申請日2013.10.28

　　公開(公告)日2015.04.01

　　IPC分類號C02F11/12; F01K27/00; F01K17/06

　　摘要

　　本發(fā)明提供一種利用燃氣輪機余熱干燥污泥的系統(tǒng)及方法，燃氣輪機與發(fā)電機連接，燃氣輪機煙氣出口與余熱鍋爐相連通，余熱鍋爐蒸汽出口與汽輪機相連通，汽輪機與發(fā)電機相連接，汽輪機的抽汽管與內熱式流化床干燥器的受熱面管入口相連通，空氣加熱器出氣口與內熱式流化床干燥器進風口相連通，濕污泥經(jīng)濕污泥管進入到內熱式流化床干燥器中，在受熱面管外流動、干燥后從出料口排入干污泥管;利用燃氣輪機的煙氣余熱生產蒸汽推動汽輪發(fā)電機組發(fā)電，汽輪機余熱作為污泥干燥的熱源，實現(xiàn)能源梯級利用，熱效率高，不外排異味氣體，利用熱水預加熱流化床干燥器的流化風，能源利用率進一步提高，有效避免污泥填埋和土地利用造成的地下水污染等環(huán)境問題。

　　權利要求書

　　1.一種利用燃氣輪機余熱干燥污泥的系統(tǒng)，其特征在于：包括燃氣輪機(1)， 燃氣輪機(1)與發(fā)電機(35)連接，燃氣輪機(1)煙氣出口與余熱鍋爐(4) 相連通，余熱鍋爐(4)內設有蒸汽發(fā)生器(3)和熱水器(5)，余熱鍋爐(4) 蒸汽出口與汽輪機(36)相連通，汽輪機(36)與發(fā)電機(35)相連接，汽輪 機(36)的抽汽管(33)與內熱式流化床干燥器(32)的受熱面管(31)入口 相連通，汽輪機(36)排汽口連接有凝汽器(34)，凝汽器(34)與除氧器(22) 相連通，內熱式流化床干燥器(32)的受熱面管(31)出口與除氧器(22)相 連通，除氧器(22)經(jīng)給水泵(23)與蒸汽發(fā)生器(3)進水口相連通;所述余 熱鍋爐(4)的熱水器(5)熱水出口與空氣加熱器(8)相連通，空氣加熱器(8) 冷水出口通過循環(huán)泵(7)與熱水器(5)的進水口相連通;

　　空氣加熱器(8)出氣口與內熱式流化床干燥器(32)進風口相連通，內熱 式流化床干燥器(32)出風口依次連接有除塵器(28)、引風機(27)和水汽冷 凝裝置，水汽冷凝裝置的氣體出口通過鼓風機(9)與空氣加熱器(8)進氣口 連通，鼓風機(9)出口還連接有排廢氣管(39);

　　內熱式流化床干燥器(32)進料口連接濕污泥管(30)，出料口連接干污泥 管(17)，濕污泥經(jīng)濕污泥管(30)進入到內熱式流化床干燥器(32)中，在受 熱面管(31)外流動、干燥后從出料口排入干污泥管(17);

　　所述水汽冷凝裝置氣體出口連接有混風管(10)，混風管(10)與鼓風機(9) 連通，空氣加熱器(8)出氣口分為兩路，一路與內熱式流化床干燥器(32)進 風口相連通，另一路與混風管(10)連通;

　　所述排廢氣管(39)出口連接有氣體凈化或除臭裝置。

　　2.根據(jù)權利要求1所述的利用燃氣輪機余熱干燥污泥的系統(tǒng)，其特征在于： 所述水汽冷凝裝置為噴淋塔(15)，引風機(27)與噴淋塔(15)的進氣口相連 通，噴淋塔(15)的出氣口與鼓風機(9)相連通;噴淋塔(15)內從上至下依 次設置有除霧器(25)、噴淋頭(24)和集水池(13)，集水池(13)內設置有 換熱器(14)，集水池(13)通過循環(huán)泵(7)與噴淋頭(24)相連通，集水池 (13)還設置有排水管(12)。

