CN102643006A - 一种污水污泥在流化床反应器内干燥的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污水污泥在流化床反应器内干燥的方法，采用流化床反应器作为干燥装置，以热空气和水蒸气为干燥介质，对污水污泥进行干燥，污泥经给料装置进入流化床反应器，空气经冷凝换热器和空气预热器预热后，进入流化床反应器底部；流化床反应器内的污泥颗粒随空气气流向上运动，并吸收热量；污泥中的水分析出产生水蒸气；被气流带到流化床反应器上部的污泥颗粒在重力的作用下，沿流化床反应器壁面四周回落到流化床反应器下部，继续进行干燥；完成干燥的污泥颗粒从流化床反应器溢流口排出。本发明能降低干燥过程能耗，节约能源和减少温室气体的排放，本发明不仅适合污水污泥干燥，也可用于一般污泥的干燥。

Description

一种污水污泥在流化床反应器内干燥的方法

技术领域

本发明涉及物料干燥技术领域，特别是高水分污水污泥的干燥，具体地说是一种污水污泥在流化床反应器内干燥的方法。

背景技术

在城市污水处理过程中，会产生大量的污水污泥。污水污泥中的水分含量很高，经脱水处理后，脱水污泥的水分通常高于70%，有时甚至高达80%以上。污水污泥是一种含有可燃性有机物质的固体废弃物资源。由于污水污泥的发热量低、水分含量变化大等原因，污水污泥很难被直接点燃或者维持稳定燃烧，也难于直接热解制取替代燃油。目前，污水污泥几乎都未进行回收处理就直接填埋，一方面造成了有限的废弃物资源的浪费；另一方面填埋不仅占地面积大，而且产生的甲烷气体加剧了大气污染和温室效应。因此，合理回收利用污水污泥具有节能和环保双重意义。

目前，对于污水污泥资源化和能源化的研究和利用，主要在以下两个方面：污泥作为燃料或辅助燃料，采用各种燃烧技术，回收热量；采用物理和化学方法将污泥干燥，制取替代燃油。

污水污泥由于含有可燃成分，可用来做燃料或辅助燃料，节约部分优质燃料，常被用于锅炉燃料，生产热水或蒸汽。但是该技术要求主燃烧设备必须达到足够高的温度，污泥具有较低的水分含量，且污泥的输送距离足够小。否则，污泥中水分蒸发需要大量热量，会导致锅炉炉膛温度降低，燃料着火困难，甚至熄火。污泥水分进入锅炉排烟中，也会导致排烟热损失增加，锅炉效率下降。

采用物理和化学方法将污泥干燥，用干污泥热解制取替代燃油是一种新兴的污泥资源化和能源化利用技术。该技术主要是指将含水分较多的污水污泥用热空气、热烟气或水蒸气等介质进行干燥，获得水分含量很低的污泥，使干污泥中的有机可燃物含量提高，从而减少热解制油过程的能耗，提高热解制油的热效率，降低制油成本。目前，污泥热处理干燥有高温加压热处理和低温加压热处理两种方法，均采用间接加热装置或直接加热装置，可将污泥水分降低到30-45%。但是，这两种方法均将污泥加热到一定温度，使水分蒸发，能耗较高。实践中，还会出现换热器结垢和结焦、分离液有机物浓度高、易散发恶臭、运行费用高等缺点。

对于污泥干燥技术，申请号为200810060336的专利提出了污泥在对转的空心桨叶轴之间被加热干燥的方法，干燥装置的工作汽源来自锅炉或汽轮机发电后的乏汽，将热量传给污泥后凝结成水，经疏水阀排出回到蒸汽发生装置或锅炉再利用，指出了蒸汽干燥具有热效率高，污染物排放少的优点，但是并未涉及流化床干燥装置。申请号201110180677的专利提出了一种污泥二次蒸汽压缩干燥方法，但是并未涉及流化床干燥装置。申请号200920090963的专利提出了一种流化床干燥器，将空气预热装置设置在干燥器本体上，改善了流化床干燥器的性能，但是并未涉及利用锅炉来消除干燥过程产生的二次污染，也未涉及结合锅炉来优化热量的梯级利用过程。

