CN106635226A - 一种污泥与秸秆协同无害化处理工艺 - Google Patents

一种污泥与秸秆协同无害化处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种污泥与秸秆协同无害化处理工艺。本发明所述污泥和秸秆协同无害化处理工艺，利用污泥和秸秆为处理原料，将秸秆与污泥混合后压缩成型制作燃料块，所得燃料块的所含热值均匀并易于输送，可以减少大量的化学不完全燃烧热损失与排烟热损失，而且燃烧速度均匀适中，燃烧相对稳定，同时提高了污泥和秸秆燃烧的热值。更重要的是，本发明为了解决污泥和秸秆燃烧易烧结的现象，精选添加了适宜的惰性添加剂有助于缓解燃烧过程中的烧结现象。

Description

一种污泥与秸秆协同无害化处理工艺
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种污泥与秸秆协同无害化处理工艺。
背景技术
城市污泥作为污水处理厂的必然产物，是城市生活污水和工业废水在处理过程中产生的固体废弃物。随着社会的发展和生活水平的逐渐提高，城市污水的产量也在日益增长，从而导致了城市污泥产量的增加。以2万吨/d市政水厂为例，每天产生脱水污泥量约6-10吨，据统计，目前我国每年排放的污泥量约为2200万吨(含水率按80％计)，而如此数量巨大的城市污泥如果得不到妥善的处置将会对环境造成二次污染。而且，鉴于现有水厂选址限制，一般到远距离填埋场过程运输很远，特别是山区则会更麻烦；而且由于污泥填埋承载力差，二次污染等问题，较多的垃圾填埋场已基本不愿回收填埋或提高处置费用。因此，污泥污染已经成为了公众关注的主要问题之一。
目前在传统的污泥处置方法的基础上，很多国内外的研究人员对污泥的无害化、减量化、稳定化、资源化等方面进行了更多的探索研究。如将污泥用于制备建材、裂解制油或制备一些吸附材料等，但是上述研究并没有得到大量的应用。
生物质燃料是一种可再生能源，是指依靠太阳光合作用而产生的各种有机物质，是太阳能以化学能的形式存在于生物之中的一种能量形式，直接或间接地来源于植物的光合作用。生物质被认为是第四大能源，分布广，蕴藏量大。生物质作为有机物燃料是由多种复杂的高分子有机化合物组成的复合体，化学组成主要有：纤维素、半纤维素、木质素和提取物等，这些高分子物质在不同种类生物质、同一种类生物质的不同区域其组成也不同，有些甚至有很大差异。
生物质一般可分以下4大类：①木质素：木块、木屑、树皮、树根等；②农业废弃物：秸秆、果核、玉米芯、甘蔗皮渣等；③水生植物：藻类、水葫芦等；④油料作物：棉籽、麻籽、油桐等。生物质的可燃成分主要是有机元素如碳、氢、氮和硫。虽然就元素的成分而言，生物质燃料的成分和常规燃料煤炭基本上没什么区别，但正是各成分在数量上的差异导致了生物制燃烧产物与煤炭的差异。生物质的碳含量普遍在50％左右，低于普通的烟煤，而氢含量则高于烟煤，尤其是挥发份和氧含量远远高于普通烟煤，氧含量超过煤10倍左右。由于生物质燃料的可燃组分含量相对比较低，因此生物质燃料的低位发热量比一般烟煤低。在着火燃烧性能方面，生物质燃料的挥发份含量远远高于普通烟煤，导致着火燃烧性能明显高于普通烟煤。在燃烧污染物生成排放方面，生物质燃料的硫含量仅为0.1％左右，含氮量和理论氮气容积也低于烟煤，所以总的SO2和NOx生成量都远低于烟煤。根据秸秆生物质燃料高挥发分、高氧量、低硫份和灰份的基本特性，因此相对于煤炭而言，秸秆生物质具有易燃、清洁环保的特点。
