申請日2013.12.12
公開(公告)日2014.03.12
IPC分類號F22D11/00; F24H9/00; C10L5/46; C02F9/04; C10L5/44; F23G7/00
摘要
本發(fā)明涉及一種廢水與生物質(zhì)產(chǎn)熱工藝。所述工藝將廢水經(jīng)處理作為鍋爐用水;廢水處理過程中產(chǎn)生的污泥、生物質(zhì)、油泥混合作為燃料加熱鍋爐，產(chǎn)生蒸汽或熱水。本工藝采用的鍋爐可以用傳統(tǒng)的煤或燃?xì)鉃槿剂�，又可以用污泥、生物質(zhì)、油泥混合作為燃料，也可以多種燃料同時應(yīng)用。本發(fā)明工藝將大量的廢水充分利用，既節(jié)約了水資源，降低了區(qū)域化學(xué)需氧量和氨氮的排放量，又利用了我國豐富的生物質(zhì)資源及城市垃圾，保護了環(huán)境，適合廣大農(nóng)村、中小城鎮(zhèn)及工業(yè)園區(qū)和工業(yè)企業(yè)。
權(quán)利要求書
1.一種廢水與生物質(zhì)產(chǎn)熱工藝，其特征在于，所述工藝將廢水經(jīng)處理作為 鍋爐用水;廢水處理過程中產(chǎn)生的污泥與生物質(zhì)混合作為燃料加熱鍋爐，產(chǎn)生 蒸汽或熱水。
2.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述廢水包括生活廢水和/或 工業(yè)廢水。
3.如權(quán)利要求1或2所述的工藝，其特征在于，所述廢水的處理包括廢水 預(yù)處理工藝和廢水深度處理工藝，所述深度處理包括廢水除鹽、除氧處理。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的工藝，其特征在于，所述廢水處理過程中產(chǎn) 生的有機廢水也作為燃料的一部分。
5.如權(quán)利要求1-4之一所述的工藝，其特征在于，所述生物質(zhì)包括農(nóng)作物 秸稈、林產(chǎn)品加工廢物或城市生活垃圾中的一種或至少兩種的混合物。
6.如權(quán)利要求1-5之一所述的工藝，其特征在于，所述燃料中還包含油泥; 優(yōu)選地，所述油泥經(jīng)預(yù)處理后作為燃料的一部分。
7.如權(quán)利要求1-6之一所述的工藝，其特征在于，所述廢水處理過程中產(chǎn) 生的污泥、生物質(zhì)及油泥直接作為燃料或成型后作為燃料。
8.如權(quán)利要求1-7之一所述的工藝，其特征在于，鍋爐產(chǎn)生的煙氣經(jīng)除塵、 余熱回收、脫硫脫硝后達(dá)標(biāo)排放。
9.如權(quán)利要求1-8之一所述的工藝，其特征在于，燃料燃燒后產(chǎn)生的廢渣 作為鉀肥或建材原料。
10.如權(quán)利要求1-9之一所述的工藝，其特征在于，所述工藝包括以下步 驟：
(1)將廢水經(jīng)過預(yù)處理、深度處理后，作為鍋爐用除鹽水;
(2)將廢水處理過程中產(chǎn)生的污泥、有機廢水與生物質(zhì)、油泥直接混合或 混合成型后作為燃料加熱鍋爐，產(chǎn)生蒸汽或熱水;
(3)燃燒后的煙氣經(jīng)除塵、余熱回收、脫硫脫硝后達(dá)標(biāo)排放;
(4)燃燒后的廢渣作為鉀肥或建材使用。
說明書
一種廢水與生物質(zhì)產(chǎn)熱工藝
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及廢水資源化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種廢水與生物質(zhì)綜合利用生 產(chǎn)蒸汽或熱水的工藝。
背景技術(shù)
