一種回轉窯內循環顆粒床反應器及其使用方法
1.本發明屬于環保領域，具體涉及一種回轉窯內循環顆粒床反應器及其使用方法。
背景技術：
2.生物干化與堆肥常用于高含水率有機物料的資源化處理過程，但傳統生物干化與堆肥技術存在混料與發酵過程于不同的反應器內進行，設備投資較高；且發酵周期長、干化過程水分降低效果不明顯，堆肥過程腐熟度不夠等問題。
3.以高溫氣體為熱源的有機物熱解與水泥煅燒過程也同樣存在著反應時間過長的問題，此問題會以提高回轉窯窯中筒體的長度為代價來解決，大幅增加了反應器的整體造價，為相關企業的運行增加了較大的經濟負擔。
技術實現要素：
4.為克服現有生產工藝的不足，本發明提供一種回轉窯內循環顆粒床反應器及其使用方法，于反應器內設置顆粒內循環裝置，實現反應末端的部分顆粒重回至反應首端，為不同反應提供各種媒介，大幅減少反應時間，進而減少設備投資費用，方便其在工業上應用。
5.本發明的技術方案：
6.一種回轉窯內循環顆粒床反應器，該裝置由窯頭段1、窯中段2及窯尾段3依次連接組成；
7.所述的窯頭段1設有進料倉4，密封進料閥5，緩沖倉6，進料裝置7及預熱裝置8；所述的進料倉4布置于兩級密封進料閥5之間，底部的密封進料閥5出口連接緩沖倉6，緩沖倉6底部布有進料裝置7，緩沖倉6外部布有預熱裝置8，預熱裝置8上設有出氣口9，預熱裝置8的進氣口以及進料裝置7均連通窯中段2的反應倉；
8.所述的窯中段2設的反應倉內有一組以上顆粒內循環裝置10，所述的顆粒內循環裝置10設有自窯中段2末端至首端依次排布的錐形進口11，循環管路12及循環料出口13，根據處理原料的不同，錐形進口11前端可增設過濾網14；依據顆粒間的摩擦性能及應用溫度的不同，窯中段2內外分別設有澆注料層15及外保溫層16，為控制反應物的停留時間，窯中段2的首端與末端下部均局部設有擋板17，擋板17不隨窯中段2旋轉；
9.所述的窯尾段3設有固相產物出口18及進氣口19。
10.該反應器的使用方法有如下三種：
[0011]ⅰ生物干化與堆肥過程：待處理的原料經由進料倉4及兩級密封進料閥5送入緩沖倉6內，由進料裝置7推至窯中段2的首端，伴隨回轉窯反應器自身的周向運動，窯中段2的末端的部分固體產物會由顆粒內循環裝置10的錐形進口11進入循環管路12內部，并以逆流的形式由循環料出口13返回至窯中段2的首端，進而實現原料與固體產物的充分均勻混合，以此調節初始反應物的含水率及菌數量，可有效縮短反應啟動時間，促進物料升溫；同時高溫空氣由進氣口19送入回轉窯反應器內部，為發酵過程提供氧氣及高溫背景環境，進一步縮短總反應時長；干化過程中產生的廢氣送入預熱裝置8，以間接換熱的形式為初始反應物
加熱后由出氣口9排出，發酵過程結束后部分固體顆粒返回至窯中段2的首端再次為原料的發酵過程調節水分及菌數量，剩余固體產物由固相產物出口18排出；
[0012]ⅱ熱解過程：裝置頂部的密封進料閥5開啟，底部的密封進料閥5關閉，將待處理的原料經送入進料倉4，原料達到一定數量后頂部的密封進料閥5關閉，底部的密封進料閥5開啟，原料送入緩沖倉6內，由進料裝置7推至窯中段2的首端，伴隨回轉窯反應器自身的周向運動，窯中段2的末端的部分固體產物會由顆粒內循環裝置10的錐形進口11進入循環管路12內部，并以逆流的形式由循環料出口13返回至窯中段2的首端，進而實現原料與固體產物的充分均勻混合，高溫固體產物為原料的快速干燥及熱解提供能量；同時高溫惰性氣體由進氣口19送入回轉窯反應器內部，為熱解過程進一步提供能量及高溫背景環境；熱解過程中產生的熱解揮發產物送入預熱裝置8，以間接換熱的形式為初始反應物加熱后由出氣口9排出后冷凝收集，熱解過程結束后部分固體顆粒返回至窯中段2的首端再次為原料的快速干燥和熱解提供能量，剩余固體產物由固相產物出口18排出；