我国是一个农业大国，拥有丰富的农作物秸秆资源，北方主要以小麦、玉米秸秆为主，而南方则是以稻草为主。据统计，我国现有农作物秸秆的年产量约为7亿吨，秸秆具有热值较高、且燃烧灰分也较高的优势。但是由于人们对秸秆资源化综合利用认识不足，导致秸秆的利用率很低。同时，秸秆焚烧及随意丢弃的现象也屡见不鲜，不仅是对农作物秸秆资源的极大浪费，而且也造成环境污染。
因此，现有技术中已经开发出诸多利用污泥和秸秆进行参烧协同处理的工艺，通过测试污泥与秸秆的DTG曲线发现，单一的污泥样品着火后，其燃烧速率并不高，不能快速形成较高的燃烧温度，且燃烧过程不均匀。而掺入秸秆后，秸秆中的挥发分在低温区大量析出和燃烧，增加了反应的剧烈程度，使得燃烧温度、持续时间等满足了污泥中一些比较牢固的、稳定的化合物的燃烧条件，从而提高了混合样的燃烧稳定性和燃尽水平；并且随秸秆掺混比的增加，混合样的燃烧特性指数增大，燃烧性能有所提升。
但是，研究也发现，单一秸秆试样的综合燃烧特性指数值比污泥高，可能的原因是秸秆中的挥发成分和燃烧的温度较为集中，大部分挥发组分在200-500℃的温度区间里迅速的析出和燃烧，样品着火后，可以快速地形成高温直至燃尽。而污泥中则由于有机物组成相对复杂，各成分的化学键强弱不同，其析出和燃烧点位于不同的温度段，并因其析出和燃烧温度的不集中，影响了其燃烧的稳定性。因此，若直接将污泥与秸秆共同入炉焚烧，不仅其燃烧性能受到极大影响，而且会产生较为严重的烧结现象。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种污泥与秸秆协同无害化处理工艺，以解决现有技术中污泥与秸秆共同燃烧热值较低并且易烧结的问题。
为解决上述技术问题，本发明所述的一种污泥与秸秆协同无害化处理工艺，包括如下步骤：
(1)取污泥进行干燥脱水处理，并取秸秆粉碎，备用；
(2)将上述处理后的污泥和秸秆混匀，并添加惰性添加剂混匀；
(3)将步骤(2)所得的混合物压榨脱水后经压缩制成燃料块；
(4)取步骤(3)中制得的燃料块焚烧，并收集灰渣及处理尾气。
所述步骤(2)中，所述惰性添加剂包括Al-Si基添加剂、Ca基添加剂和/或S基添加剂。
所述惰性添加剂包括高岭土、白云石、石灰石、硫酸铵和/或三氧化二铝。
所述惰性添加剂的添加量为所述污泥和秸秆总量的0.1-20wt％。
所述步骤(2)中，以所述污泥和秸秆的总量计，所述秸秆的添加量不超过20％。
所述步骤(1)中，所述污泥干燥脱水至含水率低于30％。
所述步骤(1)中，所述秸秆粉碎至粒径为20-30mm。
所述工艺还包括将所述步骤(4)中焚烧所述燃料块所得热量用于步骤(1)中的污泥干燥脱水之用以循环利用的步骤。
所述步骤(4)中，所述焚烧步骤是在导热油加热设备中进行的。
所述步骤(1)中，所述污泥干燥的步骤是在真空圆盘干燥机中进行的。
本发明所述污泥和秸秆协同无害化处理工艺，利用污泥和秸秆为处理原料，将秸秆与污泥混合后压缩成型制作燃料块，所得燃料块的所含热值均匀并易于输送，可以减少大量的化学不完全燃烧热损失与排烟热损失，而且燃烧速度均匀适中，燃烧相对稳定，同时提高了污泥和秸秆燃烧的热值。更重要的是，本发明为了解决污泥和秸秆燃烧易烧结的现象，精选添加了适宜的惰性添加剂有助于缓解燃烧过程中的烧结现象。实现了整个工艺系统的高效循环利用及全自动、全封闭连续作业，实现热量和废料的“零”污染排放，并且本发明所述工艺完全实现了工业废弃物的再利用，成本较低且实用性较强。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明所述处理工艺的流程图；
