CN101618931A - 一种污泥干化焚烧一体化系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种污泥干化焚烧一体化系统及使用方法，包括一污泥干燥焚烧回路、一热水循环回路、一热泵辅助供热回路和一载气加热及废热回收回路；污泥干燥焚烧回路包括一干泥返混装置、一污泥干燥器和一污泥焚烧炉，污泥焚烧炉上设置有一灰渣出口；热水循环回路包括两水泵、一冷凝器、污泥干燥器和焚烧炉；热泵辅助供热回路包括一蒸发器、一内部换热器、一压缩机、一节流阀和冷凝器；载气加热及废热回收回路包括一空压机、蒸发器、污泥焚烧炉和污泥干燥器。本发明由于采用热泵回收焚烧干燥装置和热泵干燥装置的废热作为热泵干燥装置的热源，并且由于热泵辅助供热的加入，提高了污泥干化产量，降低了污泥的干化能耗。本发明可广泛应用于各种污泥处理领域中。

Description

一种污泥干化焚烧一体化系统及使用方法

技术领域

本发明涉及一种污泥处置系统及使用方法，特别是关于一种采用热泵回收废热辅助供热的污泥干化焚烧一体化系统及使用方法。

背景技术

目前，截止2008年10月，全国已建污水厂1459座，日处理能力8553万吨，对应的脱水污泥量为85530吨/天。我国的国情之一是人口密度大，是世界平均值的3倍，尤其经济发达地区，人口密度更大，污水厂的规模也同比大而多，土地紧张的问题更突出，对这些地区，污泥的首要问题就是最大程度地减量。而最大程度减量的技术就是干化、半干化、焚烧。考虑投资和运行的经济性、安全性、维护等，最适合设备化的技术应是半干化加焚烧。采用焚烧技术是国内外公认最彻底的处置方式，能真正做到生化污泥减量化、无害化。但生化污泥的热值极低，经过半干化后也很难维持自持燃烧，往往要加入一定量的燃料，因此运行费用极高，出现了买不起，也用不起的现象。污泥干化装置的主要能量损失在于，污泥中的水分吸收热量汽化后进入载气而排到了环境之中，如果采用合理可行的能源组合形式，回收系统废热，则可不需额外添加燃料即可维持自持燃烧。

热泵是一种本身消耗一部分能量从低温热源吸收热量，使其在较高温度下放出可以利用热量的装置。由于获得可用热量远大于本身消耗的能量，所以它是一种节能设备。单纯的将热泵与污泥干燥器结合组成热泵干燥装置来干燥污泥的热力系统，由于系统密封、绝热不良的影响，利用热泵回收废热维持干化持续进行，存在蒸发温度偏低，或热能不足的现象，采用环境介质(污水、空气)作为低温热源，又存在热源品位低，热泵系数较低的弱点。而单纯的污泥焚烧干化技术由于污泥的热值较低，为维持干化焚烧的持续进行，必须添加燃料，使得运行费用过高。以上所述的现有污泥焚烧技术的几点缺点急需改进。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能耗较低、能使污泥减量化、无害化的污泥干化焚烧一体化系统及使用方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种污泥干化焚烧一体化系统，其特征在于：它包括一污泥干燥焚烧回路、一热水循环回路、一热泵辅助供热回路和一载气加热及废热回收回路；所述污泥干燥焚烧回路包括一干泥返混装置、一污泥干燥器和一污泥焚烧炉，所述干泥返混装置连接所述污泥干燥器的进泥口，所述污泥干燥器的出泥口并联连接所述干泥返混装置和所述污泥焚烧炉的进泥口，所述污泥焚烧炉还设置有一灰渣出口；所述热水循环回路包括两水泵和一冷凝器，所述污泥干燥器的出水口并联连接所述两水泵，其中一所述水泵连接所述冷凝器的一进口，所述冷凝器对应的一出口和污泥焚烧炉的出水口连接所述污泥干燥器的进水口，另一所述水泵连接所述污泥焚烧炉的进水口；所述热泵辅助供热回路包括一蒸发器、一内部换热器和一压缩机，所述蒸发器的热泵工质出口依次连接所述内部换热器、所述压缩机和所述冷凝器的另一进口，所述冷凝器对应的另一出口通过所述内部换热器连接所述蒸发器热泵工质入口，所述蒸发器上还设置有一冷凝水出口；所述载气加热及废热回收回路包括一空压机，所述空压机的入口并联连接一空气入口和所述蒸发器的载气出口，所述空压机的出口通过所述污泥焚烧炉连接所述污泥干燥器的载气入口，所述污泥干燥器的载气出口连接所述蒸发器的载气入口，所述蒸发器的上还设置有一连通大气的废气出口。

