CN109626784B - 一种防堵塞的污泥连续热水解系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防堵塞的污泥连续热水解系统，通过将部分氧化技术、中间介质回热耦合连续热水解系统，有效地解决了在缺氧环境中污泥高温碳化结块，保证换热器壳侧只流通干净流体，避免污泥输运方向频繁变化，并且通过研磨泵对进料污泥进行破碎研磨，防止污泥颗粒团聚板结，有效避免了系统的堵塞问题；同时采用多级梯度利用系统热量，并采用厌氧生化产沼气技术，对压滤液进行资源化利用，同时部分压滤液换热后回流工艺前段对污泥进行降粘，避免使用新鲜软化水，在提高系统热回用效率的同时，降低了系统资源消耗，有效提升系统的经济性，增强了污泥连续热水解系统的运行稳定性，有助于推动该技术的大规模应用。

Description

一种防堵塞的污泥连续热水解系统

技术领域

本发明涉及一种污泥连续热水解装置，特别涉及一种防堵塞的污泥连续热水解系统。

背景技术

随着污水处理厂的不断兴建，我国市政污泥也保持较高增幅，预计到2020年产生量达到6000万吨以上。2010年，我国只有不到10％的污泥进行了卫生填埋、土地利用、焚烧或建材利用等方面的处理处置，其余大部分未进行规范化的处理处置。5年来，污泥处理处置率不超过20％。污泥含有病原体、重金属和持久性有机物等有毒有害物质，未经有效处理处置，极易对地下水、土壤等造成二次污染，这给当地的生态环境带来严重的安全隐患，直接威胁环境安全和公众健康，使污水处理设施的环境效益大大降低。目前传统的污泥处置方法有：堆肥利用，土地填埋，海洋倾倒以及焚烧等。

近年来人们对环境标准的要求越来越高，污泥传统处理方法弊端的已经逐渐显露出来，污泥可以作为一种有用资源的观点被广泛接受，很多研究单位和企业研究出一些污泥处理的新技术。

污泥热水解是利用污泥中的有机质在加热条件下的部分热解裂解过程，产生污泥衍生燃料的技术。污泥热解所产生热解油具有相对高的热值，可被用作潜在的燃料，由于热解所需的温度比焚烧低很多，限制了热解气体中污染物的排放量，热解设备较简单，无需耐高温，耐高压。由于污泥低温热解技术相比其他的处理技术有很大的优越性，因而受到了越来越多的关注。

鉴于污泥热水解实际应用过程中面临堵塞和高运行成本的问题，重点需要解决污泥热解结块或积碳堵塞的问题，同时优化系统回热方案，有效降低污泥热水解的运行成本，以实现大规模地推广应用。

发明内容

本发明的目的是为了克服污泥热水解系统以积碳结焦带来的堵塞问题，提供一种防堵塞的污泥低成本连续热水解系统，是一种集防堵塞结焦和经济性提升的系统方案，可以广泛应用于城市和工业等污泥的高效、低成本无害化处理。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种防堵塞的污泥连续热水解系统由物料污泥进口、降粘罐排气口、降粘罐、研磨泵、螺杆泵、预热器、热水解反应器、中间介质循环泵、一级回热器、二级回热器、冷却水入口、冷却器、冷却水出口、气液分离器、不凝气排气口、自动压滤系统、脱水污泥外运、臭气排气口、压滤收集罐、离心泵、厌氧生化系统、燃气锅炉、锅炉排气、锅炉给水、锅炉蒸汽和空压机组成；物料污泥进口与降粘罐连接，降粘罐顶部设降粘罐排气口，降粘罐出料口与研磨泵进料口连接，研磨泵出口与螺杆泵进口连接，螺杆泵出口与预热器的管侧入口连接，预热器的管侧出口与热水解反应器的进口连接，热水解反应器的出口与一级回热器的管侧入口连接，一级回热器的管侧出口与二级回热器的管侧入口连接，二级回热器的管侧出口与冷却器的管侧入口连接，冷却器的管侧出口与气液分离器的入口连接，气液分离器的顶部设不凝气排气口，气液分离器的出口与自动压滤系统的进口连接，自动压滤系统的臭气排气口接除臭系统，自动压滤系统的底部压滤液出口与压滤液收集罐连接，压滤液收集罐的出口与离心泵的入口连接，离心泵的出口分两股，其中一股压滤液与二级回热器的壳侧入口连接，二级回热器的壳侧出口与降粘罐的入口连接，离心泵的出口的另外一股压滤液与厌氧生化系统的入口连接，厌氧生化系统的产气出口与燃气锅炉的进气口连接，锅炉给水与燃气锅炉的进水口连接，燃气炉的锅炉蒸汽出口与热水解反应器的蒸汽入口连接，空压机出口与热水解反应器的氧化剂入口连接，一级回热器的壳侧出口与预热器的壳侧入口连接，预热器的壳侧出口与中间介质循环泵的入口连接，中间介质循环泵的出口与一级回热器的壳侧入口连接，形成中间介质换热循环系统。