图2为本发明所述真空圆盘干燥机的结构主视图；
图3为本发明所述真空圆盘干燥机的结构俯视图；
图4为本发明所述导热油加热设备的结构示意图；
图中附图标记表示为：1-加热槽型筒体，2-空心桨叶轴，3-电机，4-减速机，5-联轴器，6-从动轴，7-加热盘管，7-1-第二热源进口，7-2-第二热源出口，8-前填料密封，9-外保温圆形筒体，10-前密封筒体，11-后密封筒体，12-主动轴，13-热源进出旋转接头，13-1-第一热源进口，13-2-第一热源出口，14-后填料密封，15-泄爆孔，16-抽气孔，17-旋风分离器，18-喷淋塔，19-冷凝器，20-高压离心风机，21-物料进口，22-进料螺杆泵，23-料仓，24-桨叶，25-刮刀，26-物料出口，27-星型卸料阀，28-出料螺旋输送机，29-载气预热器，30-载气进口，31-油炉本体，32-炉座，33-耐火砖，34-进油口，35-出油口，36-烟气出口，37-清灰口，38-燃料进口，39-炉排，40-出渣口，41-导热盘管，42-炉膛。
具体实施方式
本发明所述污泥与秸秆协同无害化处理系统包括：
污泥预处理设备，用于将所述污泥进行干燥脱水处理；
水分回收设备，与所述污泥预处理设备相连接，用于回收物料蒸发的水分进行回收利用；
秸秆预处理设备，用于将所述秸秆进行粉碎处理；
混料设备，用于将所述污泥和秸秆混合，并用于添加惰性添加剂处理；
造粒机，用于将所述污泥和秸秆的混合物料压型处理制成燃料块；
导热油加热设备，分别与所述造粒机和所述秸秆预处理设备相连接，用于将制得的燃料块进行焚烧，并将焚烧热量循环至所述污泥预处理设备进行利用；
燃料焚烧尾气处理设备，用于回收燃料焚烧的尾气。
本发明所述污泥预处理设备为真空圆盘干燥机，所述真空圆盘干燥机的加热介质包括蒸汽，热水或导热油。
如图2-3所示，所述真空圆盘干燥机包括支架，所述支架上顺次设置有驱动组件、加热干燥组件以及尾气处理组件。
所述驱动组件包括电机3、与所述电机3相连接驱动的减速机4，所述减速机4通过联轴器5与所述加热干燥组件相连接，实现驱动力的传递。
所述加热干燥组件包括加热槽型筒体1，所述加热槽型筒体1内设置有并列设置的2个空心桨叶轴2，每个空心桨叶轴2的前端从加热槽型筒体1的前端伸出并固定有一个齿轮，形成互相啮合的主动齿轮和从动齿轮进行传动。所述联轴器5的两端分别安装有主动轴12和从动轴6，所述减速机4与所述主动轴12相连，而所述从动轴6与相啮合的其中一个空心桨叶轴2的主动齿轮相连接，并带动另一空心桨叶轴2反向转动。
所述空心桨叶轴2的周向安装有若干圆形桨叶24，每个桨叶24的盘片边缘外部均匀的分配四个刮刀25，可以降盘片上的粘附物挂掉，同时刮刀25优选可以设置带有一定的角度对干燥的物料有推进作用。
所述加热槽型筒体1外壁套设有外保温圆形筒体9，并在所述加热槽型筒体1与所述外保温圆形筒体9之间设置加热盘管7，所述加热盘管7伸出所述外保温圆形筒体9的两端分别为用于导入热源的第二热源进口7-1和用于导出热源的第二热源出口7-2，实现热源的输入和导出，第二热源进口7-1和第二热源出口7-2从外保温圆形筒体9的下部伸出。
所述外保温圆形筒体9的上部并且靠近所述前密封筒体端盖10处开设有物料进口21，所述外保温圆形筒体9的下部并且靠近所述后密封筒体端盖11处开设有物料出口26，实现物料进入加热槽型筒体1内进行干燥并完成运输。所述物料进口21依次连接有进料螺杆泵22及料仓23，所述出料口26依次连接有星型卸料阀27以及出料螺旋输送机28。
