CN109945210A - 一种带热能回收利用的污泥物相分离热处理设备以及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种带热能回收利用的污泥物相分离热处理设备及方法，所述设备包括污泥热能循环稳定处理设备、污泥三相分质反应器以及热能焚解炉；所述污泥热能循环稳定处理设备通过污泥管道分别与污泥三相分质反应器和热能焚解炉连通；所述热能焚解炉的高温烟气分别通过烟气管道与污泥三相分质反应器的烟气进口和污泥热能循环稳定处理设备连通；所述污泥三相分质反应器的烟气出口与污泥热能循环稳定处理设备通过烟气管道连通。本发明既可用于污泥炭化，又可用于污泥焚烧，不需要增加附加设备，真正实现了一套设备两种用途，可根据需要调整污泥处理工艺，实现产品的资源化利用，同时最大限度的利用了污泥本身的热值，大大降低了燃料消耗量。
Description
技术领域
本发明属于污泥处理设备技术领域，尤其是涉及一种带热能回收利用的污泥物相分离热处理设备以及方法。
背景技术
随着我国城市化进程的加快，城市污水处理率逐年提高，城市污水处理厂的污泥产量也急剧增加。未经适当处理的污泥进入环境后，直接会给水体和大气带来二次污染，对生态环境构成了严重威胁。传统的污泥处置方法主要是填埋和堆肥，污泥填埋对土地资源浪费较大，而且在运输过程和在填埋场里的渗滤液均易对环境造成二次污染，污泥堆肥由于不能有效去除污泥中的重金属和有害物质，重金属离子易在土壤和植物体内积累。近年来，污泥干化焚烧和污泥高温炭化技术由于具有使污泥减量化、无害化、资源化的优势，逐渐得到越来越多的应用。但由于各地所处环境不同，单一的污泥干化焚烧和污泥炭化技术所产生的炉渣或污泥炭不能得到合理处置，最终增加了污泥处理的成本。目前，针对传统的污泥干化焚烧和污泥炭化技术产品单一，产品资源化利用途径少的缺点，开发污泥炭化和焚烧两用的新型成套设备成为了污泥热处理技术和设备发展的新课题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种流程简单、处理效果好、能源消耗低、运行灵活的带有热能回收利用的污泥物相分离热处理成套设备；本发明将污泥干化焚烧技术和污泥炭化技术相结合，通过简单的阀门切换即可改变污泥处理方法，根据市场情况随时得到炉渣或污泥炭。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种带热能回收利用的污泥物相分离热处理设备，包括污泥热能循环稳定处理设备、污泥三相分质反应器以及热能焚解炉；
所述污泥热能循环稳定处理设备通过污泥管道分别与污泥三相分质反应器和热能焚解炉连通；所述热能焚解炉的高温烟气分别通过烟气管道与污泥三相分质反应器的烟气进口和污泥热能循环稳定处理设备连通；所述污泥三相分质反应器的烟气出口与污泥热能循环稳定处理设备通过烟气管道连通。
进一步的，所述污泥热能循环稳定处理设备与污泥输送转储设备通过污泥管道连通，且污泥输送转储设备的出口处设有一干泥三通阀，干泥三通阀的另外两端分别与污泥三相分质反应器和热能焚解炉通过污泥管道连通。
进一步的，所述污泥输送转储设备包括干泥提升装置以及干泥存储仓，所述干泥存储仓位于干泥提升装置与干泥三通阀之间；干泥提升装置的另一端与污泥热能循环稳定处理设备连通。
进一步的，所述污泥热能循环稳定处理设备连接有尾气处理排放装置。
进一步的，所述污泥三相分质反应器通向热能焚解炉的管道上设有热解气阀；所述污泥三相分质反应器通向污泥热能循环稳定处理设备的管道上设有污泥三相分质反应器烟气出口阀；所述热能焚解炉通过污泥三相分质反应器的管道上设有污泥三相分质反应器烟气进口阀；所述热能焚解炉通向污泥热能循环稳定处理设备的管道上设有热能焚解炉烟气阀。
还可以设置控制装置，控制装置分别用于控制污泥热能循环稳定处理设备、污泥输送转储设备、污泥三相分质反应器、热能焚解炉、热解气阀、污泥三相分质反应器烟气进口阀、污泥三相分质反应器烟气出口阀、热能焚解炉烟气阀以及尾气处理排放装置。可以采用的现有的常规控制装置即可。
