CN104591519B - 烟气干化污泥治理雾霾的系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟气干化污泥治理雾霾的系统及其方法。热电厂锅炉顺次与第一电动闸阀、第一排气管道、多管旋风除尘器、第二排气管道、第一引风机、进气口和污泥干化造粒一体化装置相连接，设置在地埋式污泥储存仓底部的双螺旋定量进泥机顺次与螺旋输送机、进料口和污泥干化造粒一体化装置相连接，污泥干化造粒一体化装置的出气口顺次与第三排气管道、第二电动闸阀、除尘装置、脱硫装置、第二引风机、第四排气管道和烟囱相连接，污泥干化造粒一体化装置的出料口顺次与封闭式皮带输送机、成品仓相连接。本发明减少了污染负荷，提高了除尘脱硫效果，特别是现有除尘设备难以去除的PM2.5，已大部分被污泥吸收，真正起到了从源头治理雾霾的作用。

Description

烟气干化污泥治理雾霾的系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种烟气干化污泥治理雾霾的系统及其方法。

背景技术

近年来，我国雾霾天气频繁发生。雾霾是由空气中微小的水滴和灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等粒子所组成的混合体。由于雾霾中的颗粒物（PM）粒径较小，从0.001微米到10微米，平均直径大约在1－2微米左右，可以长时间飘浮在空中，这种颗粒物本身是一种污染物，又是重金属、多环芳烃等有毒物质的载体，有人对雾霾峰值期间收集的PM10和PM2.5样本进行了宏基因组研究，发现了雾霾中1300种微生物，其中有3种微生物可引起肺炎链球菌、烟曲霉和人腺病毒C等疾病。因此，雾霾天气除了使大气混浊，视野模糊并导致能见度恶化，更严重的是地威胁到人类的生存环境和身体健康。当人体吸入雾霾中的这些细小颗粒物，可以刺激和腐蚀肺泡壁，从而破坏呼吸道的防御机能，致使慢性支气管炎、肺气肿、支气管哮喘等疾病发生，研究结果显示，雾霾与肺癌之间存在显著的相关性。世界卫生组织下属的国际癌症研究机构发布报告指出，在大气污染物中，PM2.5的毒性和致癌指数位居首位，是一级致癌物。调查研究表明，燃煤通过烟气排放对中国PM2.5年均浓度的“贡献”在51%至61%之间，因此，燃煤是造成我国雾霾日益严重的最根本原因。如何有效地治理雾霾已成为中国政府急需解决的环境问题。

至2013年，我国城市污水处理量已达到1.45亿立方米/天。城市生活污水和工业废水在得到净化的过程中，会产生大量的污泥，我国由此而产生的污泥数量已达2亿吨/年。这些污泥是一种含有病源微生物、多种有机和无机污染物，以及重金属的固液混合体，经过机械脱水后，污泥的含水率在80%左右，由于它含水率高而体积庞大，因此，是一类危害性极大的固体废弃物。世界上对污泥的处理，通常采用卫生填埋、土地利用和焚烧三方法。但是我国的国情是：一是污泥的数量和体积特别大，根本没有适合污泥填埋的空间；二是由于生活污水和工业废水合并处理，从而使污泥的成分非常复杂，特别是重金属含量很高，无法土地利用；三是在经济上无法承受高额的处理费用去支撑污泥焚烧。目前我国大部分污泥只经过初步处理后，便进行无序地临时堆存或简单填埋，不仅占用大面积的土地资源，而且破坏生态环境和污染地下水资源，对人体健康带来严重的不良影响，因此，如果对污泥不加以彻底的处理与控制，将会对环境造成严重的二次污染。如何安全经济地处理城市污水处理厂污泥是世界各国共同面临的环境难题，对我国来说，解决这一难题已刻不容缓。

面对当今中国亟待解决的“雾霾治理”和“污泥处理”两大环境问题，我们发明了一种烟气干化污泥治理雾霾技术，使“雾霾”和“污泥”的危害得到同时治理。

由于经过机械脱水的污泥含水率高、体积大，因此降低污泥的含水率和减小污泥的体积，是污泥最终实现无害化和资源化处理的关键。实践已表明，“热干化”是污泥深度脱水和减少体积最有效的方法，但是，污泥热干化是能量净消耗的过程，能耗费用通常占污泥处理总费用的百分之八十以上，因而形成“能耗瓶颈”。

