申請(qǐng)日2013.10.28
公開(公告)日2016.03.02
IPC分類號(hào)C02F11/12; F02C6/00; F01K15/00; F23C10/22; F23C10/26
摘要
本發(fā)明提供一種污泥干化焚燒發(fā)電一體化系統(tǒng)及方法，燃?xì)廨啓C(jī)與發(fā)電機(jī)連接，燃?xì)廨啓C(jī)排煙口與污泥干化裝置連通，污泥干化裝置出口連接有氣固分離裝置，氣固分離裝置的干污泥出口與料斗相連通，料斗與流化床鍋爐的進(jìn)料管相連通，流化床鍋爐煙氣出口與分離器相連通，分離器固體出口經(jīng)返料器與流化床鍋爐的進(jìn)料口相連通;利用燃?xì)廨啓C(jī)的煙氣余熱作為污泥干化的熱源，實(shí)現(xiàn)能源梯級(jí)利用，熱效率高，避免了燃燒燃煤干化污泥產(chǎn)生的二氧化硫、氮氧化物和粉塵等排放問題，有效避免污泥填埋和土地利用造成的污染地下水和環(huán)境問題，經(jīng)過干化后的污泥含水率大幅度降低，在流化床鍋爐內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定燃燒，不需要添加輔助燃料，避免劇毒污染物二噁英的產(chǎn)生。
權(quán)利要求書
1.一種污泥干化焚燒發(fā)電一體化系統(tǒng)，其特征在于：包括燃?xì)廨啓C(jī)(28)，燃?xì)廨啓C(jī)(28)與發(fā)電機(jī)(29)連接，燃?xì)廨啓C(jī)(28)排煙口與污泥干化裝置進(jìn)氣口相連通，污泥干化裝置的污泥進(jìn)口與污泥供應(yīng)裝置連通，污泥干化裝置出口連接有氣固分離裝置，氣固分離裝置的干污泥出口與料斗(12)相連通，料斗(12)與流化床鍋爐(14)的進(jìn)料口相連通，流化床鍋爐(14)設(shè)置有與爐膛連通的助燃空氣入口和石灰石粉管(2)，流化床鍋爐(14)煙氣出口與分離器(11)相連通，分離器(11)氣體出口與煙氣凈化裝置(8)相連通，煙氣凈化裝置(8)出口連接有引風(fēng)機(jī)(9)，分離器(11)固體出口經(jīng)返料器(6) 與流化床鍋爐(14)的進(jìn)料口相連通;
所述流化床鍋爐(14)的蒸汽管路出口與蒸汽輪機(jī)(31)相連通，蒸汽輪機(jī)(31)與發(fā)電機(jī)(29)相連通，所述分離器(11)氣體出口連接換熱器(7) 后與煙氣凈化裝置(8)相連通，蒸汽輪機(jī)(31)的乏汽出口連接有凝汽器(33)，凝汽器(33)經(jīng)給水泵(4)與換熱器(7)冷水入口連接，換熱器(7)蒸汽出口與流化床鍋爐(14)的蒸汽管路入口連通;
所述污泥干化裝置為噴霧干燥塔(16)，噴霧干燥塔(16)進(jìn)氣口上設(shè)置有布風(fēng)裝置(25)，污泥進(jìn)口上設(shè)置有霧化器(24);所述污泥供應(yīng)裝置包括漿料罐(20)，漿料罐(20)依次連接過濾器(22)和污泥泵(23)后與霧化器(24) 連通，燃?xì)廨啓C(jī)(28)排煙口與布風(fēng)裝置(25)相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥干化焚燒發(fā)電一體化系統(tǒng)，其特征在于：所述煙氣凈化裝置(8)采用活性炭廢氣凈化裝置結(jié)合電除塵器或布袋除塵器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污泥干化焚燒發(fā)電一體化系統(tǒng)，其特征在于：所述氣固分離裝置為袋式過濾器(10)，袋式過濾器(10)廢氣出口經(jīng)引風(fēng)機(jī)(9) 與除臭裝置(19)相連通，袋式過濾器(10)干污泥出口與料斗(12)相連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的污泥干化焚燒發(fā)電一體化系統(tǒng)，其特征在于：所述除臭裝置(19)為UV光解凈化設(shè)備。
5.一種基于權(quán)利要求1一體化系統(tǒng)的污泥干化焚燒發(fā)電一體化方法，其特征在于包括以下步驟：
