CN109809672A - 一种污泥处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及能源环保技术领域，公开了一种污泥处理系统，该系统包括：超音速激波干化装置、热裂解装置和氧化焚烧装置；超音速激波干化装置的干渣出口与热裂解装置的干渣进口连通，热裂解装置的干渣出口与氧化焚烧装置的干渣进口连通。本发明提供的一种污泥处理系统，能够实现工业危废污泥、市政污泥、含油污泥等的一体化处理，彻底解决了固体危废。

Description

一种污泥处理系统

技术领域

本发明涉及能源环保技术领域，特别是涉及一种污泥处理系统。

背景技术

传统的城市污泥、生活垃圾氧化焚烧发电，是当前国内外普遍采用的有效处理方法。但由于市政污泥、鲜活垃圾的干化工艺不达标(正常焚烧时，垃圾、污泥的含水率应小于20％)，导致焚烧发电的高能耗和污染废气、废液排放，污泥、垃圾废液污染环境存在的问题由来已久。其主要根源是由于城市含水污泥、生活垃圾，氧化焚烧时的干化质量不好，而导致的结果。湿污泥、鲜活垃圾的焚烧处理时，要求物料的含水率要小于20％时，氧化焚烧处于最佳状态。而国内现行的污泥、垃圾焚烧装置，由于技术手段或干化成本原因，大部分企业氧化焚烧处理城市污泥、生活垃圾、含油危废污泥时的物料含水率远高于20％。

国内多数采用自然重力渗透方法去除生活垃圾、市政污泥的部分水分，但该种方式难以做到使物料水分的含水率达到符合氧化焚烧的合格标准。因此对含水鲜活垃圾、市政污泥、危固废物进行焚烧处理时，由于物料的含水率超标不能自燃，因此需要添加大量的燃料能源参与助燃，极大地增加了焚烧发电项目的运营成本。为降低市政污泥、鲜活垃圾中的水分含量，以达到标准焚烧含水率，传统的处理工艺是预先对污泥、鲜活垃圾等进行干化处理，传统干化处理工艺通常采用电渗透、MDS脱水机、KDS脱水机、桨叶式干化机、回转窑式热风干化机等干化装置进行脱水处理，然而，此类装置需要消耗大量的热源能耗，物料干化时所需能耗费用，占用了焚烧环保企业的高额资金，难以保证市政污泥、鲜活垃圾、工业危废污泥等的预处理质量。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是为了解决现有技术中市政污泥、鲜活垃圾的干化处理效率低、含水率不达标的技术问题。

(二)技术方案

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种污泥处理系统，包括：超音速激波干化装置、热裂解装置和氧化焚烧装置；所述超音速激波干化装置的干渣出口与所述热裂解装置的干渣进口连通，所述热裂解装置的干渣出口与所述氧化焚烧装置的干渣进口连通。

进一步地，所述超音速激波干化装置包括：壳体；所述壳体内部的腔体包括：彼此连通的进料室和出料室；所述进料室具有进料口和热流体进口；所述进料室内设置朝所述出料室方向喷射超音速震荡激波的激波喷嘴，热流体通过所述热流体进口进入进料室内与超音速震荡激波形成高速热流体；所述进料口处在所述激波喷嘴和所述出料室之间，所述进料口的延伸方向和所述激波喷嘴的喷射路径相交，以使物料在所述高速热流体的冲击下形成干渣和湿蒸汽。

进一步地，所述出料室内设置将所述出料室分成上部空间、下部空间的冲击靶；所述冲击靶具有与所述狭窄通道的出口相对、且与之具有冲击间隙的冲击面；所述上部空间和下部空间分别与所述冲击间隙连通。

进一步地，所述超音速激波干化装置还包括激波生成器和稳流器，所述激波生成器产生超音速震荡激波并通过所述稳流器传输至所述激波喷嘴。

进一步地，所述物料包括湿污泥、生活垃圾或工业固体废物。

进一步地，所述湿污泥的含水率为50-80％，其干基热值在 3000Kcal以上。

进一步地，所述氧化焚烧装置的热烟气出口分别与所述进料室的热流体进口、所述热裂解装置的进气口连通。

进一步地，所述污泥处理系统还包括：三相分离器和油水分离器；所述三相分离器的进口与所述热裂解装置的馏分出口连通，所述油水分离器与所述三相分离器的液体出口连通。

进一步地，所述污泥处理系统还包括：冷凝装置和循环水池；所述冷凝装置设置在所述热裂解装置的馏分出口与所述三相分离器的进口连通的管道上；所述循环水池的进水口与所述油水分离器的出水口连通，所述循环水池的出水口与所述冷凝装置的循环水进口连通。