伴隨著城市化程度加快，用水量增加，同時排水量增長，對污水處理的需 求也隨之加大，各大城市更是為緩解水資源緊張和治理污水相繼建立污水處理 廠。面對日益緊張的城市用水和水污染治理，城市生活污水處理廠也加快了建 設(shè)步伐，在一定程度上擴大再生水資源的利用，緩解水資源緊張，但還需要深 度處理，綜合利用。
在生活污水和工業(yè)廢水深度處理利用方面，國內(nèi)外均有應(yīng)用。
美國、加拿大利用稠油廢水處理后回用熱采鍋爐的技術(shù)已有20余年的歷史， 從工藝流程(包括廢液和廢泥處理工藝)、設(shè)備、自動控制都有完整配套技術(shù)， 有成熟的運行經(jīng)驗，生產(chǎn)實踐證明了它的可靠性、實用性和經(jīng)濟效益。某油田 對稠油廢水深度處理回用于熱采鍋爐，其主要工藝為：調(diào)節(jié)和緩沖→斜板除油 →浮選→過濾→軟化，現(xiàn)已建成曙四聯(lián)8000m3/d廢水深度處理站1座和洼一聯(lián) 6000m3/d廢水深度處理站1座，基本可實現(xiàn)稠油廢水回用于熱采鍋爐。
天津市某公司將大港生活區(qū)城市廢水深度處理回用，向天津石化出售經(jīng)深 度處理的一級除鹽水。包括預(yù)處理、深度除鹽設(shè)備及配套工程。主要工藝為： 多介質(zhì)過濾器→臭氧-活性炭過濾→超濾→一級反滲透→二級反滲透→混床。處 理規(guī)模為3萬m3/d，節(jié)約新鮮水用量600～800萬m3/a，一定程度消減了區(qū)域化 學(xué)需氧量、氨氮的排放。
CN102452749A公開了一種鋼鐵企業(yè)污水高轉(zhuǎn)化率制備除鹽水的工藝，該 工藝流程包括污水處理單元、預(yù)處理單元、反滲透脫鹽處理單元。在污水處理 單元、預(yù)處理單元去除大量對反滲透膜的污染物質(zhì)，在反滲透單元，采用三級 處理工藝，通過一、二級反滲透進(jìn)行脫鹽處理，一部分成品水直接進(jìn)入產(chǎn)品水 箱，另一部分濃鹽水經(jīng)過三級反滲透再次進(jìn)行脫鹽處理，從而有效的實現(xiàn)了鋼 鐵企業(yè)污水資源化和污水“零排放”。
生物質(zhì)就是在有機物中除礦物燃料之外，所有來源于植物、動物和微生物 的可再生物質(zhì)。地球上的生物質(zhì)資源極為豐富，全球每年經(jīng)光合作用產(chǎn)生的干 物質(zhì)近1730億噸，我國生物質(zhì)年產(chǎn)量為50多億噸干物質(zhì)，相當(dāng)于年耗能總量 的2.5倍;此外，我國垃圾的歷年堆存量達(dá)60億噸，垃圾年產(chǎn)量超過1億萬噸， 以北京市為例，現(xiàn)在的日產(chǎn)城市生活垃圾在15000噸左右，日產(chǎn)城市污泥在4000 噸左右，還有醫(yī)療垃圾數(shù)量不確定。其中的37.5%是可以作燃料利用的生物質(zhì)能。 據(jù)中國環(huán)保部和有關(guān)部門統(tǒng)計，到“十二五”末，全國有600多座城市的1000 多個污水處理廠，年產(chǎn)污泥達(dá)到6000多萬噸，其中僅僅約20%得到及時有效的 處理利用，其余大多數(shù)選擇填埋處理，給水環(huán)境的安全埋下隱患。目前我國生 物質(zhì)能的轉(zhuǎn)化利用率不足10%，每年的近7億噸農(nóng)作廢棄物中有一半以上被白 白燒掉或廢棄，不僅污染環(huán)境，還造成了巨大的浪費。如何高效利用生物質(zhì)能 是一個急待解決的問題。為此國家推出了生物質(zhì)利用政策支持方向，主要有：(1) 生物質(zhì)發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)電原料預(yù)處理技術(shù);(2)生物質(zhì)固體燃料致密加工成 型技術(shù);(3)生物質(zhì)固體燃料高效燃燒技術(shù);(4)生物質(zhì)氣化和液化技術(shù);(5) 非糧生物液體燃料生產(chǎn)技術(shù);(6)大中型生物質(zhì)能利用技術(shù)。