(1)、高壓燃?xì)馀c經(jīng)過壓縮的高壓空氣在燃?xì)廨啓C(jī)(28)內(nèi)燃燒推動(dòng)渦輪高速旋轉(zhuǎn)，并推動(dòng)發(fā)電機(jī)(29)發(fā)電，做完功的煙氣與來(lái)自污泥供應(yīng)裝置的濕污泥進(jìn)入到污泥干化裝置內(nèi)直接接觸換熱，污泥中的大部分水分蒸發(fā)進(jìn)入到煙氣中，干化后的污泥與煙氣一同離開污泥干化裝置進(jìn)入氣固分離裝置，干化后的污泥與煙氣在氣固分離裝置中分離，煙氣排出，干化污泥送入料斗(12)中;
(2)、料斗(12)內(nèi)的干化污泥進(jìn)入到流化床鍋爐(14)，與助燃空氣燃燒，爐內(nèi)脫硫用的石灰石粉經(jīng)過石灰石粉管(2)進(jìn)入到爐膛，與污泥燃燒反應(yīng)生成的SO2相結(jié)合生成硫酸鹽，煙氣攜帶顆粒離開爐膛進(jìn)入到分離器(11)完成氣固分離，大部分顆粒被分離器(11)捕集下來(lái)并經(jīng)返料器(6)返回流化床鍋爐 (14)爐膛，高溫?zé)煔怆x開分離器(11)進(jìn)入到煙氣凈化裝置(8)凈化達(dá)標(biāo)后，經(jīng)引風(fēng)機(jī)(9)排放到大氣中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的污泥干化焚燒發(fā)電一體化方法，其特征在于：所述步驟(2)中干化污泥在流化床鍋爐(14)燃燒，流化床鍋爐(14)蒸汽管路產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽進(jìn)入蒸汽輪機(jī)(31)、并推動(dòng)發(fā)電機(jī)(29)發(fā)電，蒸汽輪機(jī) (31)排放的乏汽進(jìn)入凝汽器(33)轉(zhuǎn)變成凝結(jié)水，凝結(jié)水經(jīng)給水泵(4)加壓后進(jìn)入換熱器(7)中，由流化床鍋爐(14)進(jìn)一步加熱后轉(zhuǎn)變成過熱蒸汽進(jìn)入蒸汽輪機(jī)(31)，完成循環(huán);離開分離器(11)的高溫?zé)煔膺M(jìn)入到換熱器(7) 并對(duì)布置在其中的受熱面放熱后進(jìn)入到煙氣凈化裝置(8)凈化后排放。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的污泥干化焚燒發(fā)電一體化方法，其特征在于：所述步驟(1)中污泥干化裝置為噴霧干燥塔(16)，污泥供應(yīng)裝置包括漿料罐(20)，經(jīng)過機(jī)械干化的污泥餅在漿料罐(20)內(nèi)經(jīng)加水?dāng)嚢枵{(diào)整成能實(shí)現(xiàn)霧化的污泥漿液，污泥漿液經(jīng)過濾器(22)過濾后由污泥泵(23)輸送至布置在噴霧干燥塔(16)上的霧化器(24)，污泥漿液霧化成具有一定粒徑分布的污泥漿液滴后進(jìn)入到噴霧干燥塔(16);燃?xì)廨啓C(jī)(28)排出的煙氣進(jìn)入到布置在噴霧干燥塔 (16)上的布風(fēng)裝置(25)整流后進(jìn)入到噴霧干燥塔(16)與污泥漿液滴直接接觸換熱，漿液滴中的大部分水分蒸發(fā)進(jìn)入到煙氣中，干化后的污泥顆粒與煙氣一同離開噴霧干燥塔(16)進(jìn)入氣固分離裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的污泥干化焚燒發(fā)電一體化方法，其特征在于：所述氣固分離裝置為袋式過濾器(10)，袋式過濾器(10)內(nèi)布置大量多孔結(jié)構(gòu)的織物，進(jìn)入袋式過濾器(10)的煙氣通過該多孔結(jié)構(gòu)的織物時(shí)，煙氣攜帶的污泥顆粒被分離下來(lái)輸送至料斗(12)，廢氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)(9)送入除臭裝置(19) 中脫臭、殺菌得到的凈化煙氣排放到大氣中。
說明書
