CN103398386A

CN103398386A - 一种基于化学链燃烧处置污泥的装置及方法

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Publication number: CN103398386A
Application number: CN2013102857876A
Authority: CN
Inventors: 沈来宏; 顾海明; 张海峰; 宋涛
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2013-07-08
Filing date: 2013-07-08
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2033-07-08
Also published as: CN103398386B

Abstract

本发明为一种基于化学链燃烧处置污泥的装置及方法，具体为实现基于循环载氧体的化学链燃烧过程，达到在燃烧过程中安全处置污泥的装置。该装置由空气反应器、旋风分离器、燃料反应器、和返料器组成一个循环回路；其方法在于空气反应器内还原态载氧体和空气进行氧化反应，生成氧化态载氧体颗粒，经旋风分离器分离后，氧化态载氧体颗粒钙进入燃料反应器；污泥在燃料反应器内进行热解气化反应，生成燃料气体，燃料气体与氧化态载氧体进行还原反应，生成二氧化碳、水蒸汽以及还原态载氧体，燃料反应器内二氧化碳、水蒸汽和少量未完全反应的燃料气体通过燃料反应器排气管进入空气反应器，燃料反应器内还原态载氧体颗粒通过返料器返回到空气反应器。

Description

一种基于化学链燃烧处置污泥的装置及方法

技术领域

本发明为污泥的一种燃烧处置方式，具体为实现基于化学链燃烧污泥过程，达到在燃烧过程中安全处置污泥的装置及方法。

背景技术

随着我国城市化进程的加快，城市污水处理率逐年提高，作为污水处理过程的副产物，生活污泥的产量亦急剧增加。污泥含有病原体、重金属和持久性有机物等有毒有害物质，未经有效处置，极易对地下水、土壤等造成二次污染，直接威胁环境安全和公众健康。

目前，世界范围内生活污泥的处理方法主要包括：用作农肥处理、陆地填埋、焚烧处理等。生活污泥中的重金属含量远远超出农田中的含量，如果不加限制的在农田中使用，会导致农田中重金属浓度上升，并通过粮食和动物被人类吸收，污泥中的致病微生物和有毒有机物也可能对粮食污染，最终威胁人类健康。污泥卫生填埋处理会导致填埋场散放臭气、甲烷气，并产生渗滤液，对环境造成污染。

污泥焚烧处理后的体积只有原污泥体积的十分之一，污泥中毒性有机物可以实现高温分解而失去毒性，致病微生物可以全部高温杀灭，干燥处理后的污泥热值与褐煤相当，通过焚烧处理可以实现热能回收。因此，生活污泥的焚烧处理具有明显优势，得到广泛的关注。

生活污泥含有大量的有机氯化合物和无机氯化合物，在采用空气或氧气作为氧化剂的污泥焚烧过程中，有机或无机碳和有机或无机氯在飞灰中金属催化剂的作用下生成二恶英类物质；而且，生活污泥含有大量的有机物，对应的有机氮含量高，导致污泥焚烧产生的氮氧化物（NOx）排放量大。因此，二恶英、氮氧化物等污染物排放仍然是传统污泥焚烧处置必须面临的一个大问题。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于化学链燃烧处置污泥的装置及方法，能消除污泥焚烧过程二恶英的产生，同时减少污泥焚烧过程中NOx的排放。

技术方案：本发明的基于化学链燃烧处置污泥的装置，是由空气反应器、旋风分离器、燃料反应器以及返料器组成，污泥不直接和空气接触燃烧，而是通过载氧体在空气反应器和燃料反应器之间的交替氧化－还原反应实现污泥的燃烧过程，即：当燃烧发生时，在空气反应器内还原态载氧体与空气进行氧化反应，生成氧化态载氧体颗粒，氧化态载氧体颗粒被气流携带进入旋风分离器，进行气固分离，分离下来的氧化态载氧体颗粒通过料腿进入燃料反应器；污泥从污泥进口输送进入燃料反应器，在燃料反应器内进行热解气化反应，生成燃料气体，氧化态载氧体与燃料气体进行还原反应，生成还原态载氧体颗粒、二氧化碳和水蒸汽，燃料反应器内二氧化碳、水蒸汽和少量未完全反应的燃料气体通过燃料反应器排气管进入空气反应器，未完全反应的燃料气体进一步和空气反应器内的氧化态载氧体颗粒进行还原反应，提高污泥的燃烧效率，燃料反应器内还原态载氧体颗粒通过返料器返回到空气反应器，和空气进行氧化反应，完成氧化态载氧体的再生过程。

