上的若干个接管分别与压力表、温度计以及一个可控出汽阀门连接，所述可控出汽阀门作为反应釜的蒸汽输出端，所述反应釜的导热油管与导热油加热锅炉连接以输入导热油，所述导热油加热锅炉与灰分处置设备连接，用于导热油加热锅炉内烧尽的灰分处置；反应釜的蒸汽输出端管道与热交换器的第一换热介质输入端连接，所述热交换器的第一换热介质输出端与废水废气处理装置连接用于处理降温后的废水废气；所述热交换器的第二换热介质输入端与干净冷媒水供应装置管道连接，热交换器的第二换热介质输出端与发电系统管道连接，用于将热交换过程中产生的干净的高温高压第二换热介质蒸汽输送给汽轮发电系统发电。

进一步地，所述反应釜排出的干化后的富水生物质送入导热油加热锅炉内作为燃料。

进一步地，所述汽轮机发电系统还可以与导热油加热锅炉连接管道连接，以将发电系统发电过程中产生的废热用于导热油加热的加热过程，实现能量的充分循环利用。

除了发电，本实施例中经热交换器产生的干净的第二换热介质蒸汽还可以输送到市政、工农业和军事设施的供暖系统供暖或其他工农业应用。

采用本发明目的二所述技术方案的富水生物质干化及能量回收系统具有如下优点：

1. 反应釜对富水生物质进行干化脱水消耗的能量转化成废水废气中的部分能量，及富水生物质本身含有的能量在干化脱水过程中释放，富水生物质中的各种成分在干化脱水过程中相互作用产生新能量，所有这些能量大部分通过反应釜输出的废水和废气经热交换后得到转化回收，节能减排效果显著，使富水生物质可作为新能源，变废为宝。

2. 富水生物质干化脱水后的固体废物可作为燃料回收能量，其燃烧后的灰分进一步处理以回收利用其中的能量和重金属等物质。

本发明实现的回收富水生物质中能量的热回收方法和系统具有优异的节能环保优势，具有重大的经济和社会效益。

附图说明：

图1是本发明目的一的一个实施例的立体示意图。

图2是图1所示实施例的主视图

图3是图1所示实施例的未安装千斤顶、拉紧螺栓及千斤顶的顶出活塞连接盘的反应釜的示意图

图4是图3所示实施例的俯视图

图5是图3所示实施例的A-A向剖视图

图6是图5所示实施例中导热油管的剖面示意图

图7是本发明目的二的一个实施例的示意图。

图1-6中，1为反应釜，2为反应腔，21为反应腔内胆，22为反应腔外筒，23为投料口，24为导热槽；3为导热油管，31为导热油内管，32为导热油外管32，311为导热油内管第一端部开口311，4为进油管，312为导热油内管第二端部开口，322为导热油外管第二端部开口，5为出油管；6为上端盖，61为蒸发腔，62为接管，63为连接装置；7为密封装置， 71为第一密封盘， 72为第二密封盘、73为密封垫片、74为拉紧螺栓、741为拉紧螺栓的螺杆，742为拉紧螺栓的长形头部，743为螺杆741的末端，744为螺母；75为千斤顶，751为千斤顶的顶出活塞，76为千斤顶的顶出活塞连接盘，77为螺栓孔，78为螺栓槽，8为反应釜下端盖。

图5中，9为热交换器、10为可控出汽阀门、11为压力表、12为温度计、13为灰分处置设备、14为干净冷媒水供应装置、15为废水废气处理装置、16为汽轮机发电系统，17为导热油加热锅炉，91为热交换器9的第一换热介质输入端，92为所述热交换器9的第一换热介质输出端，93为所述热交换器9的第二换热介质输入端，94为热交换器9的第二换热介质输出端。

具体实施方式：

实施例一：

以下结合附图1-6对本发明目的一的技术方案的一个实施例进行详细描述。

如图1-6中所示，本发明所述的一种反应釜1，包含反应腔2及导热装置，所述反应腔1包括反应腔内胆21和反应腔外筒22，所述反应腔外筒22套设在反应腔内胆21外部，反应腔上设置有投料口23用于将待处理的富水生物质投入反应腔内胆，所述反应腔内胆底部具有若干个向反应腔内胆内侧的顶部方向突出的导热槽24，所述导热装置为导热油管3伸入所述导热槽24内部。优选地，所述导热装置的数量与所述导热槽的数量相等。