所述热泵辅助供热回路中，所述蒸发器的热泵工质入口与所述内部换热器之间设置有一节流阀。

一种污泥干化焚烧一体化系统的使用方法，其特征在于：1)设置一污泥干燥焚烧回路、一热水循环回路、一热泵辅助供热回路和一载气加热及废热回收回路；污泥干燥焚烧回路包括一干泥返混装置、一污泥干燥器和一污泥焚烧炉，污泥焚烧炉上设置有一灰渣出口；热水循环回路包括两水泵、一冷凝器、污泥干燥器和焚烧炉；热泵辅助供热回路包括一蒸发器、一内部换热器、一压缩机、一节流阀和冷凝器；载气加热及废热回收回路包括一空压机、蒸发器、污泥焚烧炉和污泥干燥器；2)将污水处理厂处理后的湿污泥输入干泥返混装置，经污泥干燥器干化的污泥一部分送入污泥焚烧炉焚烧，另一部分返回到干泥返混装置，与湿污泥混合后再进入污泥干燥器，焚烧后的灰渣从灰渣出口排出；3)在污泥焚烧炉中产生的高温载气进入污泥干燥器，将热量传给污泥，从污泥干燥器流出的载气经蒸发器降温后，其中一部分载气与进入空压机的新鲜空气一起被依次送入污泥焚烧炉和污泥干燥器，其余载气排入大气中；4)在污泥焚烧炉中被加热的循环水进入污泥干燥器，将热量传给污泥，从污泥干燥器流出的循环水分两路，一路经一水泵进入冷凝器加热后再返回污泥干燥器，另一路经另一水泵进入污泥焚烧炉加热后，回到污泥干燥器内；5)蒸发器内的热泵工质吸取蒸发器内载气的热量后，经过内部换热器和压缩机升温升压，在冷凝器内将热量传给循环水后，再经过内部换热器降温后回到蒸发器。

在所述蒸发器的热泵工质入口与所述内部换热器之间设置有一用于使热泵工质降压降温的节流阀。

本发明由于采取以下技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用热泵回收焚烧干燥装置和热泵干燥装置的废热作为热泵干燥装置的热源，提高了热泵的蒸发温度，满足了热泵循环的能量需求，提高了热泵系数，并且由于热泵辅助供热的加入，提高了污泥干化产量，满足了焚烧炉燃烧供热需要的能源，使得燃烧不需要额外添加燃料，因此降低了污泥的干化能耗，实现了污泥的减量化和无害化处置。2、本发明由于采用的污泥焚烧炉在来自空压机的载气助燃下，焚烧来自干燥器的得到干化的污泥，将污泥中的化学能转化为可以直接利用的热能，热能被循环热水所吸收，进入污泥干燥器作为干化污泥的热源，因此使污泥本身得到最大的减量化和无害化处理，成为灰渣排出系统。3、本发明由于采用了干泥返混装置，用以将含水率75％～80％的湿污泥与含水率30％的干化污泥混合造粒，因此避免了污泥在干燥器内出现粘结现象，并提高了污泥的干化速率。4、本发明由于采用的污泥干燥器包括一空心轴、空心桨叶和一夹套，并且污泥干燥器是由空心桨叶式干燥器改良而成的，因此使得本发明的污泥干燥器具有热损失少，干燥效率高，防污泥粘结的特性。5、本发明由于采用了载气加热及废热回收回路，利用污泥焚烧炉产生的惰性化载气，进入污泥干燥器带出其生成的水蒸汽，吸湿后的废气排出干燥器后用于加热热泵循环产生的低温低压热泵工质后，一部分排出冷却，一部分与一定量的新鲜空气混合经升压后通入焚烧炉燃烧，以无害化废气内集聚的臭味气体，并提供干化污泥燃烧需要的助燃剂。本发明可广泛应用于各种污泥处理领域中。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图