[0013]ⅲ水泥煅燒過程：生料經由進料倉4及兩級密封進料閥5送入緩沖倉6內，由進料裝置7推至窯中段2的首端，伴隨回轉窯反應器自身的周向運動，窯中段2的末端的部分熟料會由顆粒內循環裝置10的錐形進口11進入循環管路12內部，并以逆流的形式由循環料出口13返回至窯中段2的首端，進而實現生料與熟料的充分均勻混合，高溫熟料為生料的快速干燥及預熱分解提供能量；同時高溫煙氣由進氣口19送入回轉窯反應器內部，為后續燒成過程進一步提供能量及高溫背景環境；煅燒過程中產生的高溫廢氣送入預熱裝置8，以間接換熱的形式為生料加熱后由出氣口9排出后進行二次余熱回收，煅燒過程結束后部分熟料返回至窯中段2的首端再次為生料的快速干燥和預熱分解提供能量，剩余熟料由固相產物出口18排出。
[0014]
所述的回轉窯內循環顆粒床反應器的整套裝置與水平面的傾角為3～15
°
，呈窯頭段1高窯尾段3低布置。
[0015]
當該裝置用于熱解過程時，進料倉4增設氣體抽吸裝置，將進料倉4內混入的可燃性氣體抽出后收集。
[0016]
顆粒內循環裝置10的錐形進口11可依據不同的物料及其反應過程，設置于窯中段2中部至末端的某一部位。
[0017]
本發明的有益效果：
[0018]
(1)通過反應器內顆粒自循環，可為不同反應提供各種媒介，大幅減少反應時間。
[0019]
(2)通過裝置內顆粒強制自循環混合，可減少其他輔助設備的添加，進而減少總體設備投資及占地。
[0020]
(3)本設備可與其他設備聯用，如與流化床聯用處理部分危險廢物，也具有良好的使用效果。
附圖說明
[0021]
圖1為本發明整套裝置的結構示意圖。
[0022]
圖2為本發明窯中段顆粒內循環裝置三維布置圖。
[0023]
圖中：1窯頭段；2窯中段；3窯尾段；4進料倉；5密封進料閥；6緩沖倉；7進料裝置；8預熱裝置；9出氣口；10顆粒內循環裝置；11錐形進口；12循環管路；13循環料出口；14過濾
網；15澆注料層；16外保溫層；17擋板；18固相產物出口；19進氣口。
具體實施方式
[0024]
以下結合附圖和技術方案，進一步說明本發明的具體實施方式。
[0025]
實施例
[0026]
生物干化與堆肥過程：待處理的原料經由進料倉4及兩級密封進料閥5送入緩沖倉6內，由進料裝置7推至窯中段2的首端，伴隨回轉窯反應器自身的周向運動，窯中段2的末端的部分固體產物會由顆粒內循環裝置10的錐形進口11進入循環管路12內部，并以逆流的形式由循環料出口13返回至窯中段2的首端，進而實現原料與固體產物的充分均勻混合，以此調節初始反應物的含水率及菌數量，可有效縮短反應啟動時間，促進物料升溫；同時高溫空氣由進氣口19送入回轉窯反應器內部，為發酵過程提供氧氣及高溫背景環境，進一步縮短總反應時長；干化過程中產生的廢氣送入預熱裝置8，以間接換熱的形式為初始反應物加熱后由出氣口9排出，發酵過程結束后部分固體顆粒返回至窯中段2的首端再次為原料的發酵過程調節水分及菌數量，剩余固體產物由固相產物出口18排出；
[0027]