进一步的，所述污泥热能循环稳定处理设备为回转式直接换热式的污泥干燥机；所述污泥三相分质反应器为外部热媒间接加热模式的炭化炉；所述热能焚解炉采用炉排炉或流化床炉。
本发明还提供一种污泥物相分离热处理方法，使用如上所述的污泥物相分离热处理设备，使用炭化技术处理污泥时，包括如下步骤：先关闭热能焚解炉烟气阀，打开污泥三相分质反应器烟气进口阀、污泥三相分质反应器烟气出口阀和热解气阀，控制干泥三通阀出料通向污泥三相分质反应器；
湿污泥首先进入污泥热能循环稳定处理设备与热烟气直接换热，干化的干污泥通过干泥提升装置进入干泥存储仓，干污泥通过干泥三通阀进入污泥三相分质反应器，在污泥三相分质反应器夹套中高温烟气的作用下发生热解反应，产生热解气和污泥炭，污泥炭从污泥三相分质反应器出料口排出，热解气通过热解气阀进入热能焚解炉进行燃烧，产生的高温烟气先进入污泥三相分质反应器为干污泥热解提供热量，再进入污泥热能循环稳定处理设备为湿污泥干化提供热量，出污泥热能循环稳定处理设备的低温废气进入尾气气处理排放装置处理达标后高空排放。
本发明还提供另一种污泥物相分离热处理方法，使用如上所述的污泥物相分离热处理设备，使用焚烧技术处理污泥时，先打开热能焚解炉烟气阀，关闭污泥三相分质反应器烟气进口阀、污泥三相分质反应器烟气出口阀和热解气阀，控制干泥三通阀出料通向热能焚烧；
湿污泥首先进入污泥热能循环稳定处理设备与热烟气直接换热，干化的干污泥通过干泥提升装置进入干泥存储仓，干污泥通过干泥三通阀进入热能焚解炉，在热能焚解炉中使污泥完全燃烧，产生的炉渣从出渣口排出，产生的高温烟气进入污泥热能循环稳定处理设备为湿污泥干化提供热量，出污泥热能循环稳定处理设备的低温废气进入尾气处理排放装置处理达标后高空排放。
热能焚解炉中使用的燃料可以为生物质、煤、油或天然气，本发明不对其进行限定。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
由于采用上述技术方案，本发明采用了对燃料适应性较强的热能焚解炉，可以以天然气、污泥热解气、干化污泥为燃料，通过物料三通阀和风阀控制物料和烟气走向，热能焚解炉，既可焚烧干化污泥等固体燃料也能焚烧热解气等气体燃料，最大限度的利用污泥本身的热值，大大降低了辅助燃料的添加量，节约了运行成本；使整套设备既可用于污泥炭化，又可用于污泥焚烧，不需要增加附加设备，真正实现了一套设备两种用途，可根据市场需要随时调整污泥处理工艺，多样化的产品更有利于实现资源化利用，同时最大限度的利用了污泥本身的热值，大大降低了燃料消耗量。
污泥经过预处理可人为选择热反应形式：当污泥有机质含量高，热挥发的有机组分有回收利用价值时，进行无氧热解，温度达850℃以上，热分解彻底，病原菌灭活，反应始终处于还原气氛，不产生二恶英类有毒物质，产生的有机挥发分热值较高，可回收作为燃气资源利用，污泥中的重金属元素被高温固化于剩余固形物中，成为性质更加稳定、接近活性炭的生物碳基，其中保留了丰富的N、P、K等营养成分，非常适合作为园林绿化的营养土，以及滤材或劣固体燃料再次利用；当无需回收可燃挥发气体时，直接进行完全焚烧，温度达850℃以上，彻底去除污泥中的有机污染物等有害物质，实现污泥稳定化、减量化和无害化。而无论何种处理模式，均实现热能的局部与全局循环再利用，从而极大的降低污泥处理过程中的CO2排放。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的设备的简单结构示意图；
图2为本发明实施例所述的方法的简单流程示意图。
附图标记说明：
1、污泥热能循环稳定处理设备；2、干泥提升装置；3、干泥存储仓；4、干泥三通阀；5、污泥三相分质反应器；6、热能焚解炉；7、热解气阀；8、污泥三相分质反应器烟气进口阀；9、污泥三相分质反应器烟气出口阀；10、热能焚解炉烟气阀；11、尾气处理排放装置。