申請(qǐng)日2014.09.03
公開(公告)日2015.02.25
IPC分類號(hào)F02B63/04; F22B31/00
摘要
本實(shí)用新型提供了一種污泥沼氣發(fā)電機(jī)-蒸汽鍋爐能量高效補(bǔ)償利用一體化裝置，該技術(shù)主要實(shí)現(xiàn)過(guò)程：沼氣發(fā)電機(jī)組接收污泥厭氧消化沼氣后發(fā)電并產(chǎn)生余熱，其中煙氣余熱直接通往蒸汽鍋爐前煙箱進(jìn)入第三回程煙管，循環(huán)冷卻水余熱經(jīng)換熱水換熱后部分作為蒸汽鍋爐出力和排污的補(bǔ)充源，兩部分余熱會(huì)同沼氣鍋爐本體燃燒熱量一起穩(wěn)定供應(yīng)污泥水解所需高溫水蒸氣。本實(shí)用新型不僅應(yīng)用范圍廣、操作靈活、安全可靠，而且低能耗高產(chǎn)出，沼氣能量的系統(tǒng)內(nèi)部利用率達(dá)到70%以上(轉(zhuǎn)化為水蒸氣和電)、沼氣能量綜合利用率超過(guò)90%。
權(quán)利要求書
1.一種污泥沼氣發(fā)電機(jī)組-蒸汽鍋爐能量高效補(bǔ)償利用一體化裝置，包括沼氣補(bǔ)償蒸汽鍋 爐和沼氣發(fā)電機(jī)組，其特征是：所述的污泥產(chǎn)生的沼氣脫硫除濕后經(jīng)兩向進(jìn)氣導(dǎo)管(9) 按一定的分配比例分別輸至沼氣發(fā)電機(jī)組的發(fā)電燃燒器(6)和沼氣補(bǔ)償蒸汽鍋爐的鍋爐 燃燒器(12)，進(jìn)入沼氣發(fā)電機(jī)組的沼氣能量除轉(zhuǎn)化為電能外，一部分以換熱到內(nèi)燃室循 環(huán)冷卻水形式送到沼氣補(bǔ)償蒸汽鍋爐補(bǔ)水系統(tǒng)的換熱器(3)再換熱，另一部分直接以煙 氣形式通過(guò)煙囪(7)、進(jìn)煙導(dǎo)管(8)輸送至沼氣補(bǔ)償蒸汽鍋爐的前煙箱(11);通過(guò)鍋爐 燃燒器(12)進(jìn)入沼氣補(bǔ)償蒸汽鍋爐的沼氣在鍋爐爐膽(13)第一回程內(nèi)燃燒后，以煙氣 形式經(jīng)回燃室(14)流經(jīng)第二回程煙管(17)，并于前煙箱(11)與所述煙氣匯合后進(jìn)入 第三回程煙管繼續(xù)加熱鍋水，最后在抽風(fēng)機(jī)(18)作用下經(jīng)后煙箱(15)從煙囪(16)排 出;蒸汽鍋爐產(chǎn)生的水蒸汽輸出至所述的污泥的厭氧消化環(huán)節(jié)的高溫水解池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥沼氣發(fā)電機(jī)組-蒸汽鍋爐能量高效補(bǔ)償利用一體化裝置，其 特征是：所述的污泥產(chǎn)生的沼氣是指由高溫水解池、中溫或高溫厭氧池、沼氣儲(chǔ)存柜組成 的污泥厭氧消化環(huán)節(jié)產(chǎn)生的沼氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的污泥沼氣發(fā)電機(jī)組-蒸汽鍋爐能量高效補(bǔ)償利用一體化裝置，其 特征是：所述的沼氣補(bǔ)償蒸汽鍋爐補(bǔ)水系統(tǒng)為：補(bǔ)水依次經(jīng)軟水器(1)、軟水箱(2)、換 熱器(3)、熱水箱(4)后至蒸汽鍋爐補(bǔ)充熱水、以及脫水污泥干燥或它用。