CN108676572A - 一种工业污泥等离子气化的工艺系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工业污泥等离子气化的工艺系统及方法，属于工业污泥无害化处置技术领域，包括依次相连的污泥投入装置、等离子气化系统、可燃气燃烧系统和尾气处理系统；所述污泥投入装置上连接有添加剂投入装置；所述等离子气化系统包括等离子气化炉；所述可燃气燃烧系统包括带有供氧管路的燃烧塔；所述尾气处理系统包括尾气冷却系统和尾气净化系统。
Description
技术领域
本发明属于工业污泥无害化处置技术领域，具体涉及一种工业污泥等离子气化的工艺系统及方法。
背景技术
工业污泥是指污水处理站在处理工业污水过程中产生的污泥，该污泥经过絮凝脱水后呈现半固态或固态。该污泥含水率高达70～90%，甚至更高，一般每处理1000m3污水会产生近5吨污泥，根据工业污水种类不同，所产生的污泥中有毒有害物质种类和量不相同，如化工废水中有机物居多，电镀废水中重金属含量高，污泥中所含有毒有害物质，如不能将其彻底处理，污染会一直存在。因此，资源化处置工业污泥，不仅可以减少占地，而且可减轻环境污染。
在国家对工业污泥危害认识不透彻、对环保不重视的早期，国内外对于工业污泥的处置，都以堆放和填埋为主，将污泥倾倒入绿化地、山坡地堆放或垃圾填埋场填埋。堆放的方法只起到污染物转移的作用，填埋的方法也只是将污染物集中堆放，填埋后污泥发酵释放出的恶臭和渗滤液严重威胁着周边居民的身心健康，这两种处置方法漠视了污染隐患，严重威胁环境质量，已非受推崇处置方法。
目前国内处理工业污泥主要有如下几种方法：
发酵堆肥法：发酵堆肥法主要针对污水处理过程中产生的生化污泥，这类污泥中有机质含量高，便于发酵，发酵后产生的沼气可做燃气使用，同时发酵后的残渣富含钙、镁、磷、钾、钠等元素，是上好的热性速效有机肥料。但是该处理方式对于工业污泥的处理范围很局限，要求污泥来源必须是有机质含量高，污染物含量低的生化污泥，要求前端分选很彻底，否则发酵效果不佳，而且发酵残渣作为有机肥很容易带来二次污染。
焚烧填埋法：焚烧填埋法指的是将含水率高的污泥直接或混合燃料进入焚烧炉进行焚烧，焚烧后的残渣进入填埋场进行填埋，现有技术中例如公开号为CN1270988C，名称为“污泥焚烧处理方法及污泥焚烧处理系统”的中国发明公开了一种污泥焚烧处理方法，该方法是将含水率为75%～85%的脱水污泥输送至循环流化床的燃烧室中，将脱水污泥在贮藏过程中产生的污染气体送入循环流化床的燃烧室中，脱水污泥、污染气体与煤一起焚烧，焚烧产生的尾气经处理后排放，焚烧后的残渣进入垃圾填埋场进行填埋。该方法在污泥减量上起到了立竿见影的效果，但是焚烧过程能耗高，同时焚烧产生尾气，尤其是中高温条件下产生的二噁英排入大气，严重影响周边居民的身心健康，同时焚烧残渣中含有重金属等有毒有害物质，进入填埋场带来二次污染。
焚烧固化填埋法：焚烧固化填埋法与焚烧填埋法的区别在于，污泥经过焚烧后，残渣混合水泥进行固化，经固化后进入填埋场进行填埋，该方法同样存在二噁英污染大气的问题，同时固化后的残渣短期内能控制重金属进入地下水，但是若干年水泥的固化能力失效后，重金属将再次进入地下水影响周边环境。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过在高温缺氧条件下将污泥中有机物气化为可燃气，并回收可燃气燃烧的热能，能有效利用污泥的热值，回收其中潜在的热能的工业污泥等离子气化的工艺系统及方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种工业污泥等离子气化的工艺系统，其特征在于：包括依次相连的污泥投入装置、等离子气化系统、可燃气燃烧系统、热能回用系统和尾气处理系统；所述污泥投入装置上连接有添加剂投入装置；所述等离子气化系统包括等离子气化炉；所述可燃气燃烧系统包括带有供氧管路的燃烧塔；所述尾气处理系统包括尾气冷却系统和尾气净化系统。
