CN102757164B - 一种兼顾脱硝的干法旋窑处理含有机质污泥的装置与方法 - Google Patents

Abstract

一种兼顾脱硝的干法旋窑处理含有机质污泥的装置与方法，包括干法旋窑预热器系统，所述干法旋窑预热器系统包括分解炉、分解炉鹅颈管、五级旋风筒、四级旋风筒、五级旋风筒至四级旋风筒上升管道，所述五级旋风筒通过分解炉鹅颈管与分解炉连通，还设有污泥罐、泥浆泵、空气炮组，所述污泥罐中设有动力搅拌装置或充气装置。本发明还包括兼顾脱硝的干法旋窑处理含有机质污泥的方法。采用本发明，不影响干法旋窑生产窑和炉内煤粉燃烧，不增加煤耗，不影响窑况和熟料产量和质量，成本低，环保。

Description

一种兼顾脱硝的干法旋窑处理含有机质污泥的装置与方法

技术领域

本发明涉及一种处理含有机质污泥的装置与方法，尤其是涉及一种兼顾脱硝的干法旋窑处理含有机质污泥的装置与方法。

背景技术

市政污泥及其它含有机质的污泥，如印染厂污泥等，水份含量一般高达75－85%，除含有部分无机物外，还含有大量的有机质碳氢化合物以及病原体微生物或有毒有害物质，无害化处理很困难。

目前，国内外先进的处理技术大致分为二大类。一类是将其烘干做替代性燃料，尤其是利用电厂余热烘干，但烘干投资大，运行费用高，废气处理困难。第二类是利用水泥窑进行处理，这一类处理方法又可分为三种：一是利用窑头篦冷机余热处理，因其影响熟料质量及带入窑内水蒸汽影响窑内煤粉燃烧而未能实际应用；二是喷入外挂的流化床内或在线的分解炉内来处理，因带入的低温水份过多，吸热并极速膨胀，影响外挂流化床或分解炉内煤粉燃烧，并影响窑内通风和三次风过来，且缩口易塌料，煤耗增加，还影响熟料产质量和窑况稳定性；其三是喷入窑尾烟室处理，喷入烟室所出现的负面影响与喷入分解炉内相似。

CN101886811A公开了一种新型干法旋窑协同处理高含水率污泥的方法，以控制污泥带入的水分量不大于生料投料量的3%，试图将其对窑和分解炉煤粉的燃烧的影响降至可承受范围，但无论是自由水还是化合水，入窑炉对煤粉的燃烧影响极大；因此，生产实践中仍不能消除对分解炉内煤粉燃烧和窑内通风的影响。

另一方面，干法旋窑脱硝已成为当前我国政策推行的环保大事，其基本方法是将还原剂氨水或尿素，或氨水和尿素的混合物喷入分解炉内还原NOx，脱硝的实质是用氨水中的氢或尿素中的氢夺取NOx中的氧。研究表明，NOx去除率与温度的影响关系见图1。   

因成本原因，我国干法旋窑所用煤质普遍较差，分解炉容积普遍加大，分解炉煤粉燃烧实际上不太好，一则燃尽率偏低，二则分解炉内中上部中心实际温度偏高，从NOx去除率与温度的关系曲线可见，将氨水或尿素喷入分解炉内中上部做还原剂，NOx去除率将会更不理想，要使NOx去除率达标，势必需消耗更多的氨水或尿素，这必然进一步加大水泥企业的成本，而每年数百万至上千万的氨尿费用将使企业脱销怠懈；同时也会与农业争肥，并加大生产氨尿的资源压力和环保压力。

对于以还原剂去除NOx的研究证实：氢、碳氢化合物有比氨水、尿素更强的去除NOx的能力，在700℃以上氢和碳氢化合物有优良的脱除NOx的能力。但目前，还未找到一种合适、廉价的氢或碳氢化合物，或可产生氢和碳氢化合物的物质，在合适的地方加入干法旋窑系统中以达到脱硝的目的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种不影响干法旋窑生产窑和炉内煤粉燃烧，不增加煤耗，不影响窑况和熟料产质量，成本低，环保，兼顾脱硝的干法旋窑处理含有机质污泥的装置与方法。