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的污泥沼氣發(fā)電機(jī)組-蒸汽鍋爐能量高效補(bǔ)償利用一體化裝置，其 特征是：所述的按一定的分配比例分別至沼氣發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)燃燒器(6)和蒸汽鍋爐 的鍋爐燃燒器(12)的結(jié)構(gòu)為：在輸入至鍋爐前煙箱(11)和鍋爐燃燒器(12)前的煙氣和 沼氣管道上，橫跨設(shè)置有熱能檢測(cè)與進(jìn)氣分配連鎖裝置(10)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的污泥沼氣發(fā)電機(jī)組-蒸汽鍋爐能量高效補(bǔ)償利用一體化裝置，其 特征是：所述的沼氣補(bǔ)償蒸汽鍋爐為臥式內(nèi)燃改裝式鍋爐，鍋爐燃燒器為燃?xì)馊紵骰蛉?油燃?xì)鈨捎萌紵�，鍋爐本體設(shè)有鍋殼、爐膽(13)、回燃室(14)、回程煙管(17)和前 后管板，前管板對(duì)應(yīng)的前煙箱(11)上開有進(jìn)煙導(dǎo)管孔，煙囪(16)前設(shè)有抽風(fēng)機(jī)(18)。
說(shuō)明書
污泥沼氣發(fā)電機(jī)組-蒸汽鍋爐能量高效補(bǔ)償利用一體化裝置
技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)用新型涉及一種污水處理廠節(jié)能降耗技術(shù)和資源綜合利用技術(shù)，特別涉及一種污 泥沼氣發(fā)電機(jī)組-蒸汽鍋爐能量高效補(bǔ)償利用一體化裝置，是城市污泥資源化處理與利用 的重要環(huán)節(jié)。
背景技術(shù)
在眾多的污泥處理處置方法中，厭氧消化由于具備回收潛在能量和降低環(huán)境危害的有 益效果而成為目前國(guó)際上應(yīng)用最為廣泛的污泥穩(wěn)定化資源化的處理方法。通過(guò)厭氧消化， 可以極大降低污泥中有機(jī)質(zhì)含量，使污泥穩(wěn)定、易于脫水，并作為有機(jī)肥用于土壤改良、 園林綠化;同時(shí)，產(chǎn)生的沼氣經(jīng)提純后可廣泛應(yīng)用于居民用氣、并網(wǎng)發(fā)電、車用氣體等， 減少日益緊缺的煤、石油、天然氣等有限資源的消耗，這對(duì)于我國(guó)這樣的能耗大國(guó)來(lái)說(shuō)具 有更重要的意義。
我國(guó)污泥厭氧消化技術(shù)起步較早，但技術(shù)應(yīng)用發(fā)展較慢，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距較大。 目前建立污泥厭氧消化系統(tǒng)的污水處理廠數(shù)量并不多，僅在北京、上海、天津、重慶、青 島、石家莊、鄭州、沈陽(yáng)、南京、濟(jì)南、襄陽(yáng)等城市的約50座大中型污水處理廠中建設(shè)了 一批污泥厭氧消化設(shè)施，目前仍可使用的只有20余處，其它大部分未運(yùn)行或中途停運(yùn)。究 其原因，主要有以下幾點(diǎn)：1)與國(guó)外相比，由于我國(guó)城市污泥有機(jī)質(zhì)含量普遍較低 (30%～50%)，產(chǎn)氣率低，經(jīng)濟(jì)效益不明顯;2)污泥厭氧消化處理系統(tǒng)投資很高(進(jìn)口)，在 我國(guó)通常占污水廠總投資的1/3～1/2;3)污泥厭氧消化工藝操作復(fù)雜，運(yùn)行管理難度大; 4)消化污泥土地利用政策和管理支撐力度不足、沼氣利用缺少激勵(lì)機(jī)制。