所述尾气净化系统包括除尘装置、除臭装置和脱硫装置。
一种工业污泥等离子气化的工艺方法，其特征在于，包括污泥预处理步骤、等离子气化步骤、燃气处理步骤和尾气处理步骤；
所述污泥预处理步骤，将污泥进行脱水，脱水后的污泥与添加剂进行混合并投入等离子气化炉中；
所述等离子气化步骤，等离子气化炉中的等离子枪在高压下放电引弧产生的热能升温至1200～1600℃，对等离子气化炉中经过所述污泥预处理步骤混合了添加剂的污泥进行加气化；在1200-1600℃温度下，通入少量空气将污泥中剩余有机质（包括其中有毒有害的有机物）瞬间气化为氢气、甲烷、一氧化碳等高热值可燃气，无机物和添加剂在高温下熔融形成玻璃体。
所述可燃气处理步骤，是对所述等离子气化步骤中产生的可燃气体通入氧气并进行燃烧处理；
所述尾气处理步骤，是对所述可燃气处理步骤中产生的尾气在急冷系统中喷入冷却水进行冷却，然后经除尘装置、除臭装置和脱硫装置处理排放。
所述污泥预处理步骤中，脱水后的理污是泥通过污泥投入装置均匀投加进入等离子气化炉中的，污泥投入等离子气化炉的同时通过添加剂投入装置按比例匀速向污泥中投加添加剂，污泥和添加剂在投加过程中混合均匀。
所述污泥和添加剂的混合比例为污泥：添加剂的质量比=100：（10～25）。
所述添加剂为硅藻土、B2O3、AL2O3按照20：（5～10）：（1～3）质量比配置而成的均匀粉末，且硅藻土、B2O3和AL2O3粒度均在30目以上。添加剂的主要作用是协助污泥中无机物形成网络结构，快速形成流动性较好的玻璃体将重金属包裹在其中，同时降低无机物熔点，降低处理能耗，也降低了气化炉的制作难度。一般情况下按照污泥：添加剂=100：（10～25）的质量比进行添加，即可降低处置温度近150℃，并且形成玻璃体流动性好。添加剂为硅藻土：B2O3：AL2O3=20：（5～10）：（1～3）质量比配置而成的均匀粉末，其中硅藻土、B2O3和AL2O3粒度均要求在30目以上。
所述等离子气化步骤中，通过密度控制将处理后留下的金属和生成的玻璃体分别收集处理；根据金属和无机物在熔融状态下密度的不同将污泥中金属汇集收集，作为产品，其他熔融态无机物将污泥中原有有害物质（如重金属）包裹在玻璃体中，玻璃体从出料口流出进入淬冷池淬冷，淬冷后的玻璃体可作为建筑材料使用。
所述玻璃体生成后从等离子气化炉的出料口流出进入淬冷池淬冷。
所述尾气处理步骤中，对所述可燃气处理步骤中产生的尾气在急冷系统中喷入冷却水进行冷却后，尾气的温度降低至200℃以内。
本技术方案的有益效果如下：
本发明所提供的工业污泥等离子气化的工艺系统，经脱水后的待处理污泥通过污泥投入装置均匀投加进入等离子气化系统，在污泥投加过程中，通过添加剂投入装置按比例匀速投加添加剂。污泥和添加剂在投加过程中混合均匀，之后进入等离子气化系统。在气化炉高温缺氧条件下无机物熔融，根据密度不同汇集分出污泥中的金属产品，剩余无机物在高温环境下产生的玻璃体产品可作为建材使用；污泥中有机物在高温缺氧条件下瞬间气化生成低分子可燃气，可燃气进入可燃气燃烧系统进行燃烧处理，可燃气燃烧释放的热能经由热能回用系统将气体中的热能转化为导热油的热能，用于前端系统供热。尾气经急冷系统处理后避免了二噁英的二次生成，尾气中粉尘、硫化物和氮氧化物经尾气净化系统处理后达标排放，在常规污泥深度处理过程中采用的方法多为焚烧法，焚烧温度多控制在900℃左右，在此温度下无法将污泥中带入的二噁英分解，同时在此温度下只能将污泥中有机物燃烧，甚至是不彻底燃烧；对污泥中的无机物和重金属基本没有处理效果，仅起到减量的作用，还需要进一步固化填埋处理，无法实现资源化，本发明中，通过等离子枪高压引弧加热的方式，可确保炉内的缺氧环境，便于有机物气化形成低分子可燃气并回收热能，此外在1200～1600℃高温缺氧条件下，将带入的二噁英分解的同时，尾气处理端采用急冷工艺避免了二噁英的再次生成；主要优点为在高温条件下，污泥中的无机物形成玻璃体将重金属包裹，无需进一步无害化处理，与此同时玻璃体也是一种很好的建筑原料，实现了无害化和资源化的目标。