熱解過程：裝置頂部的密封進料閥5開啟，底部的密封進料閥5關閉，將待處理的原料經送入進料倉4，原料達到一定數量后頂部的密封進料閥5關閉，底部的密封進料閥5開啟，原料送入緩沖倉6內，由進料裝置7推至窯中段2的首端，伴隨回轉窯反應器自身的周向運動，窯中段2的末端的部分固體產物會由顆粒內循環裝置10的錐形進口11進入循環管路12內部，并以逆流的形式由循環料出口13返回至窯中段2的首端，進而實現原料與固體產物的充分均勻混合，高溫固體產物為原料的快速干燥及熱解提供能量；同時高溫惰性氣體由進氣口19送入回轉窯反應器內部，為熱解過程進一步提供能量及高溫背景環境；熱解過程中產生的熱解揮發產物送入預熱裝置8，以間接換熱的形式為初始反應物加熱后由出氣口9排出后冷凝收集，熱解過程結束后部分固體顆粒返回至窯中段2的首端再次為原料的快速干燥和熱解提供能量，剩余固體產物由固相產物出口18排出；
[0028]
水泥煅燒過程：生料經由進料倉4及兩級密封進料閥5送入緩沖倉6內，由進料裝置7推至窯中段2的首端，伴隨回轉窯反應器自身的周向運動，窯中段2的末端的部分熟料會由顆粒內循環裝置10的錐形進口11進入循環管路12內部，并以逆流的形式由循環料出口13返回至窯中段2的首端，進而實現生料與熟料的充分均勻混合，高溫熟料為生料的快速干燥及預熱分解提供能量；同時高溫煙氣由進氣口19送入回轉窯反應器內部，為后續燒成過程進一步提供能量及高溫背景環境；煅燒過程中產生的高溫廢氣送入預熱裝置8，以間接換熱的形式為生料加熱后由出氣口9排出后進行二次余熱回收，煅燒過程結束后部分熟料返回至窯中段2的首端再次為生料的快速干燥和預熱分解提供能量，剩余熟料由固相產物出口18排出。
[0029]
本發明包括但不限于本實施例，應當指出，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以采用其他方式做出替換，這些替換也應視為本發明的保護范圍。
技術特征：
1.一種回轉窯內循環顆粒床反應器，其特征在于，所述的回轉窯內循環顆粒床反應器包括依次連接的窯頭段(1)、窯中段(2)及窯尾段(3)；所述的窯頭段(1)設有進料倉(4)，密封進料閥(5)，緩沖倉(6)，進料裝置(7)及預熱裝置(8)；所述的進料倉(4)布置于兩級密封進料閥(5)之間，底部的密封進料閥(5)出口連接緩沖倉(6)，緩沖倉(6)底部布有進料裝置(7)，緩沖倉(6)外部布有預熱裝置(8)，預熱裝置(8)上設有出氣口(9)，預熱裝置(8)的進氣口以及進料裝置(7)均連通窯中段(2)的反應倉；所述的窯中段(2)的反應倉內設有一組以上顆粒內循環裝置(10)，所述的顆粒內循環裝置(10)設有自窯中段(2)末端至首端依次排布的錐形進口(11)，循環管路(12)及循環料出口(13)，根據處理原料的不同，錐形進口(11)前端可增設過濾網(14)；依據顆粒間的摩擦性能及應用溫度的不同，窯中段(2)內外分別設有澆注料層(15)及外保溫層(16)，為控制反應物的停留時間，窯中段(2)的首端與末端下部均局部設有擋板(17)，擋板(17)不隨窯中段(2)旋轉；所述的窯尾段(3)設有固相產物出口(18)及進氣口(19)。2.根據權利要求1所述的一種回轉窯內循環顆粒床反應器的使用方法，其特征在于，該反應器的使用方法有如下三種：(ⅰ)生物干化與堆肥過程：待處理的原料經由進料倉(4)及兩級密封進料閥(5)送入緩沖倉(6)內，由進料裝置(7)推至窯中段(2)的首端，伴隨回轉窯反應器自身的周向運動，窯中段(2)的末端的部分固體產物會由顆粒內循環裝置(10)的錐形進口(11)進入循環管路(12)內部，并以逆流的形式由循環料出口(13)返回至窯中段(2)的首端，進而實現原料與固體產物的充分均勻混合，以此調節初始反應物的含水率及菌數量，縮短反應啟動時間，促進物料升溫；同時高溫空氣由進氣口(19)送入回轉