进一步地，所述污泥处理系统还包括：旋风分离器和除尘器；所述超音速激波干化装置具有烟气出口，所述烟气出口依次与旋风分离器、除尘器连通。

(三)有益效果

本发明提供的一种污泥处理系统，依次通过超音速激波干化工艺、热裂解工艺、高温氧化焚烧工艺，可快速实现污泥、生活垃圾等的干化、除油以及除去有机有害物质，实现工业危废污泥、市政污泥、含油污泥等的一体化处理，彻底解决了固体危废，实现污废的无公害净化，且设备简捷可靠、经济节能；同时超音速激波干化工艺中采用超音速震荡激波流体对污泥、生活垃圾等进行激波干化处理，能够快速高效地实现干化脱水，其含水率可降至25％以下。

附图说明

图1为本发明污泥处理系统一实施例的流程示意图；

图2为本发明超音速激波干化装置一实施例的结构示意图。

其中：

1-进料室；2-出料室；3-激波喷嘴；4-狭窄通道；5-冲击靶；6- 冲击间隙；2a-上部空间；2b-下部空间；11-进料口；12-热流体进口； 21-干渣出口；22-烟气出口；51-冲击面；101-超音速激波干化装置； 102-热裂解装置；103-氧化焚烧装置；104-冷凝装置；105-油水分离器；106-旋风分离器；107-除尘器；108-三相分离器；111-激波生成器；112-稳流器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1给出了本发明污泥处理系统一实施例的流程示意图。如图1 所示，该污泥处理系统包括：超音速激波干化装置101、热裂解装置 102和氧化焚烧装置103；超音速激波干化装置的干渣出口21与热裂解装置102的干渣进口连通，热裂解装置102的干渣出口与氧化焚烧装置103的干渣进口连通。

具体地，本实施例中，污泥处理系统能够适用于市政污泥、鲜活垃圾、工业危废污泥等的无公害净化处理，所述的物料包括但不限于湿污泥、生活垃圾或工业固体废物，在处理生活垃圾或工业固体废物时需要通过粉碎装置(粉碎装置采用本领域常见的进行生活垃圾、工业固废等粉碎处理的粉碎机)进行撕碎预处理形成泥化垃圾，泥化垃圾、城市污泥、工业危废等混合形成湿污泥一并通过给料机输送至超音速激波干化内进行激波干化处理。其中，本实施例的污泥处理系统尤其适用于含水率为50-80％、干基热值在3000Kcal以上的湿污泥的干化、净化处理。

其中，超音速激波干化装置101主要对湿污泥进行激波干化处理。经过超音速激波干化装置的干渣出口21排出的干渣进入热裂解装置102中，进行高温裂解，干渣中的油分和水分会被进一步蒸发除去，干渣中含水率进一步降低，可以控制在不同温度下进行裂解，从而除去不同沸点的馏分，馏分由热裂解装置102的馏分出口排出。

热裂解装置102中经过高温裂解脱除油水后的干渣由热裂解装置102的干渣出口排出，并通过氧化焚烧装置103的干渣进口进入氧化焚烧装置103中进行高温氧化焚烧，进一步地除去干渣中的有机有害物质，有机有害物质形成热烟气，干渣焚烧形成残炭，可回收利用热量。

本发明提供的一种污泥处理系统，依次通过超音速激波干化装置 101、热裂解装置102、高温氧化焚烧装置103，可快速实现污泥、生活垃圾等的干化、除油以及除去有机有害物质，实现工业危废污泥、市政污泥、含油污泥等的一体化处理，彻底解决了固体危废，实现污废的无公害净化，且设备简捷可靠、经济节能。

图2给出了本发明超音速激波干化装置一实施例的结构示意图。在上述实施例的基础上，本实施例中，如图2所示，该超音速激波干化装置101包括：壳体，壳体内部的腔体包括：彼此连通的进料室1 和出料室2。其中：