本发明所提供的工业污泥等离子气化的工艺方法，该方法通过在高温缺氧条件下将污泥中有机物气化为可燃气，并回收可燃气燃烧的热能，能有效利用污泥的热值，回收其中潜在的热能，处置过程中污泥内金属部分和无机物由于密度不同，可回收部分金属，剩余无机物熔融成玻璃体，将剩余重金属包裹其中，可作为建筑材料使用，避免了重金属进入水体的危害， 基本做到污染物零排放，在处置过程中，物料一直处于1200℃以上温度中，原物料中带入的二噁英瞬间被分解，同时气化后的气体经过850℃到200℃度的瞬间急冷，避免了尾气中二噁英的再次生成，在污泥减量上有立竿见影的效果；本工业污泥等离子气化的工艺方法包括添加剂投入、污泥投入、等离子气化、可燃气燃烧、热能回收、尾气急冷和尾气净化等工序。
附图说明
本发明的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，附图中：
图1是本发明系统一种优选方案的结构示意图。
具体实施方式
下面通过几个具体的实施例来进一步说明实现本发明目的技术方案，需要说明的是，本发明要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。
实施例1
作为本发明系统一种最基本的实施方案，公开了一种工业污泥等离子气化的工艺系统，如图1，包括依次相连的污泥投入装置、等离子气化系统、可燃气燃烧系统、热能回用系统和尾气处理系统；所述污泥投入装置上连接有添加剂投入装置；所述等离子气化系统包括等离子气化炉；所述可燃气燃烧系统包括带有供氧管路的燃烧塔；所述尾气处理系统包括尾气冷却系统和尾气净化系统。经脱水后的待处理污泥通过污泥投入装置均匀投加进入等离子气化系统，在污泥投加过程中，通过添加剂投入装置按比例匀速投加添加剂。污泥和添加剂在投加过程中混合均匀，之后进入等离子气化系统。在气化炉高温缺氧条件下无机物熔融，根据密度不同汇集分出污泥中的金属产品，剩余无机物在高温环境下产生的玻璃体产品可作为建材使用；污泥中有机物在高温缺氧条件下瞬间气化生成低分子可燃气，可燃气进入可燃气燃烧系统进行燃烧处理，可燃气燃烧释放的热能经由热能回用系统将气体中的热能转化为导热油的热能，用于前端系统供热。尾气经急冷系统处理后避免了二噁英的二次生成，尾气中粉尘、硫化物和氮氧化物经尾气净化系统处理后达标排放，在常规污泥深度处理过程中采用的方法多为焚烧法，焚烧温度多控制在900℃左右，在此温度下无法将污泥中带入的二噁英分解，同时在此温度下只能将污泥中有机物燃烧，甚至是不彻底燃烧；对污泥中的无机物和重金属基本没有处理效果，仅起到减量的作用，还需要进一步固化填埋处理，无法实现资源化，本发明中，通过等离子枪高压引弧加热的方式，可确保炉内的缺氧环境，便于有机物气化形成低分子可燃气并回收热能；主要优点为在高温条件下，污泥中的无机物形成玻璃体将重金属包裹，无需进一步无害化处理，与此同时玻璃体也是一种很好的建筑原料，实现了无害化和资源化的目标。
实施例2
作为本发明系统一种优选地实施方案，公开了一种工业污泥等离子气化的工艺系统，如图1，包括依次相连的污泥投入装置、等离子气化系统、可燃气燃烧系统、热能回用系统和尾气处理系统；所述污泥投入装置上连接有添加剂投入装置；所述等离子气化系统包括等离子气化炉；所述可燃气燃烧系统包括带有供氧管路的燃烧塔；所述尾气处理系统包括尾气冷却系统和尾气净化系统，所述尾气净化系统包括除尘装置、除臭装置和脱硫装置。经脱水后的待处理污泥通过污泥投入装置均匀投加进入等离子气化系统，在污泥投加过程中，通过添加剂投入装置按比例匀速投加添加剂。污泥和添加剂在投加过程中混合均匀，之后进入等离子气化系统。在气化炉高温缺氧条件下无机物熔融，根据密度不同汇集分出污泥中的金属产品，剩余无机物在高温环境下产生的玻璃体产品可作为建材使用；污泥中有机物在高温缺氧条件下瞬间气化生成低分子可燃气，可燃气进入可燃气燃烧系统进行燃烧处理，可燃气燃烧释放的热能经由热能回用系统将气体中的热能转化为导热油的热能，用于前端系统供热。