    本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

本发明之兼顾脱硝的干法旋窑处理含有机质污泥的装置，包括干法旋窑预热器系统，所述干法旋窑预热器系统包括分解炉、分解炉鹅颈管、五级旋风筒、四级旋风筒、五级旋风筒至四级旋风筒上升管道，所述五级旋风筒通过分解炉鹅颈管与分解炉连通，还设有污泥罐、泥浆泵、空气炮组，所述污泥罐中设有动力搅拌装置或充气装置，所述污泥罐通过泥浆输送管道与分解炉鹅颈管的下行段相连，或通过泥浆输送管道同时与分解炉鹅颈管的下行段及五级旋风筒至四级旋风筒上升管道相连；污泥罐与泥浆泵之间、泥浆泵与分解炉鹅颈管下行段之间、泥浆泵与上升管道相连接的管道上分别设有阀门；所述空气炮组设于分解炉鹅颈管的下行段与五级旋风筒相连易产生物料沉降的水平段，或同时设于五级旋风筒、五级旋风筒至四级旋风筒上升管道，易产生物料沉降段。

所述污泥罐可用污泥池代替。

本发明之兼顾脱硝的干法旋窑处理含有机质污泥的方法：使用所述兼顾脱硝的干法旋窑处理含有机质污泥的装置对有机质污泥进行处理，包括以下步骤：用泥浆泵将污泥罐或污泥池中的市政污泥或其它含有机质的污泥通过泥浆输送管道顺气流方向喷入分解炉与预热器五级旋风筒之间的分解炉鹅颈管的下行段内，或同时喷入分解炉鹅颈管的下行段内和预热器系统的五级旋风筒至四级旋风筒上升管道内，在所述管道内，使有机质污泥中水分迅速汽化，污泥中固态物质迅速干燥，并在分解炉鹅颈管、五级旋风筒、五级旋风筒至四级旋风筒上升管道、四级旋风筒区域空间脱硝。

所述空气炮用于清除分解炉鹅颈管的下行段与五级旋风筒连接处沉积的物料，或同时清除五级旋风筒至四级旋风筒上升管道的物料沉积。

本发明工作原理：在干法旋窑预热器系统的分解炉鹅颈管内，五级旋风筒与四级旋风筒之间的上升连接管道内，有高达750－1050℃的高温强碱性且含氧体积量仅1－5％的高浓度含粉气流，这些气流可以使喷入其中的有机质污泥中的水分迅速汽化，污泥中的固态质迅速干燥，并借其中的有机质碳氢化合物、碳氢化合物碳化释放的高活性氢，及水煤气反应产生的氢有效脱除NOx中的氧。

所述强碱性条件，是因为分解炉内分解物料会产生大量氧化钙。

本发明的有益效果：（1）顺应新型干法旋窑生产线装备的结构布置与功能特点及气流和物料运行特征，细致权衡分解炉及各级旋风预热器和管道的结构布置与功能特征，以及各部位气流和物料运行特征，避免对窑、炉气流和物料的速度场、浓度场、温度场造成负面影响；（2）避开冷态高含水污泥对窑内及分解炉内煤粉燃烧的不利影响，避免冷态高含水污泥中的水分的汽化膨胀对窑内通风、烟室负压、缩口气流、三次风拉入和分解炉内含氧量及窑炉用风平衡造成的不利影响；（3）顺势发挥旋风筒和相关连接管道的结构布置特点、物料速度场和浓度场特征，借鉴喷雾干燥原理，顺着管道内高温气流方向喷入冷态高含水有机质污泥，利用预热器系统的分解炉出来的高温气流余热，使高含水有机质污泥中的水分及有机质在管道内快速汽化、气化，湿态含固态物质污泥快速干燥分散，化为气料流中相对均匀分布的细小颗粒，以避免污泥对旋风预热器可能产生的不利影响；（4）利用管道内高温高速夹粉气流快速干燥污泥时，其急剧的热交换将导致气流温度下降，而气体体积量和绝对温度成正比的特点，最大限度地化解冷态污泥中的水分汽化膨胀对系统气流速度场、压力场及气体体积量的影响，有利于降低预热器一级旋风筒出口温度，减少废气热损失，一级旋风筒出口温度每下降1℃，可减少废气热损失约2KJ/kg熟料；预热器出口温度下降，意味着高温风机同样的开度同样的电流值可拉更多的风，如此将污泥对废气体积量和速度场及温度场的影响基本控制在局部管道内，最大限度地避免影响到回转窑内通风及分解炉三次风量，对预热器系统的风速影响相对小；（5）利用通用简单的空气炮，自动清除因冷态污泥喷入高速气流管道内其水分汽化膨胀造成的局部气流速度下降而可能产生的物料沉积；（6）利用有机质碳氢化合物及氢在700℃以上的强还原夺氧特性，以及低燃点有机质碳氢化合物在碱性缺氧的高温条件下易发生碳化反应释放高活性氢、并易发生高温水煤汽反应产生气态氢的特点，有效夺取气流中因窑内高温燃烧和分解炉内煤粉燃烧所产生的NOx中的氧而达到脱硝的目的，并利用其高温强还原优势快速分解含氨基、硫氰基、硫球基类等异味物质；碳化的有机质及来自分解炉内未燃尽未发生水煤气反应的焦炭粒经五级旋风筒随料粉收集后进入窑尾烟室，或经四级旋风筒随料粉收集后入分解炉；当所需处理污泥量过大或污泥中所含氯碱过高而出现预热器粘堵状况，则可采用CN201637281U公开的新型干法旋窑预热器防粘堵装置中所述的方法予以处理。