上述一种防堵塞的污泥连续热水解系统，系统热量实现整体逐级回收，采用中间介质循环回热的方式，其中间介质可以是软化水或导热油。

上述一种防堵塞的污泥连续热水解系统采用空压机向热水解反应器定量注入空气作为部分氧化的氧化剂。

上述一种防堵塞的污泥连续热水解系统采用热水解脱水和压滤液厌氧产气相结合的方法，并用部分压滤液换热回流前端工艺对原料污泥进行降粘，在实现处理目标的前提下保障系统的经济性。

本发明系统主要采取以下措施实现运行的低成本和防堵塞：

1.低成本运行，提升系统运行的经济性

(1)热水解后污泥热能的梯度完全利用有效降低了蒸汽用量；

(2)回流污泥压滤液回热，降低软化水用量，提升系统热效率；

(3)利用污泥压滤液厌氧产沼气回用燃锅气炉，降低系统天然气消耗。

2.有效防堵塞措施，提升了系统运行的稳定性

(1)热水解过程补入少量氧化剂，反应器实现部分氧化，有效防止污泥高温结焦板结；

(2)整个系统物料只在内管流动，采用中间介质循环回热的方式，有效避免污泥同时流入换热器管侧和壳侧，降低堵塞风险；

(3)污泥加热稀释降粘后，经过研磨泵破碎打碎再进入预热器，有效防止大颗粒团聚结块，降低后续加热环境的堵塞风险。

以上措施的实行，在满足污泥连续热水解破壁脱水整体处理效果的前提下，大幅降低系统堵塞风险，有效降低系统的运行成本。

附图说明

图1是本发明一种防堵塞的污泥低成本连续热水解系统的结构示意图。

图中：物料污泥进口1、降粘罐排气口2、降粘罐3、研磨泵4、螺杆泵5、预热器6、热水解反应器7、中间介质循环泵8、一级回热器9、二级回热器10、冷却水入口11、冷却器12、冷却水出口13、气液分离器14、不凝气排气口15、自动压滤系统16、脱水污泥外运17、臭气排气口18、压滤液收集罐19、离心泵20、厌氧生化系统21、燃气锅炉22、锅炉排气23、锅炉给水24、锅炉蒸汽25、空压机26。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施对本发明作进一步描述。