早在十九世紀(jì)，歐洲國家就開始了生物質(zhì)能的利用，認(rèn)識到生物質(zhì)不僅能 作為一種能源使用，還可以改善煤的燃燒性能，并且針對當(dāng)?shù)氐拿嘿|(zhì)研制出了 生物質(zhì)型煤。W02007089046是將煤與5%的生物質(zhì)粉末直接混合成型; KR850001738B是利用六甲基四胺、氧化劑、助燃劑、鋸屑、生物質(zhì)焦、泥煤、 泥煤焦混合制成，然后在其表面涂防水層或石蠟，屬于直接利用;JP3052994主 要是利用生物質(zhì)木屑、甘荒渣或者棉花籽榨油產(chǎn)生的渣，固硫劑熟石灰，最后 在表層涂石蠟或重油;US4225457和US4152119利用有機固體垃圾、尤其是城 市生活垃圾或生物質(zhì)與煤混合，其粘結(jié)劑主要是用下水污泥、造紙黑液、含糖 的粘結(jié)劑、廢棄的石油和淀粉。
在我國將生物質(zhì)用于型煤技術(shù)研究較晚，但發(fā)展較快。CN1908135A中粘 結(jié)劑主要使用面粉、麥麩、淀粉的發(fā)酵液，生物質(zhì)以干粉形式添加8～20%;CN 1309166A主要使用農(nóng)作物秸桿、林業(yè)加工廢棄物、城市生活垃圾，其配比可高 達(dá)40～100%;CN1793297A和CN1793298A，主要使用14～20%的3mm左右的 稻草粘結(jié)劑;CN1424386A主要利用粉碎的秸桿、樹葉、雜草和生物膠;CN 1033833A主要是使用稻殼和改性淀粉作為型煤的點火層;CN1368542A主要是 使用造紙黑液作粘結(jié)劑;CN1952086A主要是添加5～30%的農(nóng)作物秸桿、野草、 樹葉粉和15-20%的淀粉發(fā)酵劑。CN1858165A公開了一種生物質(zhì)復(fù)合燃料及其 制造方法，其由生物質(zhì)燃料、煤燃料和固硫劑混合均勻構(gòu)成。CN1699525A公 開了一種秸軒合成固體燃料及其加工工藝。
1995年在山東臨沂建成國內(nèi)唯一的一家工業(yè)規(guī)模的生物質(zhì)型煤生產(chǎn)示范 廠，實際為年產(chǎn)量1萬t，但存在著鍋爐試燒中燒不透、煙塵大等問題，生物質(zhì) 鍋爐型煤生產(chǎn)線不能正常生產(chǎn)運行。根據(jù)計劃，2020年以后，每年5000萬噸的 秸軒棒狀致密成型燃料可以為農(nóng)民增加秸軒銷售收入60億元人民幣以上，2020 年以后，利用5000萬噸的秸軒棒狀致密成型燃料每年約可替代4000萬噸煤， 燃燒后約可以減少排放CO28000萬噸，減少排放SO220萬噸，減少排放煙塵 60萬噸，減少灰渣排放1500萬噸，增加優(yōu)質(zhì)餌肥500萬噸。
關(guān)于生物質(zhì)鍋爐，國內(nèi)外已有成熟技術(shù)。CN1070038A公布了一種差速內(nèi) 循環(huán)的方法及鍋爐設(shè)備，根據(jù)不同氣速對顆粒攜帶能力的不同，通過在燃燒室 內(nèi)設(shè)置三個不同的氣速區(qū)來實現(xiàn)內(nèi)循環(huán)。CN1041646A公布了一種復(fù)合循環(huán)流 化床鍋爐，燃燒室底部呈凹形，并且在燃燒室內(nèi)設(shè)置隔板，依靠顆粒在密相區(qū) 的溢流形成內(nèi)循環(huán)，同時在自由空間內(nèi)設(shè)置對流換熱部分，在對流換熱面部分 設(shè)置擋板，分離顆粒，分離后的顆粒通過絞龍送回主燃燒室，通過密相區(qū)的溢 流及絞龍的機械作用形成內(nèi)循環(huán)。