　　3.一種基于權利要求1系統(tǒng)的污泥干燥方法，其特征在于包括以下步驟：

　　(1)、燃氣和空氣進入燃氣輪機(1)燃燒，高溫高壓的煙氣推動燃氣輪機 (1)高速旋轉并帶動發(fā)電機(35)發(fā)電，燃氣輪機(1)排放的煙氣進入余熱 鍋爐(4)，煙氣向余熱鍋爐(4)的蒸汽發(fā)生器(3)放熱，蒸汽發(fā)生器(3)產 生蒸汽;降溫后的煙氣進一步向余熱鍋爐(4)的熱水器(5)放熱后排出;

　　(2)、蒸汽發(fā)生器(3)產生的蒸汽進入汽輪機(36)并推動汽輪機(36) 帶動發(fā)電機(35)發(fā)電，從汽輪機(36)抽出的部分蒸汽進入內熱式流化床干 燥器(32);汽輪機(36)排放的乏汽進入凝汽器(34)凝結成水后進入除氧器 (22);進入內熱式流化床干燥器(32)的抽汽在干燥器受熱面管(31)內流動 放熱后凝結成水，凝結水進入到除氧器(22);從濕污泥管(30)進入到內熱式 流化床干燥器(32)的濕污泥充滿受熱面管(31)之間的縫隙;空氣加熱器(8) 產生的熱風進入到內熱式流化床干燥器(32)內向上流動，帶動不同受熱面管 (31)之間的污泥進行流動并處于流態(tài)化，污泥吸熱后水蒸汽蒸發(fā)進入到流化 風當中;干燥污泥從干污泥管(17)排出;流化風攜帶水蒸汽和部分污泥顆粒 離開內熱式流化床干燥器(32)、進入到除塵器(28)內;

　　(3)、除氧器(22)中的除氧水經(jīng)給水泵(23)后進入蒸汽發(fā)生器(3)中 吸熱后轉變成蒸汽再一次進入到汽輪機(36);攜帶污泥顆粒的流化風在除塵器 (28)內進行除塵后經(jīng)引風機(27)進入水汽冷凝裝置，流化風中的水蒸汽冷 卻并凝結成水，除去水汽的流化風作為循環(huán)風經(jīng)鼓風機(9)進入到空氣加熱器 (8)、與來自熱水器(5)的熱水進行熱交換，循環(huán)風溫度升高后離開空氣加熱 器(8)作為流化風再次進入到內熱式流化床干燥器(32)內，多余循環(huán)風經(jīng)排 廢氣管(39)排出;空氣加熱器(8)內的熱水向循環(huán)風放熱后變成冷水，冷水 離開空氣加熱器(8)、經(jīng)循環(huán)泵(7)進入熱水器(5)從煙氣中吸熱轉變成熱 水再一次進入到循環(huán)水管(18)。

　　4.根據(jù)權利要求3所述的污泥干燥方法，其特征在于：所述水汽冷凝裝置 為噴淋塔(15)，循環(huán)泵(7)將集水池(13)內冷水輸送到噴淋頭(24)并霧 化成水滴，進入到噴淋塔(15)內的循環(huán)風向上流動、霧化后的水滴向下流動， 二者逆向流動并換熱，循環(huán)風中的水蒸汽冷卻并凝結成水進入到集水池(13); 含有水滴的循環(huán)風進一步向上流動并經(jīng)過除霧器(25)，循環(huán)風中的水滴被捕集 下來、進入到集水池(13)中，除霧后的循環(huán)風離開噴淋塔(15);集水池(13) 內布置換熱器(14)，連續(xù)不斷地將集水池(13)內的熱量帶走，噴淋塔(15) 產生的凝結水經(jīng)排水管(12)排出。

　　5.根據(jù)權利要求3或4所述的污泥干燥方法，其特征在于：所述水汽冷凝 裝置氣體出口連接有混風管(10)，混風管(10)與鼓風機(9)連通，空氣加 熱器(8)出氣口分為兩路，一路與內熱式流化床干燥器(32)進風口相連通， 另一路與混風管(10)連通，從空氣加熱器(8)引出部分熱風到混風管(10) 中與循環(huán)風混合、確保混風管(10)內的循環(huán)風溫度維持在混合風中水蒸汽的 飽和溫度以上。