尾气经急冷系统处理后避免了二噁英的二次生成，尾气中粉尘、硫化物和氮氧化物经尾气净化系统处理后达标排放，在常规污泥深度处理过程中采用的方法多为焚烧法，焚烧温度多控制在900℃左右，在此温度下无法将污泥中带入的二噁英分解，同时在此温度下只能将污泥中有机物燃烧，甚至是不彻底燃烧；对污泥中的无机物和重金属基本没有处理效果，仅起到减量的作用，还需要进一步固化填埋处理，无法实现资源化，本发明中，通过等离子枪高压引弧加热的方式，可确保炉内的缺氧环境，便于有机物气化形成低分子可燃气并回收热能，此外在1200～1600℃高温缺氧条件下，将带入的二噁英分解的同时，尾气处理端采用急冷工艺避免了二噁英的再次生成；主要优点为在高温条件下，污泥中的无机物形成玻璃体将重金属包裹，无需进一步无害化处理，与此同时玻璃体也是一种很好的建筑原料，实现了无害化和资源化的目标。
实施例3
作为本发明方法一种最基本的实施方案，公开了一种工业污泥等离子气化的工艺方法，包括污泥预处理步骤、等离子气化步骤、燃气处理步骤和尾气处理步骤；
所述污泥预处理步骤，将污泥进行脱水，脱水后的污泥与添加剂进行混合并投入等离子气化炉中；
所述等离子气化步骤，等离子气化炉中的等离子枪在高压下放电引弧产生的热能升温至1200～1600℃，对等离子气化炉中经过所述污泥预处理步骤混合了添加剂的污泥进行加气化；在1200-1600℃温度下，通入少量空气将污泥中剩余有机质（包括其中有毒有害的有机物）瞬间气化为氢气、甲烷、一氧化碳等高热值可燃气，无机物和添加剂在高温下熔融形成玻璃体。
所述可燃气处理步骤，是对所述等离子气化步骤中产生的可燃气体通入氧气并进行燃烧处理；
所述尾气处理步骤，是对所述可燃气处理步骤中产生的尾气在急冷系统中喷入冷却水进行冷却，然后经除尘装置、除臭装置和脱硫装置处理排放。
所述污泥预处理步骤中，脱水后的理污是泥通过污泥投入装置均匀投加进入等离子气化炉中的，污泥投入等离子气化炉的同时通过添加剂投入装置按比例匀速向污泥中投加添加剂，污泥和添加剂在投加过程中混合均匀。
实施例4
作为本发明方法一种优选地实施方案，公开了一种工业污泥等离子气化的工艺方法，包括污泥预处理步骤、等离子气化步骤、燃气处理步骤和尾气处理步骤；
所述污泥预处理步骤，脱水后的理污是泥通过污泥投入装置均匀投加进入等离子气化炉中的，污泥投入等离子气化炉的同时通过添加剂投入装置按比例匀速向污泥中投加添加剂，污泥和添加剂在投加过程中混合均匀，所述污泥和添加剂的混合比例为污泥：添加剂的质量比=100：（10～25），所述添加剂为硅藻土、B2O3、AL2O3按照20：（5～10）：（1～3）质量比配置而成的均匀粉末，且硅藻土、B2O3和AL2O3粒度均在30目以上。添加剂的主要作用是协助污泥中无机物形成网络结构，快速形成流动性较好的玻璃体将重金属包裹在其中，同时降低无机物熔点，降低处理能耗，也降低了气化炉的制作难度。一般情况下按照污泥：添加剂=100：（10～25）的质量比进行添加，即可降低处置温度近150℃，并且形成玻璃体流动性好。添加剂为硅藻土：B2O3：AL2O3=20：（5～10）：（1～3）质量比配置而成的均匀粉末，其中硅藻土、B2O3和AL2O3粒度均要求在30目以上。
所述等离子气化步骤，等离子气化炉中的等离子枪在高压下放电引弧产生的热能升温至1200～1600℃，对等离子气化炉中经过所述污泥预处理步骤混合了添加剂的污泥进行加气化；在1200-1600℃温度下，通入少量空气将污泥中剩余有机质（包括其中有毒有害的有机物）瞬间气化为氢气、甲烷、一氧化碳等高热值可燃气，无机物和添加剂在高温下熔融形成玻璃体，通过密度控制将处理后留下的金属和生成的玻璃体分别收集处理；根据金属和无机物在熔融状态下密度的不同将污泥中金属汇集收集，作为产品，其他熔融态无机物将污泥中原有有害物质（如重金属）包裹在玻璃体中，玻璃体从出料口流出进入淬冷池淬冷，淬冷后的玻璃体可作为建筑材料使用，所述玻璃体生成后从等离子气化炉的出料口流出进入淬冷池淬冷。