中国的能源结构以燃煤为主，2013年中国煤炭消费量为36.1亿吨，约占国内能源总消费的66%，占世界煤炭消费总量的49.33%，在未来的二十年里，中国整体煤炭消费量仍将保持较高水平。然而，我国的能源利用率仅为35%左右，全国各地遍布的大大小小热电厂，排放的烟气温度一般在120～200℃之间，大量的能源以废能的形式通过烟气被排放而损失掉，热电厂排放的烟气中蕴藏着巨大的潜能，正是污泥干化最理想的热源。利用烟气余热进行污泥干化，不仅彻底克服了污泥热干化的“能耗瓶颈”，而且在湿污泥与热烟气直接接触进行热交换反应过程中，污泥能够吸附烟气中难以被现有除尘脱硫系统去除的微小颗粒物（PM2.5和PM10），以及二氧化硫，并将它们包裹在污泥颗粒中，从源头上控制了PM2.5和PM10以及二氧化硫，从而起到了治理雾霾的效果。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种烟气干化污泥治理雾霾的系统及其方法。

烟气干化污泥治理雾霾的系统包括热电厂锅炉、第一排气管道、多管旋风除尘器、第二排气管道、第一引风机、进气口、污泥干化造粒一体化装置、出气口、第三排气管道、第二电动闸阀、除尘装置、脱硫装置、第二引风机、第四排气管道、烟囱、地埋式污泥储存仓、双螺旋定量进泥机、螺旋输送机、进料口、出料口、封闭式皮带输送机、成品仓、第一电动闸阀；热电厂锅炉顺次与第一电动闸阀、第一排气管道、多管旋风除尘器、第二排气管道、第一引风机、进气口和污泥干化造粒一体化装置相连接，设置在地埋式污泥储存仓底部的双螺旋定量进泥机顺次与螺旋输送机、进料口和污泥干化造粒一体化装置相连接，污泥干化造粒一体化装置的出气口顺次与第三排气管道、第二电动闸阀、除尘装置、脱硫装置、第二引风机、第四排气管道和烟囱相连接，污泥干化造粒一体化装置的出料口顺次与封闭式皮带输送机、成品仓相连接。

烟气干化污泥治理雾霾的方法包括如下步骤：

1）将含水量占总重量质量百分比为80～85％的污水处理厂污泥，用封闭式污泥输送车送入地埋式污泥储存仓；

2)将热电厂锅炉排放的温度为120℃～200℃的烟气，经过多管旋风除尘器除去烟气中大部分粒径＞10微米的PM10颗粒物，然后通过引风机送入污泥干化成粒一体化装置，通过电动闸阀控制烟气的流量；

3)通过安装在地埋式污泥储存仓下部的双螺旋定量进泥机，将污泥分割为小块状，用螺旋输送机，均匀连续地送入污泥干化造粒一体化装置内，输入污泥的速度与烟气进行热交换反应的速度同步；

4)转动污泥干化造粒一体化装置，使污泥能以最大表面积与热烟气接触，污泥不仅吸收烟气中的热量使水分蒸发，而且吸收烟气中的细小微粒（PM2.5和PM10）和二氧化硫；

5)当污泥干化至含水率为40～45%时，自然形成粒径为1～8mm的污泥颗粒，从烟气中吸收的微粒被包裹在颗粒中，完成干化造粒过程后，污泥颗粒通过封闭式皮带输送机进入污泥成品仓，在冷却时进一步脱水，含水率降至＜30%，体积减少至三分之一以下，并保存95%原始热值，作为辅助燃料与煤一起掺烧。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：

1）利用烟气余热干化污泥，可以在不消耗新能源的情况下，将污水处理厂污泥的含水率降至30%以下，使污泥体积减少至三分之一以下，首先使污泥实现减量化，为污泥的无害化和资源化处理完成了关键一步。

2）采用湿污泥与热烟气直接接触的干化方式，不仅大大提高了污泥干化的热利用率，更重要的是污泥能够吸收烟气中PM2.5和PM10以及二氧化硫，从而从源头起到了治理雾霾的作用。

3）由于烟气温度120-200℃干化污泥，污泥中水分蒸发的湿球温度仅为48-68℃，在此低温条件下完成污泥干化造粒过程，污泥中的有机物不会被破坏，因此保存了污泥95%的原始热值，干化后的污泥颗粒作为辅助燃料贡献1500-2500kcal/kg的热值，真正开辟了一条以废治废、节能减排、废物循环利用的新途径。

4）污泥干化造粒一体化装置不仅为湿污泥与热烟气进行热交换反应提供足够的空间与充分的时间，也为污泥吸收烟气中的PM2.5和PM10以及二氧化硫创造良好的条件。该发明使“污泥处理”与“雾霾治理”两大环境问题得到同时解决，必将产生显著的社会、环境、经济三重效益。