采用本发明处理极难处理的量大面广的市政污泥类高含水率有害有毒污泥，装置非常简单，技改投资很小，而无额外的运行费用，且充分利用了污泥中的无机物和有机质；对分解炉及窑内煤粉燃烧无不利影响，不会影响窑况稳定性和熟料产量及质量，亦不会增加煤耗，仅利用了预热器高温气流的余热，降低了废气排放热损失；较氨水、尿素脱硝更简单而有效，且无氨水脱硝的高额运行成本，亦无氨逃逸等二次污染问题。

附图说明

    图1是采用氨水或尿素脱硝方法NOx去除率与温度的影响关系图；

图2是本发明兼顾脱硝的干法旋窑处理含有机质污泥的装置结构示意图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

本实施例为兼顾脱硝的干法旋窑处理含有机质污泥的装置实施例，包括干法旋窑预热器系统，所述干法旋窑预热器系统包括分解炉6、分解炉鹅颈管3、四级旋风筒8、五级旋风筒7、五级旋风筒至四级旋风筒上升管道11，四级旋风筒8上部通过上升管道11与五级旋风筒7顶部连通，所述五级旋风筒7通过分解炉鹅颈管3与分解炉6连通，还设有污泥罐1、泥浆泵2、空气炮组5，所述污泥罐1中设有动力搅拌装置或充气装置，所述污泥罐1通过泥浆输送管道4与分解炉鹅颈管3的下行段10相连，污泥罐1与泥浆泵2之间、泥浆泵2与分解炉鹅颈管3的下行段10之间、泥浆泵2与上升管道11相连接的管道上分别设有阀门；所述空气炮组5设于分解炉鹅颈管3的下行段10与五级旋风筒7相连易产生物料沉降的水平段。

实施例2

本实施例为采用实施例1之兼顾脱硝的干法旋窑处理含有机质污泥的装置对含有机质污泥进行处理的方法实施例。其具体操作步骤为：

用泥浆泵（柱塞泵）2将污泥罐1中的市政污泥（水分含量81wt%）通过泥浆输送管道4顺气流方向喷入分解炉6与预热器五级旋风筒7之间的分解炉鹅颈管3的下行段10内，污泥喷入量为5.0t/h，在所述管道内，有机质污泥中的有机质及水分迅速气化、汽化，无机质迅速干燥，并在分解炉鹅颈管、五级旋风筒、五级旋风筒至四级旋风筒上升管道、四级旋风筒区域空间；空气炮每5分钟清扫一次。系统拉风无变化，无塌料、无结皮异常情况，头尾煤感觉燃烧好，窑况好而稳定，熟料结粒及色泽正常；外挂流化床炉及TD炉出口温度无变化；旋窑预热器系统的五级旋风筒出口至一级旋风筒出口温度同步下降39℃；在线检测NOx含量从790~830mg降至100~120mg；电脑记录统计吨熟料标煤耗同比下降2.1kg。

实施例3

本实施例为采用实施例1之兼顾脱硝的干法旋窑处理含有机质污泥的装置对含有机质污泥进行处理的方法实施例。其具体操作步骤为：

用泥浆泵2将污泥罐1中的印染厂污泥（水分含量71wt%）通过泥浆输送管道4顺气流方向喷入分解炉6与预热器五级旋风筒7之间的分解炉鹅颈管3的下行段10内，污泥喷入量为3.5t/h，在所述管道内，有机质污泥中的有机质及水分迅速气化、汽化，无机质迅速干燥，并在分解炉鹅颈管、五级旋风筒、五级旋风筒至四级旋风筒上升管道、四级旋风筒区域空间脱硝；空气炮每3分钟清扫一次。分解炉出口温度几乎无变化，五级旋风筒出口至一级旋风筒出口温度同步下降约29℃，无塌料及异常结皮情况，窑况好而稳定，熟料正常，在线检测NOx含量从原650~680mg降至70~100mg，电脑记录统计吨熟料标煤耗同比下降4.3kg。