图2是本发明的污泥干化焚烧回路结构示意图

图3是本发明的热水循环回路结构示意图

图4是本发明的热泵辅助供热回路结构示意图

图5是本发明的载气加热及废热回收回路结构示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明包括一污泥干化焚烧回路10、一热水循环回路20、一热泵辅助供热回路30和一载气加热及废热回收回路40。

如图2所示，本发明的污泥干化焚烧回路10包括一干泥返混装置11、一污泥干燥器12和一污泥焚烧炉13。污水处理厂处理后的湿污泥和部分干化污泥通过管道进入干泥返混装置11。干泥返混装置11的出泥口通过管道与一污泥干燥器12的进泥口连接，污泥干燥器12的出泥口通过管道分别连接干泥返混装置11和一污泥焚烧炉13的进泥口。污泥焚烧炉13上设置有一灰渣出口14，用于排出污泥焚烧后产生的灰渣。其中，污泥干燥器12包括一空心轴121、空心桨叶122和一夹套123，污泥干燥器12是空心桨叶式干燥器改良而成的，改良后具有热损失少，干燥效率高，防污泥粘结的特性。

如图3所示，本发明的热水循环回路20包括两水泵21、22和一冷凝器23，污泥干燥器12中水管的出水口并联连接两水泵21、22，水泵22连接冷凝器23的一进口，冷凝器23对应的一出口和污泥焚烧炉13的出水口连接到污泥干燥器12的进水口。水泵21连接污泥焚烧炉13中水管的进水口。

如图4所示，本发明的热泵辅助供热回路30包括一蒸发器31、一内部换热器32和一压缩机33，蒸发器31的热泵工质出口通过管道与内部换热器32连接，内部换热器32的出口通过压缩机33与冷凝器23的另一进口连接，冷凝器23对应的另一出口通过管道与内部换热器32连接，内部换热器32通过管道与一节流阀34连接，节流阀34通过管道与蒸发器31连接。其中，在蒸发器31上设置有一冷凝水出口35和一废气出口36。

热泵辅助供热回路30中，本发明采用的热泵工质为R245fa(五氟丙烷)，R245fa具有良好的高温特性，使得其在冷凝温度达到100℃时排气温度也不会超过120℃，优良的热泵工质特性和较高的低温热源温度使得热泵辅助供热回路30的热泵系数可达到4.5以上。

如图5所示，本发明的载气加热及废热回收回路40包括一空压机41，空压机41入口通过管道并联连接一空气入口42和蒸发器31的载气出口，空压机41出口通过污泥焚烧炉13连接污泥干燥器12的载气入口。污泥干燥器12的的载气出口通过管道与蒸发器31的载气入口连接。所述载气加热及废热回收回路包括一空压机，所述空压机的入口并联连接一空气入口和所述蒸发器的载气出口，所述空压机的出口通过所述污泥焚烧炉连接所述污泥干燥器的载气入口，所述污泥干燥器的载气出口连接所述蒸发器的载气入口。