综上所述，污水污泥的有机可燃成分含量较低，当水分含量很高时，不能直接用于燃烧或制取替代燃油。采用常规的干燥技术，不仅干燥过程能耗高，而且运行成本高，易发生二次污染。因此污水污泥直接热解制油或燃烧利用技术还不成熟，并受到运行成本、能耗等的限制。流化床干燥技术具有干燥热效率高，污染物少的优点，但目前主要应用在固体物料干燥，对于高水分污泥并未涉及。

发明内容

为了克服现有污水污泥干燥技术和方法存在的不足，本发明的目的是提供一种污水污泥在流化床反应器内干燥的方法，该方法能降低干燥过程能耗，节约能源和减少温室气体的排放，本发明不仅适合污水污泥干燥，也可用于一般污泥的干燥。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种污水污泥在流化床反应器内干燥的方法，其特征在于：该方法采用流化床反应器作为干燥装置，以热空气和水蒸气为干燥介质，对污水污泥进行干燥，具体过程如下：

1）采用流化床反应器作为干燥装置，污泥经给料装置进入流化床反应器，空气经冷凝换热器和空气预热器预热后，进入流化床反应器底部风室，经布风板和风帽后，进入流化床反应器；

2）流化床反应器内的污泥颗粒随空气气流向上运动，并吸收空气和埋管传热面传递的热量；

3）当污泥颗粒温度达到水分析出温度后，污泥中的水分析出产生水蒸气，并与空气混合成为湿空气；湿空气从流化床反应器上部进入冷凝换热器，将热量传递给冷空气，然后湿空气再进入锅炉，参加锅炉燃料燃烧；湿空气经冷凝换热器放热后，将热量传递给冷空气并产生冷凝水，冷凝水排出至污水处理系统；

4）被气流带到流化床反应器上部的污泥颗粒在重力的作用下，沿流化床反应器壁面四周回落到流化床反应器下部，继续进行干燥；完成干燥的污泥颗粒从流化床反应器溢流口排出。

本发明中，所述流化床反应器具有干燥装置和蓄热装置两种功能，干燥功能是去除污水污泥中水分；蓄热功能是为污泥干燥提供稳定的高温环境。

所述污泥可以是各种形式的污泥，可以是污水污泥或道路污泥或两种污泥的混合物。污泥中水分质量含量为30%-90％。流化床反应器内的污泥干重是新加入湿污泥干重的5倍以上。

在使用时，调节新蒸汽与流化空气的流量，控制流化床反应器内的温度和颗粒运动，使污泥颗粒在重力作用下回落至流化床反应器下部，防止污泥颗粒逃逸并进入冷凝换热器。调整污泥和空气的流量，使污泥颗粒在流化床反应器内上下往复运动，发生流态化运动。

流化床反应器包括风室、布风板、风帽、流化干燥段、埋管传热面、溢流口以及管式换热器。风室在流化床反应器的最下部，风室带有热空气入口，上方为布风板，布风板上均匀布置有风帽，布风板上方为流化床反应器的流化干燥段，流化干燥段中部布置有埋管传热面、溢流口和污泥入口，上部连接有管式接换热器。