EP0332360A1公布了一種流化床反應(yīng)器及其 操作方法，在該裝置中設(shè)置主、副兩個反應(yīng)器，主、副反應(yīng)器之間的料位具有 一定的高差，副反應(yīng)器收集內(nèi)循環(huán)分離下來的顆粒，通過一個"L"閥返回主反 應(yīng)器，其實質(zhì)可以看作是一個將外循環(huán)機構(gòu)轉(zhuǎn)移到燃燒室內(nèi)形成的內(nèi)循環(huán)，結(jié) 構(gòu)復(fù)雜。
關(guān)于生物質(zhì)氣化、生物質(zhì)制甲醇、生物質(zhì)制氫等均有專利。CN1323871A 公開了一種生物質(zhì)秸桿制取煤氣的方法，即煤炭燃燒放熱和生物質(zhì)秸桿裂解制 氣在同一發(fā)生爐內(nèi)進(jìn)行。首先是煤炭在爐內(nèi)燃燒并將熱能積蓄于料層，再送入 生物質(zhì)秸桿，使其與高溫煤炭直接接觸，并在隔絕空氣狀態(tài)下產(chǎn)生裂解。CN 1362393A公開了一種利用生物質(zhì)材料制備甲醇的方法，該方法能夠有效地利用 所產(chǎn)生的一氧化碳而不降低甲醇制備的效率。在利用生物質(zhì)材料制備甲醇的方 法中，包括氣化生物質(zhì)以產(chǎn)生氣體和由所產(chǎn)生的氣體制備甲醇，通過電能驅(qū)動 的水電解設(shè)備來電解水，所述的電能來自日光能發(fā)電設(shè)備或風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，并 將由水電解產(chǎn)生的氫氣提供給原料氣，致使氫氣量調(diào)節(jié)為所產(chǎn)生的氣體中所包 含的一氧化碳量的至少兩倍，由此于甲醇合成塔中制備甲醇。CN101158312A 公開了一種利用生物質(zhì)發(fā)電的方法，該方法是利用氣化技術(shù)，把農(nóng)林廢棄物， 包括廢秸稈、木屑、稻草、稻殼、甘蔗渣等通過氣化裝置轉(zhuǎn)換為接近煤氣的可 燃?xì)怏w，這些可燃?xì)饨?jīng)過氣體凈化裝置除去灰塵和焦油后，再送到氣體內(nèi)燃機 或燃?xì)廨啓C中進(jìn)行發(fā)電，內(nèi)燃機或燃?xì)廨啓C排出的高溫尾氣進(jìn)一步用來加熱余 熱鍋爐通過蒸汽輪機產(chǎn)生蒸汽發(fā)電。CN101200644A公開了一種利用植物生物 質(zhì)連續(xù)干餾生產(chǎn)焦油的設(shè)備，利用植物生物質(zhì)連續(xù)干餾生產(chǎn)焦油，使物料充分 均勻干餾，不僅能夠節(jié)約能源，而且能夠減少對環(huán)境的污染。CN1458058A公 開一種生物質(zhì)制取含氫氣體的方法，是將粉碎的生物質(zhì)、添加劑和水按 1:1～1.5:5～15的重量比加入高壓反應(yīng)器中，在氮氣氣氛下，以10～20℃/min的升 溫速率升溫，使反應(yīng)溫度達(dá)到300～700℃，反應(yīng)壓力達(dá)到10～50MPa后，反應(yīng) 1～60分鐘，冷卻至室溫，氣液產(chǎn)物進(jìn)行分離，氣體為含氫混合氣體，液體為生 物質(zhì)油。