其具体的结构为：空气反应器上部的空气反应器排气管与旋风分离器的上部相连通，旋风分离器的下部通过料腿与燃料反应器相连通，燃料反应器的中部通过返料器与空气反应器的下部相连通，燃料反应器的上部通过燃料反应器排气管和空气反应器的中部或上部相连通；空气反应器的底部设有空气进口，旋风分离器的顶部为烟气出口，燃料反应器的上部或顶部设有燃料反应器排气管，燃料反应器的底部设有流化气体进口，燃料反应器中部或下部设有污泥进口，返料器的底部设有流化气体进口；空气反应器内物料为氧化态载氧体颗粒，燃料反应器内物料为还原态载氧体颗粒。

本发明的基于化学链燃烧处置污泥的方法为：污泥不直接和空气接触燃烧，而是通过载氧体在空气反应器和燃料反应器之间的交替氧化－还原反应实现污泥的燃烧过程，即：当燃烧发生时，在空气反应器内还原态载氧体与空气进行氧化反应，生成氧化态载氧体颗粒，氧化态载氧体颗粒被气流携带进入旋风分离器，进行气固分离，分离下来的氧化态载氧体颗粒通过料腿进入燃料反应器；污泥从污泥进口输送进入燃料反应器，在燃料反应器内进行热解气化反应，生成燃料气体，氧化态载氧体与燃料气体进行还原反应，生成还原态载氧体颗粒、二氧化碳和水蒸汽，燃料反应器内二氧化碳、水蒸汽和少量未完全反应的燃料气体通过燃料反应器排气管进入空气反应器，未完全反应的燃料气体在空气反应器内进一步和氧化态载氧体颗粒进行还原反应，提高污泥的燃烧效率，燃料反应器内还原态载氧体颗粒通过返料器返回到空气反应器，和空气进行氧化反应，完成氧化态载氧体的再生过程。在化学链燃烧处置污泥的反应过程中，空气反应器处于850～1000℃高温状态，燃料反应器处于600～900℃的中温状态，空气反应器和燃料反应器之间依靠载氧体颗粒进行热量传递。

所述的基于化学链燃烧处置污泥的方法是污泥在燃料反应器热解气化后的灰尘一部分跟随还原态载氧体颗粒通过返料器进入到空气反应器，另一部分灰尘被燃料反应器的烟气携带通过燃料反应器排气管进入空气反应器，和空气反应器的烟气混合，通过旋风分离器的烟气出口一起排出。

所述的基于化学链燃烧处置污泥的方法是燃料反应器内少量未完全反应的燃料气体通过燃料反应器排气管进入空气反应器，和空气反应器内氧化态载氧体颗粒进一步还原反应，提高污泥的燃烧效率。

所述的基于化学链燃烧处置污泥的方法是污泥包括生活污泥，石油、化工、印染、造纸、酿造等工业污泥，以及含碳氢的固体燃料。

有益效果：常规的污泥焚烧技术均是污泥和空气或直接接触燃烧。污泥含有大量的有机氯化合物和无机氯化合物，在采用O₂作为氧化剂的污泥焚烧过程中，有机或无机碳和有机或无机氯在飞灰中金属催化剂的作用下生成二恶英类物质；而且，生活污泥含有大量的有机物，对应的有机氮含量高，污泥焚烧产生的氮氧化物NOx排放量大。因此，传统的污泥焚烧处置方法导致二恶英的产生和大量的氮氧化物排放。

