CN104211271A - 一种二段式污泥燃气化处理方法及处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二段式污泥燃气化处理方法及处理装置，处理装置包括污泥脱水单元、型煤制作单元和污泥燃烧处理单元，本发明将脱水后的污泥与煤粉混合制成型煤投入二段式燃气化炉内高温热解，充分利用污泥燃烧来生产还原煤气，同时高温的还原煤气也对型煤进行进一步脱水干燥和无氧干馏，干馏过程产生的干馏煤气再次引入燃气化炉参与燃烧，完全消除干馏煤气中的有毒有害物质，同时，污泥中存在的铜、锌、铅、铬、砷等不易分解的有害金属元素也进入熔融状的灰渣中并在降温后固化，满足安全处理的要求。

Description

一种二段式污泥燃气化处理方法及处理装置

技术领域

本发明涉及到一种污泥的处理方法，尤其涉及到一种节能环保的二段式污泥燃气化处理方法及处理装置。

背景技术

污泥特别是印染污泥或造纸污泥中含有大量的天然与人造纤维、染料、油污、粉尘等，在干燥状态下每千克污泥含有3000大卡的热能，完全可作为燃料来加以利用，如申请公布号为CN103666504、名称为污泥干燥热解气化焚烧一体化处理系统的中国发明专利，就公开了一种污泥干燥热解气化焚烧一体化处理系统，包括燃烧系统、干燥系统、热解气化系统及烟气净化系统，污泥燃烧热解气化产生的烟气通过净化系统进行处理，虽然该处理系统运行成本较低、减量化、稳定化，但燃烧产生的的二恶英等有毒有害物资仍无法完全清除，对环境仍会造成二次危害。

现在制约污泥焚烧的问题是：机械脱水处理后的污泥含水量很高，在50％左右，使得脱水后污泥很难组织起较好的燃烧，而且常规燃烧方式很难消除纤维焚烧产生的有毒有害气体与灰渣，特别如二恶英危害极大，而后续的环保处理尚无经济有效的方法去除有毒有害物资，这两个问题造成了现在的污泥无法有效处理或处理成本极高。

发明内容

本发明主要解决现有污泥燃烧处理时无法完全消除焚烧产生的有毒有害气体且处理成本较高的技术问题；提供了一种节能环保且处理成本低廉的二段式污泥燃气化处理方法及处理装置。

为了解决上述存在的技术问题，本发明主要是采用下述技术方案：

本发明的一种二段式污泥燃气化处理方法，用于减量化处理污泥，其步骤如下：

1)将含水量较高的污泥机械脱水至含水量小于50％；

2)脱水后的污泥与煤粉按比例混合制成型煤；

3)型煤从燃气化炉的顶部投料口投入炉膛内，首先在燃气化炉的上段炉的低温干馏段内进行干燥和干馏，产生干馏煤气和半焦化型煤，低温干馏段包括干燥层和干馏层，其中的半焦化型煤下移至燃气化炉的下段炉的高温气化段，干馏煤气则从燃气化炉膛的上段炉空层引出，经变频引风机调节流量和风压后输送至燃气化炉的下段炉的高温气化段内进行高温燃烧；

4)半焦化型煤在高温气化段内继续进行热解气化，高温气化段从上到下形成还原层、燃烧层和灰渣层，同时，燃烧层底部引入的含有空气和水蒸汽的气化剂参与半焦化型煤和干馏煤气的燃烧，气化剂与干馏煤气中的水蒸汽含量可直接用来调节并控制燃烧层的温度且保持燃烧温度稳定，提高热能利用率；

5)经高温燃烧后的半焦化型煤彻底转化成无机物并形成熔凝状的灰渣从炉底排灰口排出，而干馏煤气中的焦油及有机有害物质也通过高温彻底分解，最后形成不含有任何有机物成份、纯净且符合环保要求的还原煤气并引出至用能设备；