　　6.根據(jù)權利要求3或4所述的污泥干燥方法，其特征在于：所述燃氣輪機 (1)排放的煙氣溫度為450℃至600℃，煙氣進入余熱鍋爐(4)向蒸汽發(fā)生 器(3)放熱后溫度降低到200℃以下，蒸汽發(fā)生器(3)產生壓力大于2.5MPa、 溫度大于400℃的中溫中壓蒸汽;降溫后的煙氣進一步向熱水器(5)放熱后， 煙氣溫度進一步降低到100℃以下，最終經(jīng)排煙管(6)排放。

　　說明書

　　一種利用燃氣輪機余熱干燥污泥的系統(tǒng)及方法

　　技術領域

　　本發(fā)明涉及余熱回收及污泥干燥領域，特別涉及一種利用燃氣輪機余熱干 燥污泥的系統(tǒng)及方法。

　　背景技術

　　(一)污水污泥的產量及其危害

　　隨著城鎮(zhèn)化進程的快速推進，中國的污水處理產業(yè)得到了快速發(fā)展，污水 處理能力及處理率增長迅速，污水污泥的產量迅速增加。截止到2009年底， 中國投入運行的城鎮(zhèn)污水處理廠1992座，處理污水量280億m3，產生含水率 80%的污泥約2005萬噸。隨著城鎮(zhèn)化水平和污水處理量的增加，污泥量將很快 突破3000萬噸。污泥的成分和化學性質復雜，既包含有機物、植物營養(yǎng)成分等， 也包含重金屬等有害物質。污泥的衛(wèi)生學指標主要包括細菌總數(shù)、糞大腸菌群 數(shù)、寄生蟲卵含量等。污泥含有病原體、重金屬和持久性有機物等有毒有害物 質，未經(jīng)有效處理處置，極易對地下水、土壤等造成二次污染。

　　經(jīng)過幾十年的發(fā)展，歐美、日本等發(fā)達地區(qū)和國家的污泥處理處置技術已 經(jīng)基本成熟，相關法律法規(guī)和技術標準基本完善。主要技術路線包括：焚燒處 理、衛(wèi)生填埋、土地利用等，能夠實現(xiàn)污泥的減量化、無害化、穩(wěn)定化的目的。

　　據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全國城鎮(zhèn)污水處理廠污泥只有小部分進行衛(wèi)生填埋、 土地利用、焚燒和建材利用等，而大部分未進行規(guī)范化的處理處置，直接威脅 我國的環(huán)境安全和公眾健康，使污水處理設施的環(huán)境效益大大降低。

　　(二)污泥處理的基本要求

　　污泥處理應符合安全環(huán)保、循環(huán)利用、節(jié)能降耗等原則。在污泥的處理過 程中，污泥含有病原體、重金屬和持久性有機物等有毒有害物質必須達到污染 控制標準;充分利用污泥中所含有的有機質、各種營養(yǎng)元素和能量，將污泥中 的有機質和營養(yǎng)元素補充到土地中，或者通過厭氧消化或焚燒等技術回收污泥 中的能量;應避免采用消耗大量的優(yōu)質清潔能源、物料和土地資源的處理處置 技術，以實現(xiàn)污泥低碳處理處置。

　　國家鼓勵利用污泥厭氧消化過程中產生的沼氣熱能、垃圾和污泥焚燒余熱、 發(fā)電廠余熱或其他余熱作為污泥處理處置的熱源。

　　(三)污泥處理技術

　　污泥處置包括土地利用、焚燒、填埋等方式。

　　污泥的土地利用包括用于土地改良、用于園林綠化、用于農業(yè)等。但是， 污泥的土地利用對污泥的泥質有非常嚴格的要求，否則可能對地下水和周圍環(huán) 境產生二次污染。

　　污泥的填埋處理不僅需要占用大量的土地，填埋場還排放大量惡臭氣體、 甲烷等溫室氣體，如果處置不當，也會造成地下水污染。

　　污泥焚燒處理技術最常用方案為：首先對含水率為80%左右的濕污泥進行 干燥，干燥后的污泥進入焚燒裝置完成焚燒處理。污泥的焚燒處理可以最大程 度的實現(xiàn)減量化和穩(wěn)定化，幾乎殺死污泥中100%的病菌，無害化程度高，而且 還可以對污泥中的可燃物進行熱利用，實現(xiàn)污泥熱能的資源化。但是，污泥焚 燒處理的干燥過程中需要消耗燃煤等優(yōu)質能源，成本較高;此外，濕污泥干燥 過程需要消耗燃煤提供能源，燃煤燃燒排放二氧化硫、氮氧化物、粉塵等大氣 污染物。