化学链燃烧处置污泥过程中，污泥不直接和空气接触燃烧，而是通过载氧体在空气反应器和燃料反应器之间的交替氧化－还原反应实现污泥的燃烧过程，即：当燃烧发生时，污泥在燃料反应器内进行热解气化反应，生成燃料气体，然后燃料气体与氧化态载氧体进行还原反应，生成还原态载氧体颗粒、二氧化碳和水蒸汽，还原态载氧体返回到空气反应器，和空气进行氧化反应，完成氧化态载氧体的再生过程。

在燃料反应器内，由于没有氧分子存在，污泥中有机或无机碳和有机或无机氯不可能生成二恶英类物质。因此，化学链燃烧处置污泥可以消除二恶英的生成。由于空气反应器和燃料反应器内运行温度均相对较低，在空气反应器内无热力型NO_x和快速型NO_x产生，而在燃料反应器内，由于燃料不与O₂接触，有效的降低了燃料NO_x产生。

因此基于化学链燃烧处置污泥方法能消除污泥焚烧过程中二恶英的产生和抑制NOx的生成。如何消除污泥焚烧过程中二恶英的产生、抑制NOx的生成是实现污泥安全焚烧处理的关键，其技术有着广泛的社会效益和工业应用前景。

附图说明

图1是本发明的装置结构示意图。其中有空气反应器1，空气反应器排气管11，氧化态载氧体颗粒12，旋风分离器2，料腿21，燃料反应器3，燃料反应器排气管31，还原态载氧体颗粒32，返料器4，空气进口A，流化气体进口B，流化气体进口C，污泥进口D，烟气出口E。

具体实施方法

本发明的基于化学链燃烧处置污泥的装置及方法，是由空气反应器1、旋风分离器2、燃料反应器3以及返料器4连接成一个循环回路所组成。空气反应器1上部的空气反应器排气管11与旋风分离器2的上部相连通，旋风分离器2的下部通过料腿21与燃料反应器3相连通，燃料反应器3的中部通过返料器4与空气反应器1的下部相连通，燃料反应器3的上部通过燃料反应器排气管31和空气反应器1的中部或上部相连通；空气反应器1的底部设有空气进口A，旋风分离器2的顶部为烟气出口E，燃料反应器3的上部或顶部设有燃料反应器排气管31，燃料反应器3的底部设有流化气体进口C，燃料反应器3中部或下部设有污泥进口D，返料器4的底部设有流化气体进口B；空气反应器1内物料为氧化态载氧体颗粒12，燃料反应器3内物料为还原态载氧体颗粒32。

当污泥燃烧发生时，在空气反应器1内还原态载氧体与空气进行氧化反应，生成氧化态载氧体颗粒11，氧化态载氧体颗粒11被气流携带进入旋风分离器2，进行气固分离，分离下来的氧化态载氧体颗粒11通过料腿21进入燃料反应器3，污泥从污泥进口D输送进入燃料反应器3，污泥在燃料反应器3内进行热解气化反应，生成燃料气体，然后氧化态载氧体与燃料气体进行还原反应，生成还原态载氧体颗粒32、二氧化碳和水蒸汽，二氧化碳、水蒸汽和少量未完全反应的燃料气体通过燃料反应器排气管31进入空气反应器1，未完全反应的燃料气体在空气反应器1内和氧化态载氧体颗粒11进一步还原反应，提高燃烧效率，还原态载氧体颗粒32通过返料器4返回到空气反应器1，与从空气进口A进入空气反应器1的空气进行氧化反应，完成氧化态载氧体颗粒的再生过程；污泥在燃料反应器1内热解气化后的灰尘一部分跟随还原态载氧体颗粒32通过返料器4进入到空气反应器1，另一部分灰尘被燃料反应器1的烟气携带通过燃料反应器排气管31进入空气反应器1，和空气反应器1的烟气混合，通过旋风分离器2的烟气出口E一起排出；在化学链燃烧处置污泥的反应过程中，空气反应器1处于850～1000℃高温状态，燃料反应器3处于600～900℃的中温状态。