初步脱水后的污泥与煤粉混合制成型煤投入燃气化炉高温热解，燃气化炉充分利用污泥中的热值及型煤通过高温燃烧产生的还原煤气，同时高温的还原煤气也对投入的型煤进行进一步的脱水干燥和无氧干馏，使含水量较高的型煤干馏形成基本不含有机有毒有害物质的半焦化型煤，干馏过程产生的含有较多有机有毒有害物质的干馏煤气混合型煤干燥脱水产生的水蒸气一起被引入燃气化炉的高温燃烧层参与燃烧，干馏煤气中的有机有毒有害物质，特别是二恶英及二恶英前驱物等物质可完全分解成无机物，最后形成的还原煤气纯净且符合环保要求，同时，污泥中存在的铜、锌、铅、铬、砷等不易分解的重金属元素也进入熔融状的灰渣中并在降温后固化，满足安全处理的要求。

作为优选，所述污泥与煤粉的重量混合比为0.8～1.2∶2，合理的混合比可以保证燃气化炉的正常高效转化。

作为优选，所述低温干馏段的干馏层温度保持在400℃～550℃，所述干馏煤气的出口温度保持在300℃～350℃；所述高温气化段中的还原层温度保持在600℃～1100℃，燃烧层温度保持在1100℃～1200℃，型煤中的有机物、水、挥发分在加热到420℃左右时即可全部热解气化，从型煤中分离出来并进入干馏煤气中，为保证分离彻底，将干馏层型煤出口温度设定为550℃左右，已可充分地满足各种有机物等物质的分解要求，而还原煤气作为干燥和干馏的热载体以600℃左右进入低温干馏段中，由于经过1200℃高温的燃烧，还原煤气中已没有氧气，使得型煤可以安全地在无氧的环境中进行干馏，产生的有毒有害物质进入干馏煤气中，而形成的半焦化型煤内几乎不含有机物，而燃烧层的燃烧温度保持在1200℃左右，在此温度下，任何有机物均已彻底分解成二氧化碳、水之类的无机物，不会含有二恶英等有机有毒有害物质，半焦化型煤热解产生的还原煤气是纯净的无机物可燃气，是符合环保要求的燃料，而最后含有铜、锌、铅、铬、砷等有害重金属元素的灰渣呈熔融状并在降温后形成固化物，也符合安全处理的要求。

基于以上污泥处理方法的二段式污泥处理装置，包括污泥脱水单元、型煤制作单元和污泥燃气化处理单元，所述污泥脱水单元用于将污泥脱水并使污泥含水量降至50％以下；所述型煤制作单元是将脱水后的污泥与煤粉按比例混合压制成型煤，所述污泥燃气化处理单元包括二段式燃气化炉，所述型煤送入二段式燃气化炉内经高温热解后形成灰渣和还原煤气，采用二段式燃气化炉可缩短干燥干馏过程与高温燃烧过程的路径，节约能源，温度控制精确可靠。

作为优选，所述二段式燃气化炉从上到下分为低温干馏段和高温气化段，二段式燃气化炉的炉体顶部设有投料口，所述低温干馏段包括上层的干燥层和下层的干馏层，型煤在干燥层内受高温还原煤气的作用而干燥脱水，在干馏层内热解干馏，相应生成干馏煤气和半焦化型煤，半焦化型煤下移至高温气化段继续进行热解反应，高温气化段包括上层的还原层、中间的燃烧层和下层的灰渣层，下移至高温气化段的半焦化型煤在还原层和燃烧层内高温热解气化并产生还原煤气，最后形成灰渣，炉体的灰渣层处设有气化剂的入口，气化剂包括空气和饱合水蒸汽，气化剂内的水蒸汽含量可调，气化剂引至燃烧层的底部与半焦化型煤和干馏煤气一起进行燃烧，燃烧充分且温度可控，半焦化型煤在高温气化段内持续进行热解反应，最后形成还原煤气和熔凝状灰渣，灰渣从炉底排灰口排出，而清洁可燃的还原煤气作为燃料引出至用能设备，部分还原煤气则上升至低温干馏段对型煤进行干馏和干燥，二段式燃气化炉将型煤的干燥脱水、干馏和高温热解气化组合在一起，利用高温还原煤气作为热载体对型煤进行干馏和脱水干燥，而且充分利用型煤中的水份气化助燃，提高了污泥燃气化处理的节能性和便捷性。