　　(四)燃氣輪機的余熱利用

　　利用燃氣輪機進行燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)，可以使燃氣的發(fā)電效率提高到45% 至55%左右，如果采用抽凝式蒸汽輪機，燃氣的能源利用率可以高達70%以上。 雖然燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)結合抽凝式汽輪機，能源的利用率可以高達70%以上， 但是與燃氣輪機配套的余熱鍋爐排煙溫度一般高達120℃以上，如此低溫的余 熱資源很難利用，一般只能排放到大氣中，不僅造成能源浪費，還產生環(huán)境熱 污染問題。

　　發(fā)明內容

　　本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術缺陷，提供一種能源利用率高，不外排有 異味氣體、排煙溫度低、安全環(huán)保的利用燃氣輪機余熱干燥污泥的系統(tǒng)及方法。

　　為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：

　　一種利用燃氣輪機余熱干燥污泥的系統(tǒng)，包括燃氣輪機，燃氣輪機與發(fā)電 機連接，燃氣輪機煙氣出口余熱鍋爐相連通，余熱鍋爐內設有蒸汽發(fā)生器和熱 水器，余熱鍋爐蒸汽出口與汽輪機相連通，汽輪機與發(fā)電機相連接，汽輪機的 抽汽管與內熱式流化床干燥器的受熱面管入口相連通，汽輪機排汽口連接有凝 汽器，凝汽器與除氧器相連通，內熱式流化床干燥器的受熱面管出口與除氧器 相連通，除氧器經(jīng)給水泵與蒸汽發(fā)生器進水口相連通;所述余熱鍋爐的熱水器 熱水出口與空氣加熱器相連通，空氣加熱器冷水出口通過循環(huán)泵與熱水器的進 水口相連通;空氣加熱器出氣口通過熱風管與內熱式流化床干燥器進風口相連 通，內熱式流化床干燥器出風口依次連接有除塵器、引風機和水汽冷凝裝置， 水汽冷凝裝置的氣體出口通過鼓風機與空氣加熱器進氣口連通，鼓風機出口還 連接有排廢氣管，內熱式流化床干燥器進料口連接濕污泥管，出料口連接干污 泥管，濕污泥經(jīng)濕污泥管進入到內熱式流化床干燥器中，在受熱面管外流動、 干燥后從出料口排入干污泥管。

　　所述水汽冷凝裝置為噴淋塔，引風機與噴淋塔的進氣口相連通，噴淋塔的 出氣口與鼓風機相連通;噴淋塔內從上至下依次設置有除霧器、噴淋頭和集水 池，集水池內設置有換熱器，集水池通過循環(huán)泵與噴淋頭相連通，集水池還設 置有排水管。

　　所述水汽冷凝裝置氣體出口連接有混風管，混風管與鼓風機連通，空氣加 熱器出氣口分為兩路，一路與內熱式流化床干燥器進風口相連通，另一路與混 風管連通。

　　所述排廢氣管出口連接有氣體凈化或除臭裝置。

　　一種利用燃氣輪機余熱干燥污泥的方法，其特征在于包括以下步驟：

　　(1)、燃氣和空氣進入燃氣輪機燃燒，高溫高壓的煙氣推動燃氣輪機高速 旋轉并帶動發(fā)電機發(fā)電，燃氣輪機排放的煙氣進入余熱鍋爐，煙氣向余熱鍋爐 的蒸汽發(fā)生器放熱，蒸汽發(fā)生器產生蒸汽;降溫后的煙氣進一步向余熱鍋爐的 熱水器放熱后排出;