一種污泥干化焚燒發(fā)電一體化系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及污水污泥處理領(lǐng)域，特別涉及一種污泥干化焚燒發(fā)電一體化系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)
(一)污水污泥的產(chǎn)量及其危害
隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的快速推進(jìn)，中國(guó)的污水處理產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展，污水處理能力及處理率增長(zhǎng)迅速，污水污泥的產(chǎn)量迅速增加。截止到2009年底，中國(guó)投入運(yùn)行的城鎮(zhèn)污水處理廠1992座，處理污水量280億m3，產(chǎn)生含水率 80%的污泥約2005萬(wàn)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(wàn)噸。污泥的成分和化學(xué)性質(zhì)復(fù)雜，既包含有機(jī)物、植物營(yíng)養(yǎng)成分等，也包含重金屬等有害物質(zhì)。污泥的衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)主要包括細(xì)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(jī)物等有毒有害物質(zhì)，未經(jīng)有效處理處置，極易對(duì)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(dá)地區(qū)和國(guó)家的污泥處理處置技術(shù)已經(jīng)基本成熟，相關(guān)法律法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)基本完善。主要技術(shù)路線包括：焚燒處理、衛(wèi)生填埋、土地利用等，能夠?qū)崿F(xiàn)污泥的減量化、無(wú)害化、穩(wěn)定化的目的。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠污泥只有小部分進(jìn)行衛(wèi)生填埋、土地利用、焚燒和建材利用等，而大部分未進(jìn)行規(guī)范化的處理處置，直接威脅我國(guó)的環(huán)境安全和公眾健康，使污水處理設(shè)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(yīng)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(jī)物等有毒有害物質(zhì)必須達(dá)到的污染控制標(biāo)準(zhǔn);充分利用污泥中所含有的有機(jī)質(zhì)、各種營(yíng)養(yǎng)元素和能量，將污泥中的有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)元素補(bǔ)充到土地中，或者通過厭氧消化或焚燒等技術(shù)回收污泥中的能量;應(yīng)避免采用消耗大量的優(yōu)質(zhì)清潔能源、物料和土地資源的處理處置技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)污泥低碳處理處置。
國(guó)家鼓勵(lì)利用污泥厭氧消化過程中產(chǎn)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(shù)
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(nóng)業(yè)等。但是，污泥的土地利用對(duì)污泥的泥質(zhì)有非常嚴(yán)格的要求，否則可能對(duì)地下水和周圍環(huán)境產(chǎn)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(chǎng)還排放大量惡臭氣體、甲烷等溫室氣體，如果處置不當(dāng)，也會(huì)造成地下水污染。