如图1-5所示，本实施例中，所述反应釜1还具有一个上端盖6和下端盖8。所述上端盖6内部形成一个蒸发腔61与所述反应釜的反应腔2配合连接，上端盖6上沿其外周径向突出的第一密封盘71。如图3所示，所述上端盖6内部形成一个蒸发腔与所述反应釜的反应腔配合连接，所述上端盖与反应釜之间由密封装置密封，所述上端盖6上还设有若干个接管62，每个接管上设有连接装置63。反应釜1与所述下端盖8之间为法兰连接方式，所述导热油管3穿出所述下端盖8。所述若干个接管62用于排出蒸汽及连接诸如压力表、温度计、排气阀等仪器仪表。

如图1、2和5中所示，本实施例中，所述密封装置7包含上端盖6上沿其外周径向突出的第一密封盘71，反应腔的上端部的沿其外周径向突出的第二密封盘72、密封垫片73、拉紧螺栓74、千斤顶75及千斤顶的顶出活塞连接盘76；所述拉紧螺栓74包含螺杆741和垂直于螺杆的长形头部742，所述螺杆的末端743设有螺纹，所述第二密封盘72和千斤顶的顶出活塞连接盘76上的对应位置各设置若干个螺栓孔77用于穿设所述拉紧螺栓，所述第一密封盘71上与第二密封盘72和千斤顶的顶出活塞连接盘上的螺栓孔77对应的位置设置螺栓槽78用于安装所述拉紧螺栓74，所述螺栓槽78的宽度大于所述拉紧螺栓的长形头部742的宽度但明显小于所述拉紧螺栓的长形头部的长度，所述拉紧螺栓的长形头部742安装在第一密封盘71上，其螺杆741自上而下依次穿过上端盖外周的第一密封盘71、反应腔的上端部外周的第二密封盘72和千斤顶的顶出活塞连接盘76，所述螺杆741的末端设有螺母744与其上的螺纹连接。所述千斤顶的底部固定安装于反应腔的上端部外周的第二密封盘上，所述千斤顶的顶出活塞751的末端与千斤顶的顶出活塞连接盘76固定连接。所述第一密封盘71和第二密封盘72之间设置密封垫片73以增强密封效果。

所述千斤顶为液压式，所有千斤顶的手柄连接到同一个传动机构，以便对千斤顶统一进行活塞顶出和复位操作。

如图1、2、5、6所示，本实施例中的导热装置为导热油管3，所述导热油管3由导热油内管31以及套设在导热油内管外部的导热油外管32组成，所述导热油内管31的两个端部均设有开口，其中导热油内管第一端部开口311与导热油外管32的第一端部321连接，导热油内管第二端部开口312与进油管4连通，所述进油管4与进油总管连接，所述进油总管与油源连接；所述导热油外管32的第一端部321封闭，套设在导热油内管第一端部开口311外，所述导热油外管第二端部设有开口322与出油管5连通；所述出油管5与出油总管连接，实际应用中所述出油总管可以与油源连接以构成循环油路。

本实施例中，所述导热装置优选为导热油管3，在实际应用中，所述导热装置还可以为形状与导热槽适配的电加热管、高温水蒸汽管。

以下对反应釜与上端盖的密封装置的工作状态做进一步描述。

非密封状态时，所述千斤顶75的外壳底部固定安装于反应釜外周的第二密封盘72上，所述千斤顶的顶出活塞751的末端与千斤顶的顶出活塞连接盘76固定连接，此时千斤顶不施压，千斤顶的顶出活塞751处于原始位置。所述拉紧螺栓的螺杆741自上而下依次穿过反应腔上端部外周的第二密封盘72和千斤顶的顶出活塞连接盘76，其末端由螺母744与其上的螺纹连接。

反应釜需要密封时，在反应釜中装填完完需要干化的富水生物质后，将所述拉紧螺栓74的长形头部742的长度方向调整成第二密封盘72的径向，将所述上端盖6盖在反应釜1上，转动上端盖6，使第一密封盘71上的螺栓槽78与第二密封盘72和千斤顶的顶出活塞连接盘76上的螺栓孔77一一对应，也就是说，使拉紧螺栓7的长形头部742与第一密封盘71上的螺栓槽78一一对应。逐个提升并转动拉紧螺栓7使其长形头部卡在螺栓槽78上方，优选地，所述长形头部742垂直地卡在螺栓槽78上方。操作与千斤顶手柄连接的传动机构启动千斤顶75，使千斤顶的顶出活塞751伸出以带动千斤顶的顶出活塞连接盘76往下运动，进而拉动所述拉紧螺栓7向下运动达到锁紧第一密封盘71和第二密封盘72的技术效果。