作为优选，所述燃气化炉的低温干馏段和高温气化段之间设有干馏煤气输送管，干馏煤气输送管的一端与炉体上部的空层连通，干馏煤气输送管的另一端则与炉体下段燃烧层相通，干馏煤气通过输送管引至燃烧层与半焦化型煤同时燃烧，同时，干馏煤气中所含有的未分解的有机有毒有害物质经过高温燃烧后完全分解成无机物，通过将型煤低温干馏中产生的干馏煤气引入燃烧层中燃烧，既利用了干馏煤气中可燃物的热值，又可通过高温将干馏煤气中的有机有毒有害物质彻底分解，特别是二恶英的分解，达到环保和节能的要求。

作为优选，所述干馏煤气输送管上还设有变频引风机用于控制干馏煤气的风量和风压，使燃气化炉的上部炉膛保持微正压，防止干馏段吸入空气，而引起爆炸。

作为优选，所述干馏煤气输送管的中部呈立式结构，以防止输送管内煤焦油沉淀或积聚，立管可防止干馏煤气中的煤焦油因流速变化或温度降低而析出、沉淀带来安全隐患，同时，输送管上覆盖的保温层，可以最大限度地减少干馏煤气在输送过程中的温降，使干馏煤气温度始终高于煤焦油的气化温度。

作为优选，所述燃气化炉位于炉体外部周沿设有干馏煤气环形分流管并与所述干馏煤气输送管相通，炉体内侧均布有环缝，所述环缝上设有防堵结构，干馏燃气通过环缝喷射至燃烧层与半焦化型煤同时燃烧，环缝防堵结构可防止干馏煤气进口被焦或灰渣堵塞。

作为优选，所述气化剂的管道上还设有水蒸汽含量控制器，用于检测和调节气化剂内的水蒸汽含量，在气化剂内添加饱合水蒸汽来补充原有型煤中所含的水蒸汽量，水蒸汽既可吸收燃烧层的热能，使燃烧层的温度保持在1200℃左右，同时水份分解产生的H2和CO，又能助燃，提高了热能利用率。

本发明的有益效果是：采用将初步脱水后的污泥与煤粉混合制成型煤投入燃气化炉高温热解，燃气化炉充分利用污泥中的热值并经过高温燃烧产生还原煤气，同时高温的还原煤气也对投入的型煤进行脱水干燥和无氧干馏，使含水量较高的型煤在500℃左右干馏形成不含有机物的半焦化型煤，干馏过程产生的含有较多有毒有害物质的干馏煤气与型煤干燥脱水产生的水蒸气混合并再次引入燃气化炉的高温气化段与气化剂共同参与燃烧，干馏煤气中的有机有毒有害物质，特别是二恶英及二恶英前驱物等物质在1200℃的高温下可完全分解成无机物，最后形成的还原煤气纯净且符合环保要求，同时，污泥中存在的铜、锌、铅、铬、砷等不易分解的有害重金属元素也进入熔融状的灰渣中并在降温后固化，满足安全处理的要求。

附图说明

图1是本发明的二段式污泥燃气化处理的工艺示意图。

图2是本发明的的二段式燃气化炉的结构示意图。

图中1.污泥脱水单元，2.型煤制作单元，3.二段式燃气化炉，31.干燥层，32.干馏层，33.还原层，34.燃烧层，35.灰渣层，36.投料口，4.气化剂输送管，41.水蒸汽含量控制器，5.干馏煤气输送管，51.变频引风机，52.环形分流管，6.净化处理单元。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种二段式污泥燃气化处理方法，如图1所示，其工艺步骤如下：

首先，将含水量较高的污泥进行机械脱水，脱水至含水量为50％以下的污泥与煤粉按1∶2的比例混合并压制成型煤；

其次，型煤从二段式燃气化炉顶部的投料口投入炉膛内，由于燃气化炉底部产生的高温还原煤气作为热载体上升并穿越堆叠的型煤，在干燥层对型煤进行干燥脱水，而且由于炉膛的密闭性，处于干馏层的型煤可以在400℃～550℃的无氧状态下进行干馏，形成半焦化型煤和干馏煤气，含有较多有毒有害物质的干馏煤气与干燥产生的水蒸汽混合以300℃～350℃的温度从炉膛空层引出并通过变频引风机控制流量和风压后重新送入燃气化炉参与燃烧，半焦化型煤下移至高温气化段继续进行热解反应，此时，含有饱合水蒸汽的气化剂从炉底鼓入，穿过灰渣层与干馏煤气一起进入燃烧层参与燃烧，半焦化型煤在高温气化段内持续进行热解反应，形成还原煤气和熔凝状灰渣，灰渣从炉底排灰口排出，经冷却后可制成安全无害的固化物；