附图说明

图1是烟气干化污泥治理雾霾的系统结构示意图；

图2是烟气干化污泥治理雾霾的工艺流程图。

具体实施方式

如图1所示，烟气干化污泥治理雾霾的系统包括热电厂锅炉1、第一排气管道2、多管旋风除尘器3、第二排气管道4、第一引风机5、进气口6、污泥干化造粒一体化装置7、出气口8、第三排气管道9、第二电动闸阀10、除尘装置11、脱硫装置12、第二引风机13、第四排气管道14、烟囱15、地埋式污泥储存仓16、双螺旋定量进泥机17、螺旋输送机18、进料口19、出料口20、封闭式皮带输送机21、成品仓22、第一电动闸阀23；热电厂锅炉1顺次与第一电动闸阀23、第一排气管道2、多管旋风除尘器3、第二排气管道4、第一引风机5、进气口6和污泥干化造粒一体化装置7相连接，设置在地埋式污泥储存仓16底部的双螺旋定量进泥机17顺次与螺旋输送机18、进料口19和污泥干化造粒一体化装置7相连接，污泥干化造粒一体化装置7的出气口8顺次与第三排气管道9、第二电动闸阀10、除尘装置11、脱硫装置12、第二引风机13、第四排气管道14和烟囱15相连接，污泥干化造粒一体化装置7的出料口20顺次与封闭式皮带输送机21、成品仓22相连接。

污水处理厂污泥用封闭式污泥运输车，送入地埋式污泥储存仓，通过双螺旋定量进泥机，用螺旋输送机，将污泥送入干化造粒一体化装置，热电厂锅炉排放的烟气用电动闸阀控制烟量，通过排气管道经过多管旋风除尘器，引风机将烟气通过排气管道和进气口，送入污泥干化造粒一体化装置，烟气与污泥直接接触完成干化和造粒过程后，污泥颗粒通过封闭式皮带输送机被送入成品仓，经过污泥干化后的尾气从出气口排出，经过排气管道和电动闸阀，依次进入除尘装置和脱硫装置，用引风机通过排气管道，从烟囱达标排放。

所述的地埋式污泥储存仓体积为20～100m³，上方设有盖板，底部安装了双螺旋定量进泥机。所述的污泥干化成粒一体化装置的筒体直径为1.8～3.5m，长为18～35m，在污泥干化成粒一体化装置的筒体内，安装了有助于污泥分散和造粒的辅助设施。所述的经过污泥干化造粒后排放的尾气，经过热电厂原有的除尘脱硫系统处理后达标排放，污泥在输送、干化和储存各环节释放的异味气体经统一收集，送入锅炉高温处理。

烟气干化污泥治理雾霾的方法包括如下步骤：

1）将含水量占总重量质量百分比为80～85％的污水处理厂污泥，用封闭式污泥输送车送入地埋式污泥储存仓；

2)将热电厂锅炉排放的温度为120℃～200℃的烟气，经过多管旋风除尘器除去烟气中大部分粒径＞10微米的PM10颗粒物，然后通过引风机送入污泥干化成粒一体化装置，通过电动闸阀控制烟气的流量；

3)通过安装在地埋式污泥储存仓底部的双螺旋定量进泥机，将污泥分割为小块状，用螺旋输送机，均匀连续地送入污泥干化造粒一体化装置内，输入污泥的速度与烟气进行热交换反应的速度同步；

4)转动污泥干化造粒一体化装置，使污泥能以最大表面积与热烟气接触，污泥不仅吸收烟气中的热量使水分蒸发，而且吸收烟气中PM2.5和PM10的细小微粒和二氧化硫；

5)当污泥干化至含水率为40～45%时，自然形成粒径为1～8mm的污泥颗粒，从烟气中吸收的微粒被包裹在颗粒中，完成干化造粒过程后，污泥颗粒通过封闭式皮带输送机进入污泥成品仓，在冷却时进一步脱水，含水率降至＜30%，体积减少至三分之一以下，并保存95%原始热值，作为辅助燃料与煤一起掺烧。

实施例

将含水量占总重量质量百分比（含水率）为82％的污水处理厂污泥，用封闭式污泥输送车送至体积为60m³的地埋式污泥储存仓，开启设在地埋式污泥储存仓上方的盖板，将污泥卸入储存仓后，关闭盖板。