当需要打开上端盖时，操作与千斤顶手柄连接的传动机构，使千斤顶的顶出活塞751复位，带动千斤顶的顶出活塞连接盘76往上运动，这时所述拉紧螺栓7受到的拉力逐渐消失，达到解除第一密封盘71和第二密封盘72密封的技术效果，此时，转动拉紧螺栓7的长形头部742，将其长度方向调整成第二密封盘72的径向，使拉紧螺栓7的长形头部742沉入第一密封盘71上的螺栓槽78中，随后即可打开上端盖。

采用上述的千斤顶加拉紧螺栓及密封盘的密封方式具有如下优点：一方面利用千斤顶的顶力使反应釜密封效果好，达到设定的压力值，并能根据实际情况，通过调整千斤顶的顶力调整反应釜的压力，所有千斤顶的手柄与同一个传动机构连接以对千斤顶进行同时操作，能使反应釜的开盖与密封能够快速进行，操作简便，省力。

实施例二：

以下结合附图1-4对本发明目的一的技术方案的实施例进行详细的描述。

本发明的目的之二提供一种富水生物质干化及能量回收系统，如7所示，所述回收富水生物质中能量的系统，其包括反应釜1、导热油加热锅炉17、热交换器9、干净冷媒水供应装置14、废水废气处理装置15和汽轮机发电系统16、灰分处置设备13，所述反应釜1上的若干个接管62分别与压力表11、温度计12以及一个可控出汽阀门10连接，所述可控出汽阀门10作为反应釜1的蒸汽输出端。

所述反应釜1的导热油管3与导热油加热锅炉17连接以输入导热油，所述导热油加热锅炉17与灰分处置设备13连接，用于导热油加热锅炉17内烧尽的灰分的处置；反应釜1的可控出汽阀门10用作蒸汽输出端管道与热交换器9的第一换热介质输入端91连接，所述热交换器9的第一换热介质输出端92与废水废气处理装置15连接用于处理降温后的废水废气；所述热交换器9的第二换热介质输入端93与干净冷媒水供应装置14管道连接，热交换器9的第二换热介质输出端94与发电系统16管道连接，用于将热交换过程中产生的干净的高温高压第二换热介质蒸汽输送给汽轮发电系统16发电。

使用时，将含水率<99.9%的富水生物质放入反应釜中，经过一级升温后静置，使富水生物质和固体无机杂质分离；再经由二级升温后，打开可控出汽阀门10输出高温高压水蒸气使富水生物质脱水干化成含水率为0%～50%的生物质，将干化后的生物质再送入导热油加热锅炉17内燃烧；所述灰分处置设备13与导热油加热锅炉17连接，用于导热油加热锅炉内烧尽的灰分处置；所述热交换器9的第一换热介质输入端91与反应釜1的蒸汽输出端管道连接，将反应釜输出的带杂质的高温高压水蒸汽作为第一换热介质输入热交换器中；所述热交换器9的第二换热介质输入端93与干净冷媒水供应装置14管道连接，所述干净常温水作为热交换器9的第二换热介质，本实施例中的第二换热介质为常温脱盐水。作为第二换热介质的常温脱盐水经热交换器的第二换热介质输入端93通入热交换器中与作为第一换热介质的高温高压水蒸汽进行热交换；所述热交换器9的第二换热介质输出端94与发电系统16管道连接，热交换过程中产生的干净的高温高压第二换热介质蒸汽经热交换器的第二换热介质输出端94输送给汽轮发电系统16发电；所述热交换器9的废水废气输出端92与废水废气处理装置15连接，热交换过程中，自反应釜1的蒸汽输出端输出的带杂质的高温高压水蒸汽经热交换后转化成废水废气，所述带杂质的高温高压水蒸汽转化成的废水废气经由第一换热介质输出端92（即废水废气输出端）输入至废水废气处理装置15中处理。所述汽轮机发电系统16还可以与导热油加热锅炉17连接管道连接，以将发电系统发电过程中产生的废热用于导热油加热的加热过程，实现能量的充分循环利用。

本实施例中，所述反应釜排出的干化后的富水生物质可送入导热油加热锅炉17内作为燃料。进一步地，所述汽轮机发电系统16还可以与导热油加热锅炉17连接管道连接，以将发电系统发电过程中产生的废热用于导热油加热的加热过程，实现能量的充分循环利用。

除了发电，本实施例中经热交换器产生的干净的第二换热介质蒸汽还可以输送到市政、工农业和军事设施的供暖系统供暖或其他工农业应用。

本发明实现的富水生物质干化及能量回收系统具有优异的节能环保优势，具有重大的经济和社会效益。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管本发明的实施例对本发明进行了详细描述，但对于本领域的技术人员而言，仍然可以对本发明的技术方案进行修改或对其进行等同替换，任何这些修改或替换均属于本发明所要求保护的技术方案的范围。