最后，除去有机有毒有害物质特别是二恶英及二恶英前驱物的还原煤气从高温气化段上部引出，经净化处理单元脱酸处理后即可作为清洁可燃气引至用能设备，而部分还原煤气则上升至低温干馏段对上部型煤进行干燥脱水和干馏。

基于以上处理方法的二段式污泥燃气化处理装置包括污泥脱水单元1、型煤制作单元2和污泥燃气化处理单元，污泥脱水单元通过机械方式将污泥强制脱水并使污泥含水量降至50％以下；型煤制作单元将脱水后的污泥与煤粉按1∶2的比例混合压制成型煤，并送入污泥燃气化处理单元进行燃气化处理；污泥燃气化处理单元包括二段式燃气化炉3，二段式燃气化炉从上到下分为低温干馏段和高温气化段两个区域，燃气化炉的炉体顶部设有投料口36，型煤可从投料口投入燃气化炉的炉膛内，低温干馏段可分为上层的干燥层31和下层的干馏层32，型煤首先在低温干馏段的干燥层内干燥脱水，并在干馏层内干馏产生干馏煤气和半焦化型煤，600℃左右的高温还原煤气作为热载体提供干燥和干馏所需的能量，形成的半焦化型煤下移至高温气化段，高温气化段分为上层的还原层33、中间的燃烧层34和下层的灰渣层35，下移至高温气化段的半焦化型煤在还原层继续高温热解气化并在燃烧层内燃烧，还原层的温度梯度为600℃～1100℃，燃烧层的燃烧温度为1200℃，半焦化型煤热解气化后形成灰渣从排灰口排出，生成的高温还原煤气则从高温气化段上部引出，一部分引出至净化处理单元6经脱酸处理后形成纯净的可燃气，输送至用能设备，另一部分还原煤气则上升穿越低温干馏段对投入的型煤进行干燥脱水和干馏，在炉体底部设有气化剂输送管4的入口，气化剂输送管上还设有水蒸汽含量控制器41，气化剂包括空气和饱和水蒸汽，气化剂内的饱合水蒸汽的含量通过控制器可以随燃烧层的燃烧温度而调整，保证燃烧温度始终保持在1200℃左右，在燃气化炉的炉体外部周沿设有干馏煤气环形分流管52并与从上部炉膛空层引出的干馏煤气输送管5相通，环流分流管上均布有环缝，环缝上设计有防堵结构，干馏燃气通过环缝喷射至燃烧层与半焦化型煤同时燃烧，既提高了能源的利用率，干馏煤气中所含有的未完全分解的有机有毒有害物资经过1200℃的高温燃烧后也可完全分解成无机物，在干馏煤气输送管上还设计有变频引风机51用于控制干馏煤气的输送量和风压，使干馏煤气的输出温度保持在350℃左右及炉膛内压保持微正压，防止外部空气漏入，保证干馏过程安全可靠，同时，干馏煤气输送管的中部设计为立式结构，可以有效防止输送管内煤焦油的沉淀或积聚，输送管外包覆保温材料也可以防止干馏煤气温度的下降。

在本发明的描述中，技术术语“上”、“中”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等表示方向或位置关系是基于附图所示的方向或位置关系，仅是为了便于描述和理解本发明的技术方案，以上说明并非对本发明作了限制，本发明也不仅限于上述说明的举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、增添或替换，都应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种二段式污泥燃气化处理方法，用于减量化资源化处理污泥，其步骤如

下：

1)将含水量较高的污泥机械脱水至含水量小于50％；

2)脱水后的污泥与煤粉按比例混合制成型煤；

3)型煤从燃气化炉的顶部投料口投入炉膛内，首先在燃气化炉的上段炉的低温干馏段内进行干燥和干馏，产生干馏煤气和半焦化型煤，低温干馏段包括干燥层和干馏层，其中的半焦化型煤下移至燃气化炉的下段炉的高温气化段，干馏煤气则从燃气化炉膛的上段炉空层引出，经变频引风机调节流量和风压后输送至燃气化炉的下段炉的高温气化段内进行高温燃烧；