本发明以热空气和水蒸气为干燥介质，以提高干燥过程的热能利用效率。污水污泥经给料装置进入反应器，来自增压风机的具有一定温度的流化风进入风室，经过布风板及风帽，然后进入流化床反应器流化干燥段。流化风具有一定的流速，使污泥颗粒在炉膛内呈现流态化运动，在适当的气流速度下，由于曳力作用，使得污泥颗粒随气流向上运动。来自于锅炉的水蒸气进入埋管传热面，水蒸气冷凝放出热量，加热污泥和流化风，同时产生的冷凝水经水泵送回锅炉吸热，产生水蒸气，供循环使用。通过埋管传热面的放热，热空气和颗粒的强烈混合作用，把热量传递给污泥颗粒。当污泥颗粒的温度达到水分蒸发温度后，污泥中的水分受热析出，产生水蒸气，并与流化风混合，产生温度较高的湿空气。在流化干燥段上部，由于重力的作用，被流化风气流带到上部的污泥颗粒不会逃逸出流化干燥段，污泥颗粒沿流化干燥段壁面四周回落到下部。流化干燥段使污泥颗粒上下往复运动，为颗粒干燥提供了足够的时间和热量。完成干燥的污泥颗粒经溢流口流出，可以作为锅炉燃料或热解制油原料。干燥生成的湿空气从流化干燥段上部进入管式换热器，湿空气与冷空气进行热交换后，冷凝析出部分水分，成为温度较低的饱和湿空气，可直接作为锅炉的助燃空气。冷空气被湿空气加热，再经锅炉空气预热器进一步加热后，分成流化风和助燃空气两个部分，流化风经增压风机进入风室，助燃热空气则进入锅炉。

本发明所涉及污泥，是指污水处理厂产生的含有有机可燃成分的污水污泥，也可以是其它污水处理过程产生的污泥。污泥中所含可燃成分是碳氢有机物，也可以是其它一种或多种可燃成分。

与现有技术相比，本发明具有较强的污泥干燥能力，较低的干燥能耗，较宽的负荷调节范围，主要部件工作在常压下，流化床反应器寿命长；干燥后的污泥可用于热解制油和燃烧等，无二次污染排放。 

本发明解决了高水分的污水污泥难以干燥、干燥能耗高和易产生二次污染的难题，可应用于污水处理、化工、能源、环保等领域。

附图说明

图1是本发明中流化床反应器的结构及工艺流程示意图。

图1中，1-流化床反应器，2-溢流口，3-给料装置，4-埋管传热面，5-风帽，6-布风板，7-风室，8-水泵，9-去锅炉管道，10-冷凝换热器，11-乏气去锅炉管道，12-送风机，13-冷凝水出口，14-锅炉空气预热器，15-去锅炉的助燃空气管道，16-锅炉来的新蒸汽管道，17-增压风机。

具体实施方式

下面结合图1详细描述本发明。

本发明是采用流化床反应器干燥污水污泥。如现有技术中已知的那样，流化床反应器具有各种入口和出口装配件以及各种管道阀门，图1中没有全部加以标记。如本领域的技术人员已知的那样，本发明具有用于克服装置的流动阻力的各种通用设备，如鼓风机、引风机等，图1中没有全部加以标记。如本领域的技术人员已知的那样，本发明具有产生蒸汽的锅炉设备，如锅炉的燃烧系统、蒸发受热面等，图1中没有全部加以标记。

一种本发明所述的污水污泥在流化床反应器内干燥的方法，该方法采用流化床反应器作为干燥装置，以热空气和水蒸气为干燥介质，对污水污泥进行干燥，具体过程如下：

采用流化床反应器作为干燥装置，污水污泥经污泥给料装置3进入流化床反应器1下部。冷空气经冷凝换热器10和空气预热器14预热后，一部分空气经去锅炉助燃空气管道15去锅炉参加燃烧，其余空气经增压风机17进入流化床反应器1底部的风室7，经布风板6上面的风帽5，进入流化床反应器1。

流化床反应器内的污泥颗粒由于曳力作用随空气气流向上运动。锅炉产生的水蒸气经锅炉来的新蒸汽管道16，进入埋管传热面4冷凝放热，放出的热量传递给污泥颗粒和空气，污泥颗粒吸收空气和埋管传热面传递的热量。产生的冷凝水经水泵8和去锅炉管道9返回锅炉吸热，重新产生水蒸气。

当污泥颗粒温度达到水分析出温度后，污泥中的水分析出产生水蒸气，并与空气混合成为湿空气；湿空气从流化床反应器上部进入冷凝换热器10，放出热量并析出冷凝水，然后湿空气成为低温乏气，经乏气去锅炉管道11，参加锅炉燃烧。冷凝水经冷凝水出口13排出至污水处理系统。