进料室1具有进料口11和热流体进口12；进料室1内设置朝出料室2方向喷射超音速震荡激波的激波喷嘴3，热流体通过热流体进口12进入进料室1内与超音速震荡激波形成高速热流体；进料口11 处在激波喷嘴3和出料室2之间，进料口11的延伸方向和激波喷嘴 3的喷射路径相交，以使物料在高速热流体的冲击下形成干渣和湿蒸汽。干渣和湿蒸汽送至出料室2内，出料室2具有干渣出口21和烟气出口22。

具体地，进料口11优选设置在进料室1的顶部，湿污泥原料通过进料口11进入进料室1内，通过自身的重量下落，落至激波喷嘴 3的喷射路径上后受到冲击波的冲击形成干渣和湿蒸汽。

激波喷嘴3安装在进料室1的一侧，可向外喷射超音速震荡激波，其喷射方向朝向出料室2，可以各种角度进行喷射，本实施例优选沿水平方向喷射。激波喷嘴3内的超音速震荡激波可由本领域可知的激波生成器111提供，利用空气动力学，将流体加速，产生超音速震荡激波。激波生成器111可通过稳流器112与激波喷嘴3连接，激波生成器111产生超音速震荡激波并通过稳流器112传输至激波喷嘴3。

热流体进口12设置在靠近激波喷嘴3的一侧，进料室1内通过热流体进口12向其内通入热流体，与激波喷嘴3喷射的超音速冲击波形成高速热流体，产生高热量的冲击波。

工作原理如下：超音速震荡激波由激波喷嘴3喷出，与湿污泥正面碰撞，将污泥破碎成细小的颗粒，当流体速度达到超音速形成音障效应后，高效地将污泥彻底破碎，破碎后的污泥颗粒热交换面积大幅提高，提高了污泥和热流体间的传热效率，进而使污泥中所吸附或包含的水分瞬间汽化(在1秒内热流体温度迅速降低至200摄氏度以下)，从而产生干渣和湿蒸汽，实现污泥干化的目的。

干渣和由激波冲击后产生的湿蒸汽和其他气体混合形成的烟气在冲击波的动力下进入出料室2，干渣由出料室2的干渣出口21排出，烟气由出料室2的烟气出口22排出。经过本实施例的干化装置处理的出口污泥干渣温度小于100摄氏度，其含水率可降至25％以下。其中，干渣出口21通常设置在出料室2的底部，烟气出口22设置在出料室2的顶部，本实施例不作具体限定。

需要说明的是，上述所述的物料包括但不限于湿污泥、生活垃圾或工业固体废物。本发明实施例的干化装置不仅可适用于污泥的干化处理，还可适用于生活垃圾、工业危废(即工业固体废物)等的干化处理，在处理生活垃圾时需要对垃圾进行撕碎预处理形成泥化垃圾，泥化垃圾与污泥、工业危废等可一并通过给料机输送至进料室内进行激波干化处理。其中，本实施例的干化装置尤其适用于含水率为 50-80％、干基热值在3000Kcal以上的湿污泥的干化效果。

在上述各实施例的基础上，本实施例中，进料室1与出料室2之间通过狭窄通道4连通。如图1所示，狭窄通道4的进口可以设计成三角锥形状，被冲击形成颗粒的污泥干渣在狭窄通道4的进口处大量聚集，并裹挟含有湿蒸汽的烟气通过狭窄通道4进入出料室2，由于狭窄通道4的直径较小，能够降低冲击能量的损失。

进一步地，出料室2内设置有冲击靶5，该冲击靶5将出料室2 分成上部空间2a和下部空间2b，烟气出口22与上部空间2a连通，干渣出口与下部空间2b连通。冲击靶5具有冲击面51，该冲击面 51与狭窄通道4的出口相对设置，且二者之间具有冲击间隙6，上部空间2a和下部空间2b分别与该冲击间隙6连通。其中，冲击面51 的面积优选大于狭窄通道4的出口面积，具有较大冲击能量的污泥干渣及蒸汽撞击到冲击靶5的冲击面51产生二次冲击，能够迅速分离干渣和湿蒸汽，干渣在自身重力作用下落入下部空间2b并由干渣出口21排出，含有湿蒸汽的烟气进入上部空间2a由烟气出口22排出。