实施例4

本实施例为采用实施例1之兼顾脱硝的干法旋窑处理含有机质污泥的装置对含有机质污泥进行处理的方法实施例。其具体操作步骤为：

用泥浆泵2将污泥罐1中的市政水处理厂污泥（水分含量78~85wt%）通过泥浆输送管道4顺气流方向喷入分解炉6与预热器五级旋风筒7之间的分解炉鹅颈管3的下行段10内，污泥喷入量为11t/h，在所述管道内，有机质污泥中的有机质及水分迅速气化、汽化，无机质迅速干燥，并在分解炉鹅颈管、五级旋风筒、五级旋风筒至四级旋风筒上升管道、四级旋风筒区域空间脱硝；空气炮每10分钟清扫一次。窑内及分解炉煤粉燃烧感觉好、窑况稳定，熟料产质量无变化，分解炉出口温度无变化，五级旋风筒出口温度至一级旋风筒出口温度同步下降41℃。出口废气在线检测NOx从780mg降至120mg。电脑记录统计分析吨熟料标煤耗降低3.3kg。

实施例5

本实施例为采用实施例1之兼顾脱硝的干法旋窑处理含有机质污泥的装置对含有机质污泥进行处理的方法实施例。其具体操作步骤为：

用泥浆泵2将污泥罐1中的糖厂废液、木薯污泥和造纸厂污泥混合物（水分含量68wt%）通过泥浆输送管道4顺气流方向喷入分解炉6与预热器五级旋风筒7之间的分解炉鹅颈管3的下行段10内，污泥喷入量为8.0t/h，在所述管道内，有机质污泥中的有机质及水分迅速气化、汽化，无机质迅速干燥，并在分解炉鹅颈管、五级旋风筒、五级旋风筒至四级旋风筒上升管道、四级旋风筒区域空间脱硝；空气炮每5分钟清扫一次。窑内及分解炉煤粉燃烧感觉好、窑况稳定，熟料产质量无变化，分解炉出口温度无变化。五级旋风筒出口温度至一级旋风筒出口温度同步下降39℃，出口废气在线检测NOx从680mg降至约150 mg。电脑记录统计吨熟料标煤耗降低3.1kg。

Claims (4)

1. 一种兼顾脱硝的干法旋窑处理含有机质污泥的装置，包括干法旋窑预热器系统，所述干法旋窑预热器系统包括分解炉、分解炉鹅颈管、五级旋风筒、四级旋风筒、五级旋风筒至四级旋风筒上升管道，所述五级旋风筒通过分解炉鹅颈管与分解炉连通，其特征在于，还设有污泥罐、泥浆泵、空气炮组，所述污泥罐中设有动力搅拌装置或充气装置，所述污泥罐通过泥浆输送管道与分解炉鹅颈管的下行段相连，或通过泥浆输送管道同时与分解炉鹅颈管的下行段及五级旋风筒至四级旋风筒上升管道相连；污泥罐与泥浆泵之间、泥浆泵与分解炉鹅颈管下行段之间、泥浆泵与上升管道Ⅰ相连接的管道上分别设有阀门；所述空气炮组设于分解炉鹅颈管的下行段与五级旋风筒相连易产生物料沉降的水平段，或同时设于五级旋风筒、五级旋风筒至四级旋风筒上升管道，易产生物料沉降段。

2.如权利要求1所述的兼顾脱硝的干法旋窑处理含有机质污泥的装置，其特征在于，所述污泥罐用污泥池代替。

3.一种兼顾脱硝的干法旋窑处理含有机质污泥的方法，使用如权利要求1或2所述的兼顾脱硝的干法旋窑处理含有机质污泥的装置，其特征在于，包括以下步骤：用泥浆泵将污泥罐或污泥池中的市政污泥或其它含有机质的污泥通过泥浆输送管道顺气流方向喷入分解炉与预热器五级旋风筒之间的分解炉鹅颈管的下行段内，或同时喷入分解炉鹅颈管的下行段内和预热器系统的五级旋风筒至四级旋风筒上升管道内，在所述分解炉与预热器五级旋风筒之间的分解炉鹅颈管的下行段内，或分解炉鹅颈管的下行段内和预热器系统的五级旋风筒至四级旋风筒上升管道内，使有机质污泥中水分迅速汽化，污泥中固态物质迅速干燥，并在分解炉鹅颈管、五级旋风筒、五级旋风筒至四级旋风筒上升管道和四级旋风筒区域空间脱硝。

4.根据权利要求3所述的兼顾脱硝的干法旋窑处理含有机质污泥的方法，其特征在于，空气炮组用于清除分解炉鹅颈管的下行段与五级旋风筒连接处沉积的物料，或同时清除五级旋风筒至四级旋风筒上升管道的物料沉积。

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