所述可燃气处理步骤，是对所述等离子气化步骤中产生的可燃气体通入氧气并进行燃烧处理；
所述尾气处理步骤，是对所述可燃气处理步骤中产生的尾气在急冷系统中喷入冷却水进行冷却后，尾气的温度降低至200℃以内，然后经除尘装置、除臭装置和脱硫装置处理排放，在急冷系统中喷入冷却水使得尾气在1s内温度降低至200℃以内，避开了二噁英的生成温度，防止了二噁英的再次生成。
Claims (9)
1.一种工业污泥等离子气化的工艺系统，其特征在于：包括依次相连的污泥投入装置、等离子气化系统、可燃气燃烧系统、热能回用系统和尾气处理系统；所述污泥投入装置上连接有添加剂投入装置；所述等离子气化系统包括等离子气化炉；所述可燃气燃烧系统包括带有供氧管路的燃烧塔；所述尾气处理系统包括尾气冷却系统和尾气净化系统。
2.如权利要求1所述的一种工业污泥等离子气化的工艺系统，其特征在于：所述尾气净化系统包括除尘装置、除臭装置和脱硫装置。
3.一种工业污泥等离子气化的工艺方法，其特征在于，包括污泥预处理步骤、等离子气化步骤、燃气处理步骤和尾气处理步骤；
所述污泥预处理步骤，将污泥进行脱水，脱水后的污泥与添加剂进行混合并投入等离子气化炉中；
所述等离子气化步骤，等离子气化炉中的等离子枪在高压下放电引弧产生的热能升温至1200～1600℃，对等离子气化炉中经过所述污泥预处理步骤混合了添加剂的污泥进行加气化；
所述可燃气处理步骤，是对所述等离子气化步骤中产生的可燃气体通入氧气并进行燃烧处理；
所述尾气处理步骤，是对所述可燃气处理步骤中产生的尾气在急冷系统中喷入冷却水进行冷却，然后经除尘装置、除臭装置和脱硫装置处理排放。
4.如权利要求3所述的一种工业污泥等离子气化的工艺方法，其特征在于：所述污泥预处理步骤中，脱水后的理污是泥通过污泥投入装置均匀投加进入等离子气化炉中的，污泥投入等离子气化炉的同时通过添加剂投入装置按比例匀速向污泥中投加添加剂，污泥和添加剂在投加过程中混合均匀。
5.如权利要求4所述的一种工业污泥等离子气化的工艺方法，其特征在于：所述污泥和添加剂的混合比例为污泥：添加剂的质量比=100：（10～25）。
6.如权利要求3、4或5所述的一种工业污泥等离子气化的工艺方法，其特征在于：所述添加剂为硅藻土、B2O3、AL2O3按照20：（5～10）：（1～3）质量比配置而成的均匀粉末，且硅藻土、B2O3和AL2O3粒度均在30目以上。
7.如权利要求3所述的一种工业污泥等离子气化的工艺方法，其特征在于：所述等离子气化步骤中，通过密度控制将处理后留下的金属和生成的玻璃体分别收集处理。
8.如权利要求7所述的一种工业污泥等离子气化的工艺方法，其特征在于：所述玻璃体生成后从等离子气化炉的出料口流出进入淬冷池淬冷。
9.如权利要求3所述的一种工业污泥等离子气化的工艺方法，其特征在于：所述尾气处理步骤中，对所述可燃气处理步骤中产生的尾气在急冷系统中喷入冷却水进行冷却后，尾气的温度降低至200℃以内。
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| CN113480123A (zh) * | 2021-08-02 | 2021-10-08 | 江苏洁奥德工程技术有限公司 | 一种酸洗污泥无害化处理方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1036000A (zh) * | 1988-03-25 | 1989-10-04 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 以硅藻土作原料，经水热法制造微孔玻璃 |
| CN106987275A (zh) * | 2017-05-02 | 2017-07-28 | 山东博润工业技术股份有限公司 | 工业废弃物的高温等离子体气化熔融处理系统及方法 |
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