本发明在使用时，利用热泵辅助供热回路30进行辅助供热，污泥干化焚烧的方法如下：

1)利用干泥返混技术避免污泥的“胶粘相”。将由污水处理厂处理后含水率为75％～80％的湿污泥通过管道输入干泥返混装置11，同时，经污泥干燥器12排出的含水率为30％左右的干化污泥一部分输入污泥焚烧炉13内，另一部分干化污泥被输入干泥返混装置11，干、湿污泥混合后再进入污泥干燥器12，可防止污泥在污泥干燥器12加热表面发生粘结，提高污泥的干化效率。在载气加热及废热回收回路40中的空压机41鼓入的载气助燃下，使污泥焚烧炉13内的污泥焚烧，焚烧后的灰渣由灰渣出口14排出。污泥焚烧炉13回收污泥焚烧释放出的化学能，使其转化为可直接利用的热能，用来加热来自热水循环回路20中水泵21的循环热水，同时产生惰性化的高温烟气，作为污泥干燥器12的载气。

2)在污泥焚烧炉13中产生的高温载气进入污泥干燥器12，将热量传给污泥，吸收污泥蒸发出的水分，并将水分带出干燥器12。从污泥干燥器12的载气出口流出的废热湿载气由管道流入蒸发器31内，废热湿载气与流经蒸发器31内的热泵工质换热，废热湿载气被冷却降温，并使部分废热湿载气中的水蒸气冷凝析出，由冷凝水出口35排到污水池中冷却处理。其余由蒸发器31排出的部分冷却放热后的废载气与从空气入口42流入的新鲜空气混合后进入空压机41，并被依次送入污泥焚烧炉13和污泥干燥器12，其余载气由废气出口36排入大气中。

3)在污泥焚烧炉13中被加热的循环热水与来自冷凝器23的循环热水混合后，进入污泥干燥器12内的空心轴121、空心桨叶122和夹套123，将热量传给污泥，使污泥内的水分蒸发，达到干化目的。从污泥干燥器12流出的温度降低的循环热水分两路，一路循环热水经水泵21进入污泥焚烧炉13吸热，另一路循环热水经过水泵22升压进入冷凝器23，吸取流经冷凝器23的热泵工质冷凝释放出的热量升温后，与经过污泥焚烧炉13吸取热量后流出的热水混合，进入污泥干燥器12内释放出热量，加热污泥使污泥内的水分蒸发。因此，热水经污泥干燥器12流出后温度降低，可再经过水泵22、水泵21升压，分别进入冷凝器23和污泥焚烧炉13，重新吸取热量，使热水温度提高。热水重新具备加热能力后再重新混合进行热水循环工作。

4)蒸发器31中的热泵工质吸取污泥干燥器12排出的废热湿载气热量而蒸发成气态，由管道进入内部换热器32内，使热泵工质被加热达到过热状态。过热状态的热泵工质经过管道进入压缩机33被压缩至高温高压状态，热泵工质可提高到110℃左右，再由管道进入冷凝器23内，能够直接加热循环热水。同时在冷凝器23内热泵工质被循环热水由气态冷却成液态，再由管道重新进入内部换热器32内，进一步降温。降温后的热泵工质经过管道进入节流阀34使热泵工质降压降温后，流入蒸发器31内循环工作，实现对本发明的系统辅助供热。

综上所述，湿污泥通过污泥干化焚烧回路10、热水循环回路20、热泵辅助供热回路30和载气加热及废热回收回路40的联合运行，可实现污泥焚烧炉13的自持燃烧。由于热泵辅助供热回路30是以吸收了污泥干燥器12蒸发出的水蒸气的污泥焚烧炉13产生的热烟气为低温热源，因此废热品位较高，废热量充足，本发明的系统具有较高的热泵系数，使得系统具有较好的节能环保优势，以及较强的应用前景。

上述各实施例仅是本发明的优选实施方式，在本技术领域内，凡是基于本发明技术方案上的变化和改进，不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (4)