目前，國(guó)內(nèi)運(yùn)行效果較為突出的有上海白龍港污泥厭氧消化工程、大連東泰夏家河污 泥處理工程、青島麥島中溫厭氧消化工程、襄陽(yáng)污泥綜合處置示范工程等，它們的共性是 本身污泥有機(jī)質(zhì)含量較高或者摻加有機(jī)質(zhì)含量較高的餐廚垃圾等有機(jī)廢物。采用的沼氣利 用途徑主要有燃燒發(fā)電和天然氣提純。前者是國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的一種途徑，主要包括廠 內(nèi)利用和并網(wǎng)兩種方式，由于污水廠或污泥廠是用電大戶，因此廠內(nèi)利用顯得更為經(jīng)濟(jì)適 用;后者可作為車用燃?xì)饣蚓用裆钣脷�，一次性投資較高，且依賴于政府的支持力度， 因此應(yīng)用并不多。
對(duì)于我國(guó)大部分典型中低有機(jī)質(zhì)城市污泥而言，簡(jiǎn)單采用傳統(tǒng)厭氧消化工藝并不經(jīng)濟(jì)， 如何通過(guò)改進(jìn)工藝最大限度地提高沼氣產(chǎn)氣率和沼氣能量利用率，將成為污泥厭氧消化工 藝普及、最終實(shí)現(xiàn)污泥“轉(zhuǎn)危為安、變廢為寶”的重要前提。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題，就是提供一種高效率的熱電聯(lián)產(chǎn)能量利用技術(shù)—污 泥沼氣發(fā)電機(jī)組-蒸汽鍋爐能量高效補(bǔ)償利用一體化裝置，最大程度地提高中低有機(jī)質(zhì)污 泥厭氧消化產(chǎn)氣率及沼氣能量利用率，從而降低運(yùn)行費(fèi)用。
解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：
一種污泥沼氣發(fā)電機(jī)組-蒸汽鍋爐能量高效補(bǔ)償利用一體化裝置，包括沼氣補(bǔ)償蒸汽 鍋爐和沼氣發(fā)電機(jī)組，其特征是：所述的污泥產(chǎn)生的沼氣脫硫除濕后經(jīng)兩向進(jìn)氣導(dǎo)管9按 一定的分配比例分別輸至沼氣發(fā)電機(jī)組的發(fā)電燃燒器6和沼氣補(bǔ)償蒸汽鍋爐的鍋爐燃燒器 12，進(jìn)入沼氣發(fā)電機(jī)組的沼氣能量除轉(zhuǎn)化為電能外，一部分以換熱到內(nèi)燃室循環(huán)冷卻水形 式送到沼氣補(bǔ)償蒸汽鍋爐補(bǔ)水系統(tǒng)的換熱器3再換熱，另一部分直接以煙氣形式通過(guò)煙囪 7、進(jìn)煙導(dǎo)管8輸送至沼氣補(bǔ)償蒸汽鍋爐的前煙箱11;通過(guò)鍋爐燃燒器12進(jìn)入沼氣補(bǔ)償蒸 汽鍋爐的沼氣在鍋爐爐膽13第一回程內(nèi)燃燒后，以煙氣形式經(jīng)回燃室14流經(jīng)第二回程煙 管17，并于前煙箱11與所述煙氣匯合后進(jìn)入第三回程煙管繼續(xù)加熱鍋水，最后在抽風(fēng)機(jī) 18作用下經(jīng)后煙箱15從煙囪16排出;蒸汽鍋爐產(chǎn)生的水蒸汽輸出至所述的污泥的厭氧消 化環(huán)節(jié)的高溫水解池。