每个空心桨叶轴2分别与加热槽型筒体1的前端和后端的内外交界处分别安装有前填料密封8和后填料密封14，所述外保温圆形筒体9的两端分别安装固定有前密封筒体10和后密封筒体11，前密封筒体10将空心桨叶轴2的前端、主动齿轮、从动齿轮和前填料密封8均罩设其中，后密封筒体端盖11将后填料密封14和热源进出旋转接头13罩设其中。
从动轴与前密封筒体10的内外交界处则以机械密封连接，机械密封可以为现有已知且常规的密封结构即可，例如，可以包括与从动轴密封配合的轴套和设置在轴套外部的基座，与轴套配合设置有动环、静环、轴承、弹簧和骨架油封，轴套内壁上开设有第一环形槽，第一环形槽中设置有轴套密封圈，基座与前密封筒体端盖10连接的端部开设有第二环形槽，第二环形槽中设置有釜口密封圈，基座与静环之间设置有静环密封圈，轴套与动环之间设置有动环密封圈。
每个空心桨叶轴2的后端从内加热槽型筒体1的后端伸出并安装有热源进出旋转接头13，热源进出旋转接头13具有第一热源进口13-1和第一热源出口13-2，第一热源进口13-1和第一热源出口13-2从后密封筒体端盖11伸出，外保温圆形筒体9的上部开设有泄爆孔15、检修孔和抽气孔16。
所述尾气处理组件包括通过管道与所述抽气孔16相连接的旋风分离器17、喷淋塔18、冷凝器19和高压离心风机20，经过所述高压离心风机20的气体中一部分作为载气经过载气预热器29，并通过设置于外保温圆形筒体9上部的干燥机载气进口30返回至干燥机中作为载气，另一部分气体则作为尾气排放。
本发明所述系统中，所述导热油加热设备分别与所述污泥预处理设备和造粒机相连接，将所述燃料块焚烧所得能量传递至所述污泥预处理设备中作为热介质之用，冷却后的介质重新循环至导热油加热设备中吸收热量，实现整个系统的能量传递和转换。所述导热油加热设备可选择现有技术中的常规导热油加热设备，也可以为近似设备。
本发明下述实施例中，如图4所示，本发明所述导热油加热设备包括炉座32，所述炉座32上设置有油炉本体31，所述油炉本体31内设置有导热盘管41，导热油介质通过设置于所述油炉本体31外壁处的进油口34进入所述导热盘管41中吸收燃料燃烧产生的热量，再通过设置于所述油炉本体31外壁处的出油口35排出，用于所述污泥预处理设备。所述油炉本体31的顶端设置有烟气出口36，所述油炉本体31的底端设置有清灰口37，所述油炉本体31的内部设置有耐火砖33。
所述油炉本体31下面设置有炉膛42并与所述油炉本体31相连通，所述炉膛42外壁处设置有燃料进口38和出渣口40，所述炉膛42内设置有炉排39，所述燃料块通过所述燃料进口38进入所述炉膛42并在所述炉排39上燃烧，所述炉排39向所述出渣口40的方向运动，将燃烧后的燃料渣排出。
利用本发明所述处理系统进行所述污泥和秸秆协同无害化处理的工艺流程如图1所示，具体包括：
(1)将初步脱水后的污泥输入至湿污泥料仓中暂存，并经螺旋输送机输送至所述真空圆盘干燥机中进行干燥脱水，干燥后的污泥经斗式提升机送入干污泥料仓备用，而污泥干燥蒸发的水分则分别经过喷淋塔处理、以及冷凝器回收，随后由半干脱酸塔处理回收；
取选定量的秸秆经秸秆预处理设备进行粉碎至合适的粒径，备用；
(2)将上述处理后的污泥和秸秆输入至所述混料设备中混匀，并选定的添加惰性添加剂混匀；
(3)将所得的混合物输送至所述造粒机，经压榨脱水后经压缩制成燃料块，并输送至燃料存储仓备用；