4)半焦化型煤在高温气化段内继续进行热解气化，高温气化段从上到下形成还原层、燃烧层和灰渣层，同时，燃烧层底部引入的含有空气和水蒸汽的气化剂参与半焦化型煤和干馏煤气的燃烧，气化剂与干馏煤气中的水蒸汽含量可直接用来调节并控制燃烧层的温度且保持燃烧温度稳定，提高热能利用率；

5)经高温燃烧后的半焦化型煤彻底转化成无机物并形成熔凝状的灰渣从炉底排灰口排出，而干馏煤气中的焦油及有机有害物质也通过高温彻底分解，最后形成不含有任何有机物成份、纯净且符合环保要求的还原煤气并引出至用能设备；

2.根据权利要求1所述的一种二段式污泥燃气化处理方法，其特征在于：所述污泥与煤沫的重量混合比为0.8～1.2∶2。

3.根据权利要求1所述的一种二段式污泥燃气化处理方法，其特征在于：所述低温干馏段的干馏层温度保持在400℃～550℃，所述干馏煤气的出口温度保持在300℃～350℃；所述高温气化段中的还原层温度保持在600℃～1100℃，燃烧层温度保持在1100℃～1200℃。

4.基于权利要求1所述处理方法的二段式污泥燃气化处理装置，其特征在于：包括污泥脱水单元(1)、型煤制作单元(2)和污泥燃气化处理单元，所述污泥脱水单元用于将污泥脱水并使污泥含水量降至50％以下；所述型煤制作单元是将脱水后的污泥与煤粉按比例混合压制成型煤，所述污泥燃气化处理单元包括二段式燃气化炉(3)，所述型煤送入二段式燃气化炉内经高温热解后形成灰渣和还原煤气。

5.根据权利要求4所述的二段式污泥燃气化处理装置，其特征在于：所述二段式燃气化炉(3)从上到下分为低温干馏段和高温气化段，二段式燃气化炉的炉体顶部设有投料口(36)，所述低温干馏段包括上层的干燥层(31)和下层的干馏层(32)，型煤在干燥层内受高温还原煤气的作用而干燥脱水，在干馏层内热解干馏，相应生成干馏煤气和半焦化型煤，半焦化型煤下移至高温气化段继续进行热解反应，高温气化段包括上层的还原层(33)、中间的燃烧层(34)和下层的灰渣层(35)，下移至高温气化段的半焦化型煤在还原层和燃烧层内高温热解气化并产生还原煤气，最后形成灰渣，炉体底部设有气化剂输送管(4)，用于气化剂的引入，气化剂包括空气和饱合水蒸汽，气化剂内的水蒸汽含量可调。

6.根据权利要求4所述的二段式污泥燃气化处理装置，其特征在于：所述燃气化炉(3)的低温干馏段和高温气化段之间设有干馏煤气输送管(5)，干馏煤气输送管的一端与炉膛上部的空层连通，干馏煤气输送管的另一端则与炉体下段燃烧层相通，干馏煤气通过输送管引至燃烧层与半焦化型煤同时燃烧，同时，干馏煤气中所含有的未分解的有机有毒有害物质经过高温燃烧后完全分解成无机物。

7.根据权利要求6所述的二段式污泥燃气化处理装置，其特征在于：所述干馏煤气输送管(5)上还设有变频引风机(51)用于控制干馏煤气的风量和风压，使燃气化炉(3)的上部炉膛保持微正压。

8.根据权利要求6或7所述的二段式污泥燃气化处理装置，其特征在于：所述干馏煤气输送管(5)的中部呈立式结构，以防止管内煤焦油存淀或积聚。

9.根据权利要求6所述的二段式污泥燃气化处理装置，其特征在于：所述燃气化炉(3)的炉体外部周沿设有干馏煤气环形分流管(52)并与所述干馏煤气输送管(5)相通，炉体内侧均布有环缝，所述环缝上设有防堵结构，干馏燃气通过环缝至燃烧层与半焦化型煤同时燃烧。

10.根据权利要求5所述的二段式污泥燃气化处理装置，其特征在于：所述气化剂输送管(4)上还设有水蒸汽含量控制器(41)，用于调节气化剂内的水蒸汽含量。