所述的污泥產(chǎn)生的沼氣是指由高溫水解池、中溫或高溫厭氧池組成的污泥厭氧消化環(huán) 節(jié)產(chǎn)生的沼氣，本系統(tǒng)與由高溫水解池、中溫或高溫厭氧池組成的污泥厭氧消化環(huán)節(jié)構(gòu)成 一個(gè)固廢資源化處理與利用系統(tǒng)。
所述的沼氣補(bǔ)償蒸汽鍋爐補(bǔ)水系統(tǒng)為：補(bǔ)水依次經(jīng)軟水器1、軟水箱2、換熱器3、熱 水箱4后至蒸汽鍋爐(蒸汽出力和排污)補(bǔ)充熱水、以及脫水污泥干燥或它用。
所述的按一定的分配比例分別至沼氣發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)燃燒器6和蒸汽鍋爐的鍋爐燃 燒器12的結(jié)構(gòu)為：在輸入至鍋爐前煙箱11和鍋爐燃燒器12前的管道上，橫跨設(shè)置有熱 能檢測(cè)與進(jìn)氣分配連鎖裝置10，其為一種智能連鎖裝置，通過(guò)分析流經(jīng)進(jìn)煙導(dǎo)管中發(fā)電余 煙溫度和流量推測(cè)煙氣熱值、進(jìn)而判斷鍋爐出力所需熱值差額、最后根據(jù)人為設(shè)置公式來(lái) 自控兩向進(jìn)氣導(dǎo)管通向鍋爐燃燒器的沼氣流量。
所述的沼氣補(bǔ)償蒸汽鍋爐為臥式內(nèi)燃改裝式鍋爐，鍋爐燃燒器為燃?xì)馊紵骰蛉加腿?氣兩用燃燒器，鍋爐本體設(shè)有鍋殼、爐膽13、回燃室14、回程煙管17和前后管板，前管 板對(duì)應(yīng)的前煙箱11上開有進(jìn)煙導(dǎo)管孔，煙囪16前設(shè)有抽風(fēng)機(jī)18。
所述的分配比例根據(jù)進(jìn)煙情況而決定，從0～100%都有可能。
工作原理：
污泥厭氧消化環(huán)節(jié)產(chǎn)生的沼氣經(jīng)脫硫除濕后(甲烷含量60%左右)通過(guò)兩向進(jìn)氣導(dǎo)管9， 根據(jù)熱能檢測(cè)與進(jìn)氣分配連鎖裝置10按一定的分配比例進(jìn)入沼氣發(fā)電機(jī)組組燃燒器6和 沼氣補(bǔ)償蒸汽鍋爐燃燒器12。
進(jìn)入沼氣發(fā)電機(jī)組的沼氣能量36%轉(zhuǎn)化為電能供應(yīng)廠內(nèi)用電設(shè)施，約25%內(nèi)燃室5循 環(huán)冷卻水熱量由經(jīng)軟水器1處理后儲(chǔ)存在軟水箱2中的軟水、通過(guò)換熱器3換熱(60～70℃) 后由熱水箱4分配、一部分補(bǔ)充沼氣補(bǔ)償蒸汽鍋爐的蒸汽出力和排污，約30%熱量直接以 煙氣形式(約560℃)通過(guò)煙囪7、經(jīng)進(jìn)煙導(dǎo)管8輸送至沼氣補(bǔ)償蒸汽鍋爐的前煙箱11，剩 余約9%為損耗量。
進(jìn)入沼氣補(bǔ)償蒸汽鍋爐的沼氣在爐膽13(第一回程)內(nèi)燃燒后，以煙氣形式(約1000℃) 經(jīng)回燃室14流經(jīng)第二回程煙管17(降至500～600℃)，于前煙箱11與發(fā)電煙氣匯合后進(jìn)入 第三回程煙管17繼續(xù)加熱鍋水，最后在抽風(fēng)機(jī)18作用下經(jīng)后煙箱15從煙囪16排出(約 150℃)。沼氣補(bǔ)償蒸汽鍋爐在自身燃料和發(fā)電余熱的共同作用下穩(wěn)定產(chǎn)生170℃水蒸氣。