目前盡管生物質(zhì)利用技術(shù)很多，但目前較為成熟而且簡單易行的是成型燃 燒，因此本發(fā)明主要考慮標(biāo)準(zhǔn)化的生物質(zhì)成型燃燒技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出了一種廢水與生物質(zhì)產(chǎn) 熱工藝。本發(fā)明提供了將廢水處理成合格的鍋爐用水，用生物質(zhì)作為燃料或主 要燃料，生產(chǎn)電力、蒸汽或熱水的綜合工藝。本發(fā)明采用的生物質(zhì)鍋爐既可以 以廢水處理過程中產(chǎn)生的污泥、有機廢水與生物質(zhì)、油泥直接混合或混合成型 為燃料，又可以以傳統(tǒng)化石燃料煤或燃?xì)鉃槿剂希部梢砸陨隙喾N燃料同時作 為燃料，使鍋爐能夠穩(wěn)定運行。
盡管廢水深度處理生產(chǎn)鍋爐用除鹽水技術(shù)和生物質(zhì)燃燒鍋爐及成型燃燒技 術(shù)已成功應(yīng)用，但尚未有將二者結(jié)合起來應(yīng)用的先例，而且生物質(zhì)鍋爐對多種 燃料的適應(yīng)性不強。
為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種廢水與生物質(zhì)產(chǎn)熱工藝，所述工藝將廢水經(jīng)處理作為鍋爐用水;廢水 處理過程中產(chǎn)生的污泥與生物質(zhì)混合作為燃料加熱鍋爐，產(chǎn)生蒸汽或熱水。
產(chǎn)生的蒸汽或熱水可用于城鎮(zhèn)、工業(yè)采暖或供電。
所述廢水包括生活廢水和/或工業(yè)廢水。本發(fā)明所指廢水可以是生活廢水， 也可以是工業(yè)廢水，或生活廢水和工業(yè)廢水組成的混合廢水。
所述廢水的處理包括廢水預(yù)處理工藝和廢水深度處理工藝，所述深度處理 包括廢水除鹽、除氧處理，以達(dá)到鍋爐用水的標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明所述的廢水處理工藝主要有調(diào)節(jié)、過濾、超濾、生化、聚結(jié)、氣浮、 高級氧化、磁處理、電絮凝、電催化、內(nèi)電解、光催化氧化、反滲透、EDI、電 滲析、離子交換、混床等水處理技術(shù)組合。具體組合根據(jù)廢水的類型及組成進(jìn) 行優(yōu)化選擇，力求投資和運營成本的優(yōu)化。處理后的水應(yīng)符合鍋爐用水水質(zhì)， 具體指標(biāo)如下：
項目 指標(biāo) 溶解氧(mg/L) ≤0.05 總硬度(以CaCO3計)(mg/L) ≤0.1 總鐵(mg/L) ≤0.05 二氧化硅(mg/L) ≤50 懸浮物(mg/L) ≤2 總堿度(以CaCO3計)(mg/L) ≤2000 油和脂(mg/L)(建議不包括溶解油) ≤2 礦化度(mg/L) ≤7000 pH值 7.5～11
所述廢水處理過程中產(chǎn)生的有機廢水也作為燃料的一部分。
本發(fā)明所述生物質(zhì)包括農(nóng)作物秸稈、林產(chǎn)品加工廢物或城市生活垃圾中的 一種或至少兩種的混合物。
所述燃料中還包含油泥;優(yōu)選地，所述油泥經(jīng)預(yù)處理后作為燃料的一部分。 所述油泥例如可選擇油田煉油廠油泥、焦化廠的焦油污泥等。本發(fā)明所述油泥 的處理方法可由本領(lǐng)域技術(shù)人員從現(xiàn)有技術(shù)中選擇。
所述污泥、生物質(zhì)及油泥直接作為燃料或成型后作為燃料。生物質(zhì)成型時， 加入固氯劑、固硫劑等。
在本發(fā)明中，可以是生物質(zhì)單獨作為燃料，也可以是多種生物質(zhì)的混合作 為燃料，還可以是生物質(zhì)與化石燃料的混合成型燃料。生物質(zhì)顆粒燃料具有含 硫量、含氮量、灰分遠(yuǎn)低于煤炭的環(huán)保性能優(yōu)勢。