一种防堵塞的污泥低成本连续热水解系统结构如图1所示，系统由物料污泥进口1、降粘罐排气口2、降粘罐3、研磨泵4、螺杆泵5、预热器6、热水解反应器7、中间介质循环泵8、一级回热器9、二级回热器10、冷却水入口11、冷却器12、冷却水出口13、气液分离器14、不凝气排气口15、自动压滤系统16、脱水污泥外运17、臭气排气口18、压滤液收集罐19、离心泵20、厌氧生化系统21、燃气锅炉22、锅炉排气23、锅炉给水24、锅炉蒸汽25和空压机26组成；物料污泥进口1与降粘罐3连接，降粘罐3顶部设降粘罐排气口2，降粘罐出料口与研磨泵4进料口连接，研磨泵4出口与螺杆泵5进口连接，螺杆泵5出口与预热器6的管侧入口连接，预热器6的管侧出口与热水解反应器7的进口连接，热水解反应器7的出口与一级回热器9的管侧入口连接，一级回热器9的管侧出口与二级回热器10的管侧入口连接，二级回热器10的管侧出口与冷却器12的管侧入口连接，冷却器12的管侧出口与气液分离器14的入口连接，气液分离器14的顶部设不凝气排气口15，气液分离器14的出口与自动压滤系统16的进口连接，自动压滤系统16的臭气排气口18接除臭系统，自动压滤系统16的底部压滤液出口与压滤液收集罐19连接，压滤液收集罐19的出口与离心泵20的入口连接，离心泵20的出口分两股，其中一股压滤液与二级回热器10的壳侧入口连接，二级回热器10的壳侧出口与降粘罐3的入口连接，离心泵20的出口的另外一股压滤液与厌氧生化系统21的入口连接，厌氧生化系统21的产气出口与燃气锅炉22的进气口连接，锅炉给水24与燃气锅炉22的进水口连接，燃气锅炉22的锅炉蒸汽25出口与热水解反应器7的蒸汽入口连接，空压机26出口与热水解反应器7的氧化剂入口连接，一级回热器9的壳侧出口与预热器6的壳侧入口连接，预热器6的壳侧出口与中间介质循环泵8的入口连接，中间介质循环泵8的出口与一级回热器9的壳侧入口连接，形成中间介质换热循环系统。

上述一种防堵塞的污泥低成本连续热水解系统，系统热量实现整体逐级回收，采用中间介质循环回热的方式，其中间介质可以是软化水或导热油。

上述一种防堵塞的污泥低成本连续热水解系统采用空压机向热水解反应器定量注入空气作为部分氧化的氧化剂。

上述一种防堵塞的污泥低成本连续热水解系统采用热水解脱水和压滤液厌氧产气相结合的方法，并用部分压滤液换热回流前端工艺对原料污泥进行降粘，在实现处理目标的前提下保障系统的经济性。

图1所示防堵塞的污泥低成本连续热水解系统的工作原理如下：

1)污泥连续热水解过程，低含水率原料污泥与加热后的污泥压滤液混合后稀释升温后，污泥粘度降低后进入研磨泵4研磨破碎，研磨降粘后的污泥经过螺杆泵5进入预热器6被热水解后出料回热预热升高至110℃～130℃后进入热水解反应器7，同时空压机26向热水解反应器7注入高压空气作为氧化剂，燃气锅炉22产生180℃～200℃的水蒸气也注入热水解反应器7。研磨降粘后的污泥混合定量空气和水蒸气后维持反应条件为160℃～170℃，0.9～1.2MPa，20min～40min后完成热水解反应；

2)中间介质循环回热过程，完成热水解反应后的污泥经过中间回热的一级回热器9回热、二级回热器10取热，温度降低至50℃～80℃，最后再经过冷却器12。中间介质循环回热能有效保证物料只走管侧，避免了堵塞和结垢，其中间介质是软化水或导热油。用循环冷却水降温为25℃～45℃后进入气液分离器14，排出不凝气；

3)压滤及后续处理过程，热水解后的污泥进入自动压滤系统16进行压滤操作，压滤系统的臭气连同车间臭气一同进行负压除臭。压滤系统产生压滤液进入压滤液收集罐19存贮，压出滤液脱水后的污泥含水率可降低至25％～35％，此时的污泥已破壁灭菌，有机质含量高含水率低，可用作生物炭土进行土壤修复、园林绿化和制造建材。压滤液收集后分两部分，一部分经过二级回热器10换热后与进料原始污泥混合，另一部分进行厌氧生化产沼气供燃气炉使用，降低燃料消耗，且采用压滤液回热与物料混合，能减少软化水的消耗。