污泥焚燒處理技術(shù)方案為：首先對(duì)含水率為80%的濕污泥進(jìn)行干化，干化后的污泥進(jìn)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(shí)現(xiàn)減量化和穩(wěn)定化，幾乎殺死污泥中100%的病菌，無(wú)害化程度高，而且還可以對(duì)污泥中的可燃物進(jìn)行熱利用，實(shí)現(xiàn)污泥熱能的資源化。但是，污泥焚燒處理的干化過程中需要消耗燃煤等優(yōu)質(zhì)能源，成本較高;此外，濕污泥干化過程需要消耗燃煤提供能源，煤炭燃燒排放二氧化硫、氮氧化物、粉塵等大氣污染物。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電后排放的煙氣余熱對(duì)濕污泥進(jìn)行低成本干化，并利用干化污泥的熱能資源進(jìn)行發(fā)電的污泥干化焚燒發(fā)電一體化系統(tǒng)及方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
一種污泥干化焚燒發(fā)電一體化系統(tǒng)，包括燃?xì)廨啓C(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)與發(fā)電機(jī)連接，燃?xì)廨啓C(jī)排煙口與污泥干化裝置進(jìn)氣口相連通，污泥干化裝置的污泥進(jìn)口與污泥供應(yīng)裝置連通，污泥干化裝置出口連接有氣固分離裝置，氣固分離裝置的干污泥出口與料斗相連通，料斗與流化床鍋爐的進(jìn)料口相連通，流化床鍋爐設(shè)置有與爐膛連通的助燃空氣入口和石灰石粉管，流化床鍋爐煙氣出口與分離器相連通，分離器氣體出口與煙氣凈化裝置相連通，煙氣凈化裝置出口連接有引風(fēng)機(jī)，分離器固體出口經(jīng)返料器與流化床鍋爐的進(jìn)料口相連通。
所述流化床鍋爐的蒸汽管路出口與蒸汽輪機(jī)相連通，蒸汽輪機(jī)與發(fā)電機(jī)相連通，所述分離器氣體出口連接換熱器后與煙氣凈化裝置相連通，蒸汽輪機(jī)的乏汽出口連接有凝汽器，凝汽器經(jīng)給水泵與換熱器冷水入口連接，換熱器蒸汽出口與流化床鍋爐的蒸汽管路入口連通。
所述污泥干化裝置為噴霧干燥塔，噴霧干燥塔進(jìn)氣口上設(shè)置有布風(fēng)裝置，污泥進(jìn)口上設(shè)置有霧化器;所述污泥供應(yīng)裝置包括漿料罐，漿料罐依次連接過濾器和污泥泵后與霧化器連通，燃?xì)廨啓C(jī)排煙口與布風(fēng)裝置相連通。
所述煙氣凈化裝置采用活性炭廢氣凈化裝置結(jié)合電除塵器或布袋除塵器為活性炭廢氣凈化裝置結(jié)合電除塵器或布袋除塵器。
所述氣固分離裝置為袋式過濾器，袋式過濾器廢氣出口經(jīng)引風(fēng)機(jī)與除臭裝置相連通，袋式過濾器干污泥出口與料斗相連通。
所述除臭裝置為UV光解凈化設(shè)備。
一種污泥干化焚燒發(fā)電一體化方法，包括以下步驟：
(1)、高壓燃?xì)馀c經(jīng)過壓縮的高壓空氣在燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)燃燒推動(dòng)渦輪高速旋轉(zhuǎn)，并推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，做完功的煙氣與來(lái)自污泥供應(yīng)裝置的濕污泥進(jìn)入到污泥干化裝置內(nèi)直接接觸換熱，污泥中的大部分水分蒸發(fā)進(jìn)入到煙氣中，干化后的污泥與煙氣一同離開污泥干化裝置進(jìn)入氣固分離裝置，干化后的污泥與煙氣在氣固分離裝置中分離，煙氣排出，干化污泥送入料斗中;