生物質(zhì)燃料應(yīng)符合國家支持 的目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，參考項目如下：(1)生物質(zhì)發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)電原料預(yù)處理技術(shù)： 包括直燃(混燃)發(fā)電系統(tǒng)耦合技術(shù)，蒸汽余熱回收技術(shù)，熱效率≥85%、燃燒 過程不結(jié)渣、不產(chǎn)生新污染，具有廣泛原料適應(yīng)性的生物質(zhì)直燃發(fā)電裝置;能 保證生物質(zhì)在燃燒設(shè)備中充分燃燒的原料裝卸、輸送技術(shù)，能有效分離生物質(zhì) 中的Cl等腐蝕性物質(zhì)的預(yù)處理技術(shù)等;(2)生物質(zhì)固體燃料致密加工成型技術(shù)： 噸成型燃料的加工過程能耗低于80Kwh/t，成型燃料密度1～1.4g/cm3，水分小于 12%，加工過程機械化和自動化的生物質(zhì)致密加工成型技術(shù)。包括木質(zhì)纖維碾切 搭接技術(shù)，成型模板設(shè)計技術(shù)，一體化、可移動顆粒燃料生產(chǎn)設(shè)備的系統(tǒng)耦合 技術(shù)等;(3)生物質(zhì)固體燃料高效燃燒技術(shù)：熱效率≥85%、不結(jié)渣、廢氣符合 排放標(biāo)準(zhǔn)的生物質(zhì)固體燃料高效燃燒技術(shù)與裝置等;(4)生物質(zhì)氣化技術(shù)：高 轉(zhuǎn)化率熱解氣化、熱解過程工藝條件的系統(tǒng)優(yōu)化耦合及控制、可凝性有機物(焦 油)高效凈化處理、生物質(zhì)氣化過程液體、固體產(chǎn)品綜合利用技術(shù)與裝置，生 物質(zhì)氣化效率≥70%;燃?xì)鉄嶂怠?.0MJ/Nm3;燃?xì)庵锌赡杂袡C物≤10mg/Nm3。 高效厭氧發(fā)酵、有機肥生產(chǎn)、無廢水排放技術(shù)與裝置，有機廢棄物產(chǎn)氣率≥ 200L/Kg。
本發(fā)明的鍋爐采用適合生物質(zhì)燃燒的專用鍋爐，該鍋爐既可以用正常的燃 料如天然氣、煤、燃料油等化石燃料，也可以生物質(zhì)為燃料，還可以油泥、燃 氣、生物質(zhì)作為聯(lián)合燃料運行，這樣就保證了裝置能穩(wěn)定連續(xù)運行，所產(chǎn)熱或 電穩(wěn)定供應(yīng)。
鍋爐產(chǎn)生的煙氣經(jīng)除塵、余熱回收、脫硫脫硝后達(dá)標(biāo)排放。
燃料燃燒后產(chǎn)生的廢渣作為鉀肥或建材原料。
本發(fā)明所述的一種廢水與生物質(zhì)產(chǎn)熱工藝，所述工藝具體包括以下步驟：
(1)將廢水經(jīng)過預(yù)處理、深度處理后，作為鍋爐用除鹽水;
(2)將廢水處理過程中產(chǎn)生的污泥、有機廢水與生物質(zhì)、油泥直接混合或 混合成型后作為燃料加熱鍋爐，產(chǎn)生蒸汽或熱水;
(3)燃燒后的煙氣經(jīng)除塵、余熱回收、脫硫脫硝后達(dá)標(biāo)排放;
(4)燃燒后的廢渣作為鉀肥或建材使用。
與已有技術(shù)方案相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
本發(fā)明將廢水處理和生物質(zhì)能的利用結(jié)合起來，直接產(chǎn)生用于采暖、發(fā)電、 加熱等生活或工業(yè)上的蒸汽或熱水。既節(jié)約了水資源，降低了區(qū)域化學(xué)需氧量 和氨氮的排放量，同時還利用了廢水處理所產(chǎn)生的污泥，可將污泥與垃圾、農(nóng) 作物秸稈等生物質(zhì)直接混合或混合成型后作為鍋爐燃料，減少了污泥的處理環(huán) 節(jié)，同時可以將油泥處理，所產(chǎn)生的熱和電又可用于廢水處理的能源，實現(xiàn)了 廢物的循環(huán)利用，對國家推行的城鎮(zhèn)化有重要的實用價值。