将热电厂锅炉排放的温度为150℃的烟气，经过多管旋风除尘器，除去烟气中85%粒径＞10微米的颗粒物（PM10），然后通过引风机送入直径为3.0m，长度为28m的污泥干化成粒一体化装置中，通过电动闸阀控制烟气流量为1.5×10⁵m/h，同时启动设在地埋式污泥储存仓底部的双螺旋定量进泥机，将污泥分割为小块状，用螺旋输送机，均匀连续地送入污泥干化造粒一体化装置的进料口，输入污泥的速度与烟气进行热交换反应的速度同步，转动污泥干化造粒一体化装置，使湿污泥分布于干化造粒一体化装置的整个空间，以最大表面积与热烟气充分接触，污泥在烟气中吸收热量使水分蒸发的同时，吸收烟气中60.1%的PM2.5和43.99%的PM10，以及23%的二氧化硫。当污泥干化使含水率降至40%，并自然形成粒径为2～8mm的污泥颗粒后，从污泥干化造粒一体化装置的出料口输出，这时污泥体积已减少至原体积的三分之一以下，通过封闭式皮带输送机送入成品仓，在冷却过程中进一步脱水，直至污泥含水率降至30%以下，由于150℃的烟气干化污泥，当污泥水分蒸发时的湿球温度仅为58℃，污泥中有机物不会被破坏，因此干化后的污泥颗粒保存了95%以上的原始热值（2000kcal/kg），与煤掺烧可以贡献热值，吸收的二氧化硫已变成硫酸盐，在焚烧时不会变成二氧化硫释放。

经过污泥干化后排出的尾气，进入热电厂原有的除尘脱硫系统，由于在烟气中大量的烟尘与部分二氧化硫已被污泥吸收，因此减少了污染负荷，大大提高了除尘脱硫效果，为达标排放创造了条件，特别是现有除尘设备难以去除的PM2.5，已大部分被污泥吸收，从而真正起到了从源头治理雾霾的作用。污泥储存仓和成品仓释放的异味气体，通过气体收集系统，送入锅炉高温处理，实现清洁生产。

Claims (2)

1.一种烟气干化污泥治理雾霾的系统，其特征在于包括热电厂锅炉(1)、第一排气管道(2)、多管旋风除尘器(3)、第二排气管道(4)、第一引风机(5)、进气口(6)、污泥干化造粒一体化装置(7)、出气口(8)、第三排气管道(9)、第二电动闸阀(10)、除尘装置(11)、脱硫装置(12)、第二引风机(13)、第四排气管道(14)、烟囱(15)、地埋式污泥储存仓(16)、双螺旋定量进泥机(17)、螺旋输送机(18)、进料口(19)、出料口(20)、封闭式皮带输送机(21)、成品仓(22)、第一电动闸阀(23)；热电厂锅炉(1)顺次与第一电动闸阀(23)、第一排气管道(2)、多管旋风除尘器(3)、第二排气管道(4)、第一引风机(5)、进气口(6)和污泥干化造粒一体化装置(7)相连接，设置在地埋式污泥储存仓(16)底部的双螺旋定量进泥机(17)顺次与螺旋输送机(18)、进料口(19)和污泥干化造粒一体化装置(7)相连接，污泥干化造粒一体化装置(7)的出气口(8)顺次与第三排气管道(9)、第二电动闸阀(10)、除尘装置(11)、脱硫装置(12)、第二引风机(13)、第四排气管道(14)和烟囱(15)相连接，污泥干化造粒一体化装置(7)的出料口(20)顺次与封闭式皮带输送机(21)、成品仓(22)相连接。

2.一种烟气干化污泥治理雾霾的方法，其特征在于包括如下步骤：

1）将含水量占总重量质量百分比为80～85％的污水处理厂污泥，用封闭式污泥输送车送入地埋式污泥储存仓；

2)将热电厂锅炉排放的温度为120℃～200℃的烟气，经过多管旋风除尘器除去烟气中大部分粒径＞10微米的PM10颗粒物，然后通过引风机送入污泥干化成粒一体化装置，通过电动闸阀控制烟气的流量；

3)通过安装在地埋式污泥储存仓底部的双螺旋定量进泥机，将污泥分割为小块状，用螺旋输送机，均匀连续地送入污泥干化造粒一体化装置内，输入污泥的速度与烟气进行热交换反应的速度同步；

4)转动污泥干化造粒一体化装置，使湿污泥分布于干化造粒一体化装置的整个空间，使污泥能以最大表面积与热烟气接触，污泥不仅吸收烟气中的热量使水分蒸发，而且吸收烟气中PM2.5和PM10的细小微粒和二氧化硫；

5)当污泥干化至含水率为40～45%时，自然形成粒径为1～8mm的污泥颗粒，从烟气中吸收的微粒被包裹在颗粒中，完成干化造粒过程后，污泥颗粒通过封闭式皮带输送机进入污泥成品仓，在冷却时进一步脱水，含水率降至＜30%，体积减少至三分之一以下，并保存95%原始热值，作为辅助燃料与煤一起掺烧。