窯反應器內部，為發酵過程提供氧氣及高溫背景環境，進一步縮短總反應時長；干化過程中產生的廢氣送入預熱裝置(8)，以間接換熱的形式為初始反應物加熱后由出氣口(9)排出，發酵過程結束后部分固體顆粒返回至窯中段(2)的首端再次為原料的發酵過程調節水分及菌數量，剩余固體產物由固相產物出口(18)排出；(ⅱ)熱解過程：裝置頂部的密封進料閥(5)開啟，底部的密封進料閥(5)關閉，將待處理的原料經送入進料倉(4)，原料達到一定數量后頂部的密封進料閥(5)關閉，底部的密封進料閥(5)開啟，原料送入緩沖倉(6)內，由進料裝置(7)推至窯中段(2)的首端，伴隨回轉窯反應器自身的周向運動，窯中段(2)的末端的部分固體產物會由顆粒內循環裝置(10)的錐形進口(11)進入循環管路(12)內部，并以逆流的形式由循環料出口(13)返回至窯中段(2)的首端，進而實現原料與固體產物的充分均勻混合，高溫固體產物為原料的快速干燥及熱解提供能量；同時高溫惰性氣體由進氣口(19)送入回轉窯反應器內部，為熱解過程進一步提供能量及高溫背景環境；熱解過程中產生的熱解揮發產物送入預熱裝置(8)，以間接換熱的形式為初始反應物加熱后由出氣口(9)排出后冷凝收集，熱解過程結束后部分固體顆粒返回至窯中段(2)的首端再次為原料的快速干燥和熱解提供能量，剩余固體產物由固相產物出口(18)排出；(ⅲ)水泥煅燒過程：生料經由進料倉(4)及兩級密封進料閥(5)送入緩沖倉(6)內，由進料裝置(7)推至窯中段(2)的首端，伴隨回轉窯反應器自身的周向運動，窯中段(2)的末端的部分熟料會由顆粒內循環裝置(10)的錐形進口(11)進入循環管路(12)內部，并以逆流的形
式由循環料出口(13)返回至窯中段(2)的首端，進而實現生料與熟料的充分均勻混合，高溫熟料為生料的快速干燥及預熱分解提供能量；同時高溫煙氣由進氣口(19)送入回轉窯反應器內部，為后續燒成過程進一步提供能量及高溫背景環境；煅燒過程中產生的高溫廢氣送入預熱裝置(8)，以間接換熱的形式為生料加熱后由出氣口(9)排出后進行二次余熱回收，煅燒過程結束后部分熟料返回至窯中段(2)的首端再次為生料的快速干燥和預熱分解提供能量，剩余熟料由固相產物出口(18)排出。3.根據權利要求1所述的一種回轉窯內循環顆粒床反應器，其特征在于，所述的回轉窯內循環顆粒床反應器與水平面的傾角為3～15
°
，呈窯頭段(1)高窯尾段(3)低布置。4.根據權利要求2所述的一種回轉窯內循環顆粒床反應器的使用方法，其特征在于，當所述的回轉窯內循環顆粒床反應器用于熱解過程時，進料倉(4)增設氣體抽吸裝置，將進料倉(4)內混入的可燃性氣體抽出后收集。5.根據權利要求1或3所述的一種回轉窯內循環顆粒床反應器，其特征在于，顆粒內循環裝置(10)的錐形進口(11)可依據不同的物料及其反應過程，設置于窯中段(2)中部至末端的某一部位。
技術總結
一種回轉窯內循環顆粒床反應器及其使用方法，相較于傳統回轉窯反應器，在設有窯頭段、窯中段及窯尾段的基礎上，該裝置于窯中段設有顆粒內循環裝置，可實現反應末端的部分顆粒沿內循環管路重回至反應首端，伴隨回轉窯的周向運動實現原料與末端固體產物的充分均勻混合，末端固體產物可為不同反應提供各種媒介，依據顆粒間的摩擦性能及應用溫度的不同，窯中段內外分別設有澆注料層及外保溫層，為控制反應物的停留時間，窯中段的首端與末端均設有擋板，本裝置可大幅減少反應時間及輔助設備投入，進而實現物料處理種類的多樣化及短程節能化。而實現物料處理種類的多樣化及短程節能化。而實現物料處理種類的多樣化及短程節能化。