(4)取制得的燃料块经斗式提升机输送至所述导热油加热设备的炉膛中进行焚烧，并收集灰渣进行造砖等副产物处理，同时将焚烧的尾气分别经过半干脱酸塔、布袋除尘器处理后，经由烟囱外排。
所述炉膛中焚烧燃料块获得的热量经由加热盘管加热所述导热油，而经加热后的导热油作为热介质输送至所述真空圆盘干燥机以提供所需能量，而冷却后的冷油介质则再经过所述导热油加热设备吸收所述焚烧炉的热量进行加热，以实现整个系统的能量循环利用，真正实现全封闭连续作业和零污染排放。
实施例1
本发明所述的一种污泥与秸秆协同无害化处理工艺，包括如下步骤：
(1)取污泥(含水率80％)8kg于真空圆盘干燥机中进行干燥脱水处理至含水率低于30％，备用；
取秸秆2kg粉碎至粒径为20-30mm，备用；
(2)将上述处理后的污泥和秸秆混匀，并添加高岭土惰性添加剂2k g混匀；
(3)将步骤(2)所得的混合物按照常规方法进行压榨脱水处理，随后经压缩制成一定尺寸的燃料块；
(4)取步骤(3)中制得的燃料块置于导热油加热设备进行焚烧，并收集灰渣及处理尾气，同时将焚烧所述燃料块所得热量回收至所述真空圆盘干燥机中用于污泥干燥脱水之用以实现热量的循环利用。
实施例2
本发明所述的一种污泥与秸秆协同无害化处理工艺，包括如下步骤：
(1)取污泥(含水率80％)9kg于真空圆盘干燥机中进行干燥脱水处理至含水率低于30％，备用；
取秸秆1kg粉碎至粒径为20-30mm，备用；
(2)将上述处理后的污泥和秸秆混匀，并添加白云石惰性添加剂1kg混匀；
(3)将步骤(2)所得的混合物按照常规方法进行压榨脱水处理，随后经压缩制成一定尺寸的燃料块；
(4)取步骤(3)中制得的燃料块置于导热油加热设备进行焚烧，并收集灰渣及处理尾气，同时将焚烧所述燃料块所得热量回收至所述真空圆盘干燥机中用于污泥干燥脱水之用以实现热量的循环利用。
实施例3
本发明所述的一种污泥与秸秆协同无害化处理工艺，包括如下步骤：
(1)取污泥(含水率80％)8.5kg于真空圆盘干燥机中进行干燥脱水处理至含水率低于30％，备用；
取秸秆1.5kg粉碎至粒径为20-30mm，备用；
(2)将上述处理后的污泥和秸秆混匀，并添加石灰石和硫酸铵(质量比为1∶1)惰性添加剂100g混匀；
(3)将步骤(2)所得的混合物按照常规方法进行压榨脱水处理，随后经压缩制成一定尺寸的燃料块；
(4)取步骤(3)中制得的燃料块置于导热油加热设备进行焚烧，并收集灰渣及处理尾气，同时将焚烧所述燃料块所得热量回收至所述真空圆盘干燥机中用于污泥干燥脱水之用以实现热量的循环利用。
实施例4
本发明所述的一种污泥与秸秆协同无害化处理工艺，包括如下步骤：
(1)取污泥(含水率80％)9.5kg于真空圆盘干燥机中进行干燥脱水处理至含水率低于30％，备用；
取秸秆0.5kg粉碎至粒径为20-30mm，备用；
(2)将上述处理后的污泥和秸秆混匀，并添加三氧化二铝惰性添加剂500g混匀；
(3)将步骤(2)所得的混合物按照常规方法进行压榨脱水处理，随后经压缩制成一定尺寸的燃料块；
(4)取步骤(3)中制得的燃料块置于导热油加热设备进行焚烧，并收集灰渣及处理尾气，同时将焚烧所述燃料块所得热量回收至所述真空圆盘干燥机中用于污泥干燥脱水之用以实现热量的循环利用。
实施例5
本发明所述的一种污泥与秸秆协同无害化处理工艺，包括如下步骤：
(1)取污泥(含水率80％)9.9kg于真空圆盘干燥机中进行干燥脱水处理至含水率低于30％，备用；
取秸秆0.1kg粉碎至粒径为20-30mm，备用；
(2)将上述处理后的污泥和秸秆混匀，并添加高岭土和三氧化二铝(质量比为1∶1)惰性添加剂200g混匀；