在上述各实施例的基础上，本实施例中，氧化焚烧装置103的热烟气出口分别与超音速激波干化装置的热流体进口12、热裂解的进气口连通。氧化焚烧装置103中产生的热烟气具有较高的热量，可作为热流体从热流体进口进入超音速激波干化装置101中，利用其高温热量结合超音速震荡激波形成高速热流体，对湿污泥等原料进行激波干化处理，实现能源的回收再利用，节约能耗、降低环境污染。

在上述各实施例的基础上，本实施例中，该系统还包括：三相分离器108和油水分离器105；所述三相分离器108的进口与所述热裂解装置102的馏分出口连通，所述油水分离器105与所述三相分离器 108的液体出口连通。

热裂解装置102中进行高温热解产生的馏分中含有固体残渣、油分和水分，进入三相分离器108后可分离形成固体残渣和油水，油水再进入油水分离器105分离成油分和水分，从而实现三相分离，可单独进行回收利用。

在上述各实施例的基础上，本实施例中，该系统还包括：冷凝装置104和循环水池；冷凝装置104设置在热裂解装置102的馏分出口与三相分离器108的进口连通的管道上；循环水池的进水口与油水分离器105的出水口连通，循环水池的出水口与冷凝装置104的循环水进口连通。

冷凝装置104用于对热裂解装置102中排出的馏分进行冷却，以便于后续的分离工艺的进行。其中，冷凝装置104可采用本领域技术人员可知的通过循环水进行管道及设备冷却的冷凝器。通过设置循环水池，将油水分离器105的出水口与冷凝器的循环水进口连通，可充分利用污泥处理系统中分离得到的水分，节约能耗及水资源，降低生产成本。

在上述各实施例的基础上，本实施例中，该系统还包括：旋风分离器106和除尘器107；超音速激波干化装置的烟气出口22依次与旋风分离器106和除尘器107连通，即烟气出口22与旋风分离器106 的进口连通，旋风分离器106的出口与除尘器107的进口连通。激波冲击后，含有湿蒸汽的烟气由烟气出口22排出，依次进入旋风分离器106、除尘器107，除去烟气中的杂质，净化蒸汽后由除尘器107 的烟气出口排出，实现洁净排放，降低环境污染。

在上述各实施例的基础上，本实施例中，还包括：尾气脱酸装置，该尾气脱酸装置的气体进口与所述除尘器107的烟气出口连通。经过旋风分离器106和除尘器107除杂后排出的尾气经过尾气脱酸装置进行脱酸处理，去除尾气中造成环境污染的酸性物质。

在上述各实施例的基础上，本实施例中，还包括：活性炭吸附装置，该活性炭吸附装置的进口与尾气脱酸装置的气体出口连通。尾气经过脱酸处理后，经过活性炭吸附装置进行二次除杂，进一步净化尾气。

需要说明的是，上述所述的“尾气脱酸装置”、“活性炭吸附装置”均为本领域常见的脱酸处理设备和活性炭吸附设备。

基于上述的污泥处理系统实施的污泥处理方法具体步骤如下：

步骤S1：湿污泥原料由超音速激波干化装置的进料口11进入，通过热流体和激波喷嘴3喷射的超音速震荡激波形成的高速热流体进行激波干化，得到干渣和湿蒸汽；超音速激波干化装置101工作温度优选为300-350℃，即其内形成的高速热流体的温度为300-350℃。激波干化工艺能够快速高效地实现干化脱水，其含水率可降至25％以下。

步骤S2：干渣由超音速激波干化装置的干渣出口21排出，进入热裂解装置102中进行高温裂解，去除干渣中含油馏分；其中，裂解温度优选为600-650℃，此温度下，干渣中沸点在600℃以内的馏分会被气化排出，剩余成分为残碳及无机物，混合形成炭渣。

步骤S3：经过高温裂解后的干渣由所述热裂解装置102的干渣出口排出进入氧化焚烧装置103中进行高温氧化焚烧，去除干渣中的有机物质形成炉渣排出。

焚烧过程中，有机有害物质形成热烟气，干渣焚烧氧化，可回收利用热量，最终生成陶化炉渣。氧化焚烧装置103可采用往复式炉排焚烧炉，能够进行往复式高温氧化，彻底除去干渣中的有机有害物质。高温氧化温度优选为800℃以上，避免产生二噁英等有害物质。经过高温氧化工艺后，排出的陶化炉渣中有机物含量低于千分之一，可直接还原于土壤，改善土壤生态环境。