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，一种带有热能回收利用的污泥物相分离热处理成套设备，其特征在于：包括污泥热能循环稳定处理设备1、干泥提升装置2、干泥存储仓3、干泥三通阀4、污泥三相分质反应器5、热能焚解炉6、热解气阀7、污泥三相分质反应器烟气进口阀8、污泥三相分质反应器烟气出口阀9、热能焚解炉烟气阀10以及尾气处理排放装置11，所述污泥干燥机1通向干泥提升装置2，所述干泥提升装置2通向干泥存储仓3，所述干泥存储仓3通向干泥三通阀4，所述干泥三通阀4分别通向污泥三相分质反应器5和热能焚解炉6，所述污泥三相分质反应器5热解气通过热解气阀7通向热能焚解炉6，所述热能焚解炉6高温烟气分别通过污泥三相分质反应器烟气进口阀8和热能焚解炉烟气阀10通向污泥三相分质反应器5和污泥热能循环稳定处理设备1，所述污泥三相分质反应器5通过污泥三相分质反应器烟气出口阀9通向污泥热能循环稳定处理设备1，所述污泥热能循环稳定处理设备1废气通向尾气处理排放装置11。
在上述实施例中，使用炭化技术处理污泥时，先关闭热能焚解炉烟气阀10，打开污泥三相分质反应器烟气进口阀8、污泥三相分质反应器烟气出口阀9和热解气阀7，控制干泥三通阀4出料通向污泥三相分质反应器5，湿污泥首先进入污泥热能循环稳定处理设备1与热烟气直接换热，干化的干污泥通过干泥提升装置2进入干泥存储仓3，干污泥通过干泥三通阀4进入外热式污泥三相分质反应器5，在污泥三相分质反应器5夹套中高温烟气的作用下发生热解反应，产生热解气和污泥炭，污泥炭从污泥三相分质反应器5出料口排出，热解气通过热解气阀7进入热能焚解炉6进行燃烧，产生的高温烟气先进入污泥三相分质反应器5为干污泥热解提供热量，再进入污泥热能循环稳定处理设备1为湿污泥干化提供热量，出污泥热能循环稳定处理设备1的低温废气进入尾气气处理排放装置11处理达标后高空排放。
在进污泥热能循环稳定处理设备1的湿污泥含水率较大时需要向热能焚解炉6添加辅助燃料，使整个系统达到热平衡。
使用焚烧技术处理污泥时，先打开热能焚解炉烟气阀10，关闭污泥三相分质反应器烟气进口阀8、污泥三相分质反应器烟气出口阀9和热解气阀7，控制干泥三通阀4出料通向热能焚烧6，湿污泥首先进入污泥热能循环稳定处理设备1与热烟气直接换热，干化的干污泥通过干泥提升装置2进入干泥存储仓3，干污泥通过干泥三通阀4进入热能焚解炉6，在热能焚解炉6中使污泥完全燃烧，产生的炉渣从出渣口排出，产生的高温烟气进入污泥热能循环稳定处理设备1为湿污泥干化提供热量，出污泥热能循环稳定处理设备1的低温废气进入尾气处理排放装置11处理达标后高空排放。
在进污泥热能循环稳定处理设备1的湿污泥含水率较大时需要向热能焚解炉6添加辅助燃料，使整个系统达到热平衡。
上述所有过程均通过控制系统的集中控制自动运行。控制系统通过对湿污泥含水率、进料流量、压力、燃料喷射速率、空气流量、热能焚解炉温度、污泥三相分质反应器进出口温度、污泥热能循环稳定处理设备出口温度等的监测而自动调整各个系统、设备的运行工况、温度等参数，以满足整个工艺系统的运行控制要求。
对含水率80％的湿污泥，在使用炭化技术处理时，处理量为10吨每小时，湿污泥在热能循环稳定处理设备中的停留时间为20min，干污泥含水率为30％，干污泥在污泥三相分质反应器中的停留时间为1小时，炭化温度为600摄氏度，辅助燃料为天然气时消耗量为64m3/吨污泥，热能焚解炉炉膛温度为900摄氏度，烟气在炉膛内停留时间为2s，出热能循环稳定处理设备的废气温度为120摄氏度。全部运行过程由控制系统根据温度、运行监测仪表及设定运行参数自动控制运行，得到的污泥炭重金属被固化，保留了污泥中的N、P、K等营养物质，满足园林绿化用肥要求，热值约为2000大卡，可作为低品位燃料与煤掺烧发电。
对含水率80％的湿污泥，在使用焚烧技术处理时，处理量为10吨每小时，湿污泥在热能循环稳定处理设备中的停留时间为20min，干污泥含水率30％，辅助燃料为标准煤时消耗量为60kg/吨污泥，热能焚解炉炉膛温度为900摄氏度，烟气在炉膛内停留时间为2s，出热能循环稳定处理设备的废气温度为120摄氏度。全部运行过程由控制系统根据温度、运行监测仪表及设定运行参数自动控制运行，污泥中的病原菌等微生物在高温焚烧中被彻底杀死，二恶英类有毒物质被彻底分解，炉渣可作为建材用作路基材料或作为水泥原料。
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 (8)