(2)、料斗內(nèi)的干化污泥進(jìn)入到流化床鍋爐，與助燃空氣燃燒，爐內(nèi)脫硫用的石灰石粉經(jīng)過石灰石粉管進(jìn)入到爐膛，與污泥燃燒反應(yīng)生成的SO2相結(jié)合生成硫酸鹽，煙氣攜帶顆粒離開爐膛進(jìn)入到分離器完成氣固分離，大部分顆粒被分離器捕集下來(lái)并經(jīng)返料器返回流化床鍋爐爐膛，高溫?zé)煔怆x開分離器進(jìn)入到煙氣凈化裝置凈化達(dá)標(biāo)后，經(jīng)引風(fēng)機(jī)排放到大氣中。
所述步驟(2)中干化污泥在流化床鍋爐燃燒，流化床鍋爐蒸汽管路產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽進(jìn)入蒸汽輪機(jī)、并推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，蒸汽輪機(jī)排放的乏汽進(jìn)入凝汽器轉(zhuǎn)變成凝結(jié)水，凝結(jié)水經(jīng)給水泵加壓后進(jìn)入換熱器中，由流化床鍋爐進(jìn)一步加熱后轉(zhuǎn)變成過熱蒸汽進(jìn)入蒸汽輪機(jī)，完成循環(huán);離開分離器的高溫?zé)煔膺M(jìn)入到換熱器并對(duì)布置在其中的受熱面放熱后進(jìn)入到煙氣凈化裝置凈化后排放。
所述步驟(1)中污泥干化裝置為噴霧干燥塔，污泥供應(yīng)裝置包括漿料罐，經(jīng)過機(jī)械干化的污泥餅在漿液罐內(nèi)經(jīng)加水?dāng)嚢枵{(diào)整成能實(shí)現(xiàn)霧化的污泥漿液，污泥漿液經(jīng)過濾器過濾后由污泥泵輸送至布置在噴霧干燥塔上的霧化器，污泥漿液霧化成具有一定粒徑分布的污泥漿液滴后進(jìn)入到噴霧干燥塔;燃?xì)廨啓C(jī)排出的煙氣進(jìn)入到布置在噴霧干燥塔上的布風(fēng)裝置整流后進(jìn)入到噴霧干燥塔與污泥漿液滴直接接觸換熱，漿液滴中的大部分水分蒸發(fā)進(jìn)入到煙氣中，干化后的污泥顆粒與煙氣一同離開噴霧干燥塔進(jìn)入氣固分離裝置。
所述氣固分離裝置為袋式過濾器，袋式過濾器內(nèi)布置大量多孔結(jié)構(gòu)的織物，進(jìn)入袋式過濾器的煙氣通過該多孔結(jié)構(gòu)的織物時(shí)，煙氣攜帶的污泥顆粒被分離下來(lái)輸送至料斗，廢氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)送入除臭裝置中脫臭、殺菌得到的凈化煙氣排放到大氣中。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)利用燃?xì)廨啓C(jī)的煙氣余熱作為污泥干化的熱源，實(shí)現(xiàn)能源梯級(jí)利用，熱效率高，可以節(jié)省污泥干化的燃料成本，也避免了燃燒燃煤干化污泥產(chǎn)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)經(jīng)干化焚燒處理，污泥的減量化、穩(wěn)定化效果顯著，而且由于污泥干化、焚燒處理所需時(shí)間短，本發(fā)明在較小用地的條件下，可以處理大量的污泥。有效避免污泥填埋和土地利用造成的污染地下水和環(huán)境問題。
(3)經(jīng)過干化后的污泥含水率大幅度降低，污泥的低位發(fā)熱量可以高達(dá) 8000kJ/kg以上，在流化床鍋爐內(nèi)可以穩(wěn)定燃燒，不需要添加輔助燃料的條件下，床溫可以穩(wěn)定維持在850℃以上，滿足污泥焚燒的溫度條件，避免劇毒污染物二噁英的產(chǎn)生。
進(jìn)一步，利用污泥焚燒產(chǎn)生的蒸汽推動(dòng)蒸汽發(fā)電機(jī)組發(fā)電，實(shí)現(xiàn)了污泥能源資源的利用，滿足污泥處理的節(jié)能減排要求，進(jìn)一步提高能源利用率。
進(jìn)一步，本發(fā)明利用噴霧式干燥塔來(lái)干化污泥，熱煙氣與污泥顆粒在干燥塔內(nèi)直接接觸，熱效率高，解決了傳統(tǒng)技術(shù)采用間接加熱的污泥干化方式存在的熱效率低、以及受熱面的磨損問題。