1、一种污泥干化焚烧一体化系统，其特征在于：它包括一污泥干燥焚烧回路、一热水循环回路、一热泵辅助供热回路和一载气加热及废热回收回路；

所述污泥干燥焚烧回路包括一干泥返混装置、一污泥干燥器和一污泥焚烧炉，所述干泥返混装置连接所述污泥干燥器的进泥口，所述污泥干燥器的出泥口并联连接所述干泥返混装置和所述污泥焚烧炉的进泥口，所述污泥焚烧炉还设置有一灰渣出口；

所述热水循环回路包括两水泵和一冷凝器，所述污泥干燥器的出水口并联连接所述两水泵，其中一所述水泵连接所述冷凝器的一进口，所述冷凝器对应的一出口和污泥焚烧炉的出水口连接所述污泥干燥器的进水口，另一所述水泵连接所述污泥焚烧炉的进水口；

所述热泵辅助供热回路包括一蒸发器、一内部换热器和一压缩机，所述蒸发器的热泵工质出口依次连接所述内部换热器、所述压缩机和所述冷凝器的另一进口，所述冷凝器对应的另一出口通过所述内部换热器连接所述蒸发器热泵工质入口，所述蒸发器上还设置有一冷凝水出口；

所述载气加热及废热回收回路包括一空压机，所述空压机的入口并联连接一空气入口和所述蒸发器的载气出口，所述空压机的出口通过所述污泥焚烧炉连接所述污泥干燥器的载气入口，所述污泥干燥器的载气出口连接所述蒸发器的载气入口，所述蒸发器的上还设置有一连通大气的废气出口。

2、如权利要求1所述的一种污泥干化焚烧一体化系统，其特征在于：所述热泵辅助供热回路中，所述蒸发器的热泵工质入口与所述内部换热器之间设置有一节流阀。

3、如权利要求1或2所述的一种污泥干化焚烧一体化系统的使用方法，其特征在于：

1)设置一污泥干燥焚烧回路、一热水循环回路、一热泵辅助供热回路和一载气加热及废热回收回路；污泥干燥焚烧回路包括一干泥返混装置、一污泥干燥器和一污泥焚烧炉，污泥焚烧炉上设置有一灰渣出口；热水循环回路包括两水泵、一冷凝器、污泥干燥器和焚烧炉；热泵辅助供热回路包括一蒸发器、一内部换热器、一压缩机、一节流阀和冷凝器；载气加热及废热回收回路包括一空压机、蒸发器、污泥焚烧炉和污泥干燥器；

2)将污水处理厂处理后的湿污泥输入干泥返混装置，经污泥干燥器干化的污泥一部分送入污泥焚烧炉焚烧，另一部分返回到干泥返混装置，与湿污泥混合后再进入污泥干燥器，焚烧后的灰渣从灰渣出口排出；

3)在污泥焚烧炉中产生的高温载气进入污泥干燥器，将热量传给污泥，从污泥干燥器流出的载气经蒸发器降温后，其中一部分载气与进入空压机的新鲜空气一起被依次送入污泥焚烧炉和污泥干燥器，其余载气排入大气中；

4)在污泥焚烧炉中被加热的循环水进入污泥干燥器，将热量传给污泥，从污泥干燥器流出的循环水分两路，一路经一水泵进入冷凝器加热后再返回污泥干燥器，另一路经另一水泵进入污泥焚烧炉加热后，回到污泥干燥器内；

5)蒸发器内的热泵工质吸取蒸发器内载气的热量后，经过内部换热器和压缩机升温升压，在冷凝器内将热量传给循环水后，再经过内部换热器降温后回到蒸发器。

4、如权利要求3所述的一种污泥干化焚烧一体化系统的使用方法，其特征在于：在所述蒸发器的热泵工质入口与所述内部换热器之间设置有一用于使热泵工质降压降温的节流阀。

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