1.一种带热能回收利用的污泥物相分离热处理设备，其特征在于：包括污泥热能循环稳定处理设备(1)、污泥三相分质反应器(5)以及热能焚解炉(6)；
所述污泥热能循环稳定处理设备(1)通过污泥管道分别与污泥三相分质反应器(5)和热能焚解炉(6)连通；所述热能焚解炉(6)的高温烟气分别通过烟气管道与污泥三相分质反应器(5)的烟气进口和污泥热能循环稳定处理设备(1)连通；所述污泥三相分质反应器(5)的烟气出口与污泥热能循环稳定处理设备(1)通过烟气管道连通。
2.根据权利要求1所述的带热能回收利用的污泥物相分离热处理设备，其特征在于：所述污泥热能循环稳定处理设备(1)与污泥输送转储设备通过污泥管道连通，且污泥输送转储设备的出口处设有一干泥三通阀(4)，干泥三通阀(4)的另外两端分别与污泥三相分质反应器(5)和热能焚解炉(6)通过污泥管道连通。
3.根据权利要求2所述的带热能回收利用的污泥物相分离热处理设备，其特征在于：所述污泥输送转储设备包括干泥提升装置(2)以及干泥存储仓(3)，所述干泥存储仓(3)位于干泥提升装置(2)与干泥三通阀(4)之间；干泥提升装置(2)的另一端与污泥热能循环稳定处理设备(1)连通。
4.根据权利要求1所述的带热能回收利用的污泥物相分离热处理设备，其特征在于：所述污泥热能循环稳定处理设备(1)连接有尾气处理排放装置(11)。
5.根据权利要求1所述的带热能回收利用的污泥物相分离热处理设备，其特征在于：所述污泥三相分质反应器(5)通向热能焚解炉(6)的管道上设有热解气阀(7)；所述污泥三相分质反应器(5)通向污泥热能循环稳定处理设备(1)的管道上设有污泥三相分质反应器烟气出口阀(9)；所述热能焚解炉(6)通过污泥三相分质反应器的管道上设有污泥三相分质反应器烟气进口阀(8)；所述热能焚解炉(6)通向污泥热能循环稳定处理设备(1)的管道上设有热能焚解炉烟气阀(10)。
6.根据权利要求1所述的带热能回收利用的污泥物相分离热处理设备，其特征在于：所述污泥热能循环稳定处理设备(1)为回转式直接换热式的污泥干燥机；所述污泥三相分质反应器(5)为外部热媒间接加热模式的炭化炉；所述热能焚解炉(6)采用炉排炉或流化床炉。
7.一种污泥物相分离热处理方法，其特征在于：使用如权利要求1～6任一项所述的污泥物相分离热处理设备，使用炭化技术处理污泥时，包括如下步骤：先关闭热能焚解炉烟气阀(10)，打开污泥三相分质反应器烟气进口阀(8)、污泥三相分质反应器烟气出口阀(9)和热解气阀(7)，控制干泥三通阀(4)出料通向污泥三相分质反应器(5)；
湿污泥首先进入污泥热能循环稳定处理设备(1)与热烟气直接换热，干化的干污泥通过干泥提升装置(2)进入干泥存储仓(3)，干污泥通过干泥三通阀(4)进入污泥三相分质反应器(5)，在污泥三相分质反应器(5)夹套中高温烟气的作用下发生热解反应，产生热解气和污泥炭，污泥炭从污泥三相分质反应器(5)出料口排出，热解气通过热解气阀(7)进入热能焚解炉(6)进行燃烧，产生的高温烟气先进入污泥三相分质反应器(5)为干污泥热解提供热量，再进入污泥热能循环稳定处理设备(1)为湿污泥干化提供热量，出污泥热能循环稳定处理设备(1)的低温废气进入尾气气处理排放装置(11)处理达标后高空排放。
8.一种污泥物相分离热处理方法，其特征在于：使用如权利要求1～6任一项所述的污泥物相分离热处理设备，使用焚烧技术处理污泥时，先打开热能焚解炉烟气阀(10)，关闭污泥三相分质反应器烟气进口阀(8)、污泥三相分质反应器烟气出口阀(9)和热解气阀(7)，控制干泥三通阀(4)出料通向热能焚烧(6)；
湿污泥首先进入污泥热能循环稳定处理设备(1)与热烟气直接换热，干化的干污泥通过干泥提升装置(2)进入干泥存储仓(3)，干污泥通过干泥三通阀(4)进入热能焚解炉(6)，在热能焚解炉(6)中使污泥完全燃烧，产生的炉渣从出渣口排出，产生的高温烟气进入污泥热能循环稳定处理设备(1)为湿污泥干化提供热量，出污泥热能循环稳定处理设备(1)的低温废气进入尾气处理排放装置(11)处理达标后高空排放。
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