　　(2)、蒸汽發(fā)生器產生的蒸汽進入汽輪機并推動汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電， 從汽輪機抽出的部分蒸汽進入內熱式流化床干燥器;汽輪機排放的乏汽進入凝 汽器凝結成水后進入除氧器;進入內熱式流化床干燥器的抽汽在干燥器受熱面 管內流動放熱后凝結成水，凝結水進入到除氧器;從濕污泥管進入到內熱式流 化床干燥器的濕污泥充滿受熱面管之間的縫隙;空氣加熱器產生的熱風進入到 內熱式流化床干燥器內向上流動，帶動不同受熱面管之間的污泥進行流動并處 于流態(tài)化，污泥吸熱后水蒸汽蒸發(fā)進入到流化風當中;干燥污泥從干污泥管排 出;流化風攜帶水蒸汽和部分污泥顆粒離開內熱式流化床干燥器、進入到除塵 器內;

　　(3)、除氧器中的除氧水經(jīng)給水泵后進入蒸汽發(fā)生器中吸熱后轉變成蒸汽 再一次進入到汽輪機;攜帶污泥顆粒的流化風在除塵器內進行除塵后經(jīng)引風機 進入水汽冷凝裝置，流化風中的水蒸汽冷卻并凝結成水，除去水汽的流化風作 為循環(huán)風經(jīng)鼓風機進入到空氣加熱器、與來自熱水器的熱水進行熱交換，循環(huán) 風溫度升高后離開空氣加熱器作為流化風再次進入到內熱式流化床干燥器內， 多余循環(huán)風經(jīng)排廢氣管排出;空氣加熱器內的熱水向循環(huán)風放熱后變成冷水， 冷水離開空氣加熱器、經(jīng)循環(huán)泵進入熱水器從煙氣中吸熱轉變成熱水再一次進 入到循環(huán)水管。

　　所述水汽冷凝裝置為噴淋塔，循環(huán)泵將集水池內冷水輸送到噴淋頭并霧化 成水滴，進入到噴淋塔內的循環(huán)風向上流動、霧化后的水滴向下流動，二者逆 向流動并換熱，循環(huán)風中的水蒸汽冷卻并凝結成水進入到集水池;含有水滴的 循環(huán)風進一步向上流動并經(jīng)過除霧器，循環(huán)風中的水滴被捕集下來、進入到集 水池中，除霧后的循環(huán)風離開噴淋塔;集水池內布置換熱器，連續(xù)不斷地將集 水池內的熱量帶走，噴淋塔產生的凝結水經(jīng)排水管排出。

　　所述水汽冷凝裝置氣體出口連接有混風管，混風管與鼓風機連通，空氣加 熱器出氣口分為兩路，一路與內熱式流化床干燥器進風口相連通，另一路與混 風管連通，從空氣加熱器引出部分熱風到混風管中與循環(huán)風混合、確�；祜L管 內的循環(huán)風溫度維持在混合風中水蒸汽的飽和溫度以上。

　　所述燃氣輪機排放的煙氣溫度為450℃至600℃，煙氣進入余熱鍋爐向蒸汽 發(fā)生器放熱后溫度降低到200℃以下，蒸汽發(fā)生器產生壓力大于2.5MPa、溫度 大于400℃的中溫中壓蒸汽;煙氣溫度進一步降低到100℃以下，最終經(jīng)排煙管 排放。

　　本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點：

　　(1)利用燃氣輪機的煙氣余熱生產蒸汽推動汽輪發(fā)電機組發(fā)電，汽輪機的 抽汽余熱作為污泥內熱式流化床干燥器的熱源，實現(xiàn)能源梯級利用，熱效率高， 可以節(jié)省污泥干燥的燃料成本，也避免了燃燒燃煤干燥污泥產生的二氧化硫、 氮氧化物和粉塵等大氣污染物的排放問題。

　　(2)利用流化床干燥器和密閉循環(huán)流化風系統(tǒng)，污泥的干燥處理量大、故 障率低，可以實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定運行，不外排大量有異味的氣體。

　　(3)充分利用燃氣輪機排放的低溫煙氣(120℃以下)余熱生產熱水，利 用熱水預加熱流化床干燥器的流化風，能源利用率進一步提高。

　　(4)干燥后污泥的含水率低于10%，污泥的無害化、減量化、穩(wěn)定化處理 得到保證，干污泥的儲存、運輸方便，干污泥的應用范圍大幅度增加。有效避 免污泥填埋和土地利用造成的占地問題和地下水污染等環(huán)境問題。