进一步地，步骤S3还包括：在高温氧化焚烧后，焚烧产生的热烟气由氧化焚烧装置103的热烟气出口排出，分别进入超音速激波干化装置101和热裂解装置102中进行能量循环利用，实现能源的回收再利用，节约能耗、降低环境污染。

进一步地，步骤S1还包括：湿蒸汽依次进入旋风分离器106和除尘器107中，除去蒸汽中杂质，净化排出的蒸汽，实现洁净排放，降低环境污染。

进一步地，步骤S2进一步包括：含油馏分依次进入三相分离器 108和油水分离器105中，进行分离得到固体残渣、油品和水分，分离出的油品送往储油罐回收利用，分离出的水进入沉降池，或者蓄积在循环水池中送往冷凝装置104中循环利用，为三相分离器108进行降温。

本发明提供的一种污泥处理系统，依次通过超音速激波干化工艺、热裂解工艺、高温氧化焚烧工艺，可快速实现污泥、生活垃圾等的干化、除油以及除去有机有害物质，实现工业危废污泥、市政污泥、含油污泥等的一体化处理，彻底解决了固体危废，实现污废的无公害净化，且设备简捷可靠、经济节能；同时超音速激波干化工艺中采用超音速震荡激波流体对污泥、生活垃圾等进行激波干化处理，能够快速高效地实现干化脱水，其含水率可降至25％以下。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种污泥处理系统，其特征在于，包括：超音速激波干化装置、热裂解装置和氧化焚烧装置；

所述超音速激波干化装置的干渣出口与所述热裂解装置的干渣进口连通，所述热裂解装置的干渣出口与所述氧化焚烧装置的干渣进口连通。

2.根据权利要求1所述的污泥处理系统，其特征在于，所述超音速激波干化装置包括：壳体；所述壳体内部的腔体包括：彼此连通的进料室和出料室；

所述进料室具有进料口和热流体进口；

所述进料室内设置朝所述出料室方向喷射超音速震荡激波的激波喷嘴，热流体通过所述热流体进口进入进料室内与超音速震荡激波形成高速热流体；所述进料口处在所述激波喷嘴和所述出料室之间，所述进料口的延伸方向和所述激波喷嘴的喷射路径相交，以使物料在所述高速热流体的冲击下形成干渣和湿蒸汽。

3.根据权利要求2所述的污泥处理系统，其特征在于，所述出料室内设置将所述出料室分成上部空间、下部空间的冲击靶；

所述冲击靶具有与所述狭窄通道的出口相对、且与之具有冲击间隙的冲击面；所述上部空间和下部空间分别与所述冲击间隙连通。

4.根据权利要求2所述的污泥处理系统，其特征在于，所述超音速激波干化装置还包括激波生成器和稳流器，所述激波生成器产生超音速震荡激波并通过所述稳流器传输至所述激波喷嘴。

5.根据权利要求2所述的污泥处理系统，其特征在于，所述物料包括湿污泥、生活垃圾或工业固体废物。

6.根据权利要求5所述的污泥处理系统，其特征在于，所述湿污泥的含水率为50-80％，其干基热值在3000Kcal以上。

7.根据权利要求2所述的污泥处理系统，其特征在于，所述氧化焚烧装置的热烟气出口分别与所述进料室的热流体进口、所述热裂解装置的进气口连通。

8.根据权利要求1-7任一项所述的污泥处理系统，其特征在于，所述污泥处理系统还包括：三相分离器和油水分离器；所述三相分离器的进口与所述热裂解装置的馏分出口连通，所述油水分离器与所述三相分离器的液体出口连通。

9.根据权利要求8所述的污泥处理系统，其特征在于，所述污泥处理系统还包括：冷凝装置和循环水池；所述冷凝装置设置在所述热裂解装置的馏分出口与所述三相分离器的进口连通的管道上；所述循环水池的进水口与所述油水分离器的出水口连通，所述循环水池的出水口与所述冷凝装置的循环水进口连通。

10.根据权利要求9所述的污泥处理系统，其特征在于，所述污泥处理系统还包括：旋风分离器和除尘器；所述超音速激波干化装置具有烟气出口，所述烟气出口依次与旋风分离器、除尘器连通。