(3)将步骤(2)所得的混合物按照常规方法进行压榨脱水处理，随后经压缩制成一定尺寸的燃料块；
(4)取步骤(3)中制得的燃料块置于导热油加热设备进行焚烧，并收集灰渣及处理尾气，同时将焚烧所述燃料块所得热量回收至所述真空圆盘干燥机中用于污泥干燥脱水之用以实现热量的循环利用。
对比例
本对比例所述处理工艺与实施例1相同，其区别仅在于所述步骤(2)中不添加任何的惰性添加剂。
实验例
1、燃料的组分分析
对上述实施例1-5中制备得到的燃料块进行其组分成分分析，记录数据见下表1。
表1燃料块组分成分分析
2、燃烧性能结果
对上述实施例1-5及对比例中各燃烧工艺的燃烧性能进行检测，测试各工艺的热值及焚烧的烧结情况，并记录于下表2。
表2燃烧性能结果
编号 热值J/kg 烧结情况
实施例1 8157.44 无烧结
实施例2 7866.09 无烧结
实施例3 8011.77 无烧结
实施例4 7720.42 无烧结
实施例5 7603.89 无烧结
对比例 5160.55 有烧结现象
由上表数据可知，本发明所述处理工艺，可以有效提升污泥和秸秆燃烧的热值，并且添加的惰性添加剂有助于缓解燃烧过程中的烧结现象。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种污泥与秸秆协同无害化处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)取污泥进行干燥脱水处理，并取秸秆粉碎，备用；
(2)将上述处理后的污泥和秸秆混匀，并添加惰性添加剂混匀；
(3)将步骤(2)所得的混合物压榨脱水后经压缩制成燃料块；
(4)取步骤(3)中制得的燃料块焚烧，并收集灰渣及处理尾气。
2.根据权利要求1所述的污泥与秸秆协同无害化处理工艺，其特征在于，所述步骤(2)中，所述惰性添加剂包括Al-Si基添加剂、Ca基添加剂和/或S基添加剂。
3.根据权利要求2所述的污泥与秸秆协同无害化处理工艺，其特征在于，所述惰性添加剂包括高岭土、白云石、石灰石、硫酸铵和/或三氧化二铝。
4.根据权利要求1-3任一项所述的污泥与秸秆协同无害化处理工艺，其特征在于，所述步骤(2)中，所述惰性添加剂的添加量为所述污泥和秸秆总量的0.1-20wt％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的污泥与秸秆协同无害化处理工艺，其特征在于，所述步骤(2)中，以所述污泥和秸秆的总量计，所述秸秆的添加量不超过20％。
6.根据权利要求1-5任一项所述的污泥与秸秆协同无害化处理工艺，其特征在于，所述步骤(1)中，所述污泥干燥脱水至含水率低于30％。
7.根据权利要求1-6任一项所述的污泥与秸秆协同无害化处理工艺，其特征在于，所述步骤(1)中，所述秸秆粉碎至粒径为20-30mm。
8.根据权利要求1-7任一项所述的污泥与秸秆协同无害化处理工艺，其特征在于，所述工艺还包括将所述步骤(4)中焚烧所述燃料块所得热量用于步骤(1)中的污泥干燥脱水之用以循环利用的步骤。
9.根据权利要求1-8任一项所述的污泥与秸秆协同无害化处理工艺，其特征在于，所述步骤(4)中，所述焚烧步骤是在导热油加热设备中进行的。
10.根据权利要求1-9任一项所述的污泥与秸秆协同无害化处理工艺，其特征在于，所述步骤(1)中，所述污泥干燥的步骤是在真空圆盘干燥机中进行的。
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