被气流带到流化床反应器上部的污泥颗粒在重力的作用下，沿流化床反应器壁面四周回落到流化床反应器下部，继续进行干燥；调节新蒸汽与流化空气的流量，控制流化床反应器内的温度和颗粒运动，使污泥颗粒在重力作用下回落至流化床反应器下部，防止污泥颗粒逃逸并进入冷凝换热器。调整污泥和空气的流量，使污泥颗粒在流化床反应器内上下往复运动，发生流态化运动。完成干燥的污泥颗粒质量较小，从流化床反应器溢流口2排出。

本发明中，所述流化床反应器具有干燥装置和蓄热装置两种功能，干燥功能是去除污水污泥中水分；蓄热功能是为污泥干燥提供稳定的高温环境。所涉及污泥，是指污水处理厂产生的含有有机可燃成分的污水污泥，也可以是其它污水处理过程产生的污泥。污泥中所含可燃成分是碳氢有机物，也可以是其它一种或多种可燃成分。污泥中水分质量含量为30%-90％。流化床反应器内的污泥干重是新加入湿污泥干重的5倍以上。

本发明中，埋管传热面的位置和布置方式可以根据需要设置。

本发明具有较强的污泥干燥能力，流化床反应器寿命长；干燥后的污泥可用于热解制油和燃烧等，无二次污染排放。 

Claims (9)

1.一种污水污泥在流化床反应器内干燥的方法，其特征在于：该方法采用流化床反应器作为干燥装置，以热空气和水蒸气为干燥介质，对污水污泥进行干燥，具体过程如下：

1）采用流化床反应器作为干燥装置，污泥经给料装置进入流化床反应器，空气经冷凝换热器和空气预热器预热后，进入流化床反应器底部风室，经布风板和风帽后，进入流化床反应器；

2）流化床反应器内的污泥颗粒随空气气流向上运动，并吸收空气和埋管传热面传递的热量；

3）当污泥颗粒温度达到水分析出温度后，污泥中的水分析出产生水蒸气，并与空气混合成为湿空气；湿空气从流化床反应器上部进入冷凝换热器，将热量传递给冷空气，然后湿空气再进入锅炉，参加锅炉燃料燃烧；

4）被气流带到流化床反应器上部的污泥颗粒在重力的作用下，沿流化床反应器壁面四周回落到流化床反应器下部，继续进行干燥；完成干燥的污泥颗粒从流化床反应器溢流口排出。

2.根据权利要求1所述的污水污泥在流化床反应器内干燥的方法，其特征在于：所述流化床反应器是去除污水污泥中水分的干燥装置。

3.根据权利要求1所述的污水污泥在流化床反应器内干燥的方法，其特征在于：所述流化床反应器是为污泥干燥提供稳定的高温环境的蓄热装置。

4.根据权利要求1所述的污水污泥在流化床反应器内干燥的方法，其特征在于：所述污泥是污水污泥或道路污泥或两种污泥的混合物。

5.根据权利要求1所述的污水污泥在流化床反应器内干燥的方法，其特征在于：污泥中水分质量含量为30%-90％。

6.根据权利要求1所述的污水污泥在流化床反应器内干燥的方法，其特征在于：流化床反应器内的污泥干重是新加入湿污泥干重的5倍以上。

7.根据权利要求1所述的污水污泥在流化床反应器内干燥的方法，其特征在于：调节新蒸汽与流化空气的流量，控制流化床反应器内的温度和颗粒运动，使污泥颗粒在重力作用下回落至流化床反应器下部，防止污泥颗粒逃逸并进入冷凝换热器。

8.根据权利要求1所述的污水污泥在流化床反应器内干燥的方法，其特征在于：调整污泥和空气的流量，使污泥颗粒在流化床反应器内上下往复运动，发生流态化运动。

9.根据权利要求1所述的污水污泥在流化床反应器内干燥的方法，其特征在于：湿空气经冷凝换热器放热后，将热量传递给冷空气并产生冷凝水，冷凝水排出至污水处理系统。