Claims

1.一种基于化学链燃烧处置污泥的装置，由空气反应器（1）、旋风分离器（2）、燃料反应器（3）和返料器（4）所组成，其特征在于空气反应器（1）上部的空气反应器排气管（11）与旋风分离器（2）的上部相连通，旋风分离器（2）的下部通过料腿（21）与燃料反应器（3）相连通，燃料反应器（3）的中部通过返料器（4）与空气反应器（1）的下部相连通，燃料反应器（3）的上部通过燃料反应器排气管（31）和空气反应器（1）的中部或上部相连通；空气反应器（1）的底部设有空气进口（A），旋风分离器（2）的顶部为烟气出口（E），燃料反应器（3）的上部或顶部设有燃料反应器排气管（31），燃料反应器（3）的底部设有流化气体进口（C），燃料反应器（3）中部或下部设有污泥进口（D），返料器（4）的底部设有流化气体进口（B）；空气反应器（1）内物料为氧化态载氧体颗粒（12），燃料反应器（3）内物料为还原态载氧体颗粒（32）。

2.一种如权利要求1所述的基于化学链燃烧处置污泥的方法，其特征在于污泥不直接和空气接触燃烧，而是通过载氧体在空气反应器（1）和燃料反应器（3）之间的交替氧化－还原反应实现污泥的燃烧过程，即：当燃烧发生时，在空气反应器（1）内还原态的载氧体与空气进行氧化反应，生成氧化态载氧体颗粒（11），氧化态载氧体颗粒（11）被气流携带进入旋风分离器（2），进行气固分离，分离下来的氧化态载氧体颗粒（11）通过料腿（21）进入燃料反应器（3），污泥从污泥进口（D）输送进入燃料反应器（3），污泥在燃料反应器（3）内进行热解气化反应，生成燃料气体，然后燃料气体与氧化态载氧体进行还原反应，生成二氧化碳和水蒸汽，以及还原态载氧体颗粒（32），二氧化碳和水蒸汽通过燃料反应器排气管（31）进入空气反应器（1），还原态载氧体颗粒（32）通过返料器（4）返回到空气反应器（1），与从空气进口（A）进入空气反应器（1）的空气进行氧化反应，生成氧化态载氧体颗粒（11）；在化学链燃烧处置污泥的反应过程中，空气反应器（1）处于850～1000℃高温状态，燃料反应器（3）处于600～900℃的中温状态。

3.根据权利要求2所述的所述的基于化学链燃烧处置污泥的方法，其特征在于空气反应器（1）和燃料反应器（3）均为流化床反应器。

4.根据权利要求3所述的所述的基于化学链燃烧处置污泥的方法，其特征在于从流化气化进口（C）进入燃料反应器（3）的流化气体为水蒸汽、二氧化碳或氮气，或为上述气体组成的多组分气体。

5.根据权利要求2所述的所述的基于化学链燃烧处置污泥的方法，其特征在于污泥在燃料反应器（3）热解气化后的灰尘一部分跟随还原态载氧体颗粒（32）通过返料器（4）进入到空气反应器（1），另一部分灰尘被燃料反应器（3）的烟气携带通过燃料反应器排气管（31）进入空气反应器（1），和空气反应器（1）的烟气混合，通过旋风分离器（2）的烟气出口（E）一起排出。

6.根据权利要求2所述的所述的基于化学链燃烧处置污泥的方法，其特征在于燃料反应器（3）内少量未完全反应的燃料气体通过燃料反应器排气管（31）进入空气反应器（1），和空气反应器（1）内氧化态载氧体颗粒（11）进一步还原反应，提高污泥的燃烧效率。

7.根据权利要求2所述的所述的基于化学链燃烧处置污泥的方法，其特征在于所述的污泥包括生活污泥，石油、化工、印染、造纸、酿造等工业污泥，以及含碳氢的固体燃料。