進(jìn)入所述沼氣補(bǔ)償蒸汽鍋爐的沼氣量因所述沼氣發(fā)電機(jī)組組的冷卻水和煙氣余熱的 有效補(bǔ)充而減少，進(jìn)一步提高了進(jìn)入所述沼氣發(fā)電機(jī)組組的沼氣量;與此同時(shí)，所述沼氣 補(bǔ)償蒸汽鍋爐產(chǎn)生的高溫蒸汽(170℃)直接通向污泥，對(duì)污泥進(jìn)行一段時(shí)間高溫預(yù)處理， 水解破壁后的污泥經(jīng)過(guò)泄壓降溫后進(jìn)到中溫厭氧池消化，產(chǎn)氣率大幅度提升。所述沼氣發(fā) 電機(jī)組組-沼氣補(bǔ)償蒸汽鍋爐一體化裝置又和高溫預(yù)處理+厭氧消化(沼氣)形成一個(gè)內(nèi)部 能量高效循環(huán)系統(tǒng)，其結(jié)果是用于發(fā)電的沼氣越來(lái)愈多、用于產(chǎn)蒸汽的沼氣越來(lái)越少，沼 氣的電能輸出率大幅度提高，最終沼氣能量的系統(tǒng)內(nèi)部利用率達(dá)到70%以上、沼氣能量綜 合利用率超過(guò)90%。
本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果：
(1)將沼氣利用設(shè)備沼氣發(fā)電機(jī)組和沼氣補(bǔ)償蒸汽鍋爐連為一體大幅度提升了沼氣能 量的有效利用率，該一體化補(bǔ)償利用系統(tǒng)，可將大部分發(fā)電余熱回用至熱水解蒸汽鍋爐， 降低燃燒沼氣比例，加大發(fā)電量輸出，最大限度實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)低能耗、高產(chǎn)出運(yùn)行。
(2)內(nèi)燃室循環(huán)冷卻熱利用效率高，最高時(shí)近一半能量可通過(guò)換熱水直接供應(yīng)蒸汽鍋 爐作為蒸汽出力和排污損失的連續(xù)補(bǔ)充水源，提高了系統(tǒng)內(nèi)部能量轉(zhuǎn)化利用率，剩余能量 則可用于本系統(tǒng)外的污泥厭氧消化池保溫或者沼渣干燥或者其它商用和自用。
(3)沼氣補(bǔ)償蒸汽鍋爐操作靈活、供汽穩(wěn)定、節(jié)省燃料，將沼氣發(fā)電機(jī)組組煙囪與蒸 汽鍋爐前煙箱連接的主要目的是為使鍋爐本身燃料燃燒產(chǎn)生的熱能與發(fā)電機(jī)煙氣余熱有 機(jī)結(jié)合起來(lái)(燃燒室1000℃左右煙氣從回燃室經(jīng)第二回程煙管到達(dá)前煙箱時(shí)溫度降至 500～600℃，與560℃左右發(fā)電余煙匯合后在抽風(fēng)機(jī)作用下經(jīng)第三回程煙管后自后煙箱進(jìn)入 煙囪排煙，實(shí)現(xiàn)外接余煙對(duì)鍋爐本體損害最小化)，根據(jù)熱能檢測(cè)與進(jìn)氣分配連鎖裝置分 配鍋爐沼氣進(jìn)量，從而達(dá)到穩(wěn)定蒸汽供應(yīng)下的余熱利用最大化和燃料節(jié)省最優(yōu)化。
(4)本技術(shù)不僅適用于中低有機(jī)質(zhì)污泥或其它有機(jī)廢棄物厭氧消化過(guò)程，同時(shí)也適用 于高有機(jī)質(zhì)污泥或其它有機(jī)廢棄物的厭氧消化過(guò)程，處理效果好且運(yùn)行成本低，經(jīng)濟(jì)效益 明顯。
(5)本技術(shù)應(yīng)用于中低有機(jī)質(zhì)污泥或其它有機(jī)廢棄物厭氧消化過(guò)程時(shí)，在一定的有機(jī) 質(zhì)含量范圍內(nèi)(40%～60%)：有機(jī)質(zhì)含量越低，沼氣能量的系統(tǒng)內(nèi)部利用率越高;有機(jī)質(zhì)含 量越高，沼氣發(fā)電比率越高。