由此，可知本发明创新性地将部分氧化技术、中间介质循环加热技术和压滤液分离利用技术引入污泥连续热水解系统，巧妙解决了困扰污泥热水解系统的堵塞结垢问题，提升了装置可靠性，提升了系统的经济性；同时利用厌氧技术处理压滤液，实现产沼气回用燃气炉；整体系统并完成了热量的充分回收利用，降低了运行成本。

Claims (4)

1.一种防堵塞的污泥连续热水解系统，其特征在于：由物料污泥进口(1)、降粘罐排气口(2)、降粘罐(3)、研磨泵(4)、螺杆泵(5)、预热器(6)、热水解反应器(7)、中间介质循环泵(8)、一级回热器(9)、二级回热器(10)、冷却水入口(11)、冷却器(12)、冷却水出口(13)、气液分离器(14)、不凝气排气口(15)、自动压滤系统(16)、脱水污泥外运(17)、臭气排气口(18)、压滤液收集罐(19)、离心泵(20)、厌氧生化系统(21)、燃气锅炉(22)、锅炉排气(23)、锅炉给水(24)、锅炉蒸汽(25)和空压机(26) 组成；物料污泥进口(1)与降粘罐(3)连接，降粘罐(3)顶部设降粘罐排气口(2)，降粘罐出料口与研磨泵(4)进料口连接，研磨泵(4)出口与螺杆泵(5)进口连接，螺杆泵(5)出口与预热器(6)的管侧入口连接，预热器(6)的管侧出口与热水解反应器(7)的进口连接，热水解反应器(7)的出口与一级回热器(9)的管侧入口连接，一级回热器(9)的管侧出口与二级回热器(10)的管侧入口连接，二级回热器(10)的管侧出口与冷却器(12) 的管侧入口连接，冷却器(12) 的管侧出口与气液分离器(14)的入口连接，气液分离器(14)的顶部设不凝气排气口(15)，气液分离器(14)的出口与自动压滤系统(16)的进口连接，自动压滤系统(16)的臭气排气口(18)接除臭系统，自动压滤系统(16)的底部压滤液出口与压滤液收集罐(19)连接，压滤液收集罐(19)的出口与离心泵(20)的入口连接，离心泵(20)的出口分两股，其中一股压滤液与二级回热器(10)的壳侧入口连接，二级回热器(10)的壳侧出口与降粘罐(3)的入口连接，离心泵(20)的出口的另外一股压滤液与厌氧生化系统(21)的入口连接，厌氧生化系统(21)的产气出口与燃气锅炉(22)的进气口连接，锅炉给水(24)与燃气锅炉(22)的进水口连接，燃气锅炉(22)的锅炉蒸汽(25)出口与热水解反应器(7)的蒸汽入口连接，空压机(26)出口与热水解反应器(7)的氧化剂入口连接，一级回热器(9)的壳侧出口与预热器(6)的壳侧入口连接，预热器(6)的壳侧出口与中间介质循环泵(8)的入口连接，中间介质循环泵(8)的出口与一级回热器(9)的壳侧入口连接，形成中间介质换热循环系统。

2.如权利要求1所述一种防堵塞的污泥连续热水解系统，其特征在于：系统热量实现整体逐级回收，采用中间介质循环回热的方式，其中间介质是软化水或导热油。

3.如权利要求1所述一种防堵塞的污泥连续热水解系统，其特征在于：采用空压机向热水解反应器定量注入空气作为部分氧化的氧化剂。

4.如权利要求1所述一种防堵塞的污泥连续热水解系统，其特征在于：系统采用热水解脱水和压滤液厌氧产气相结合的方法，并用部分压滤液换热回流前端工艺对原料污泥进行降粘，在实现处理目标的前提下保障系统的经济性。

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