CN109956625A - 城市污泥高温炭化制备生物炭的工艺方法 - Google Patents

城市污泥高温炭化制备生物炭的工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明具体涉及一种城市污泥高温炭化制备生物炭的工艺方法，属于污泥处理技术领域。所述的工艺方法，包括6个步骤，分别为污泥除臭处理、污泥高温炭化处理、污泥低温干化烟气处理、热能动力源供应、污泥高温炭化废气处理和高温烟气余热利用。本发明所提供的工艺方法，科学合理，简单易行，具有效率高、处理量大、安全节能、无二次污染和处理彻底的特点。

Description

城市污泥高温炭化制备生物炭的工艺方法
技术领域
本发明具体涉及一种城市污泥高温炭化制备生物炭的工艺方法，属于污泥处理技术领域。
背景技术
随着我国城市化进程的加快，污水处理厂兴建速度以及污水处理能力和处理率都呈现大幅度增长态势。而污泥作为污水处理的“衍生品”，随着污水处理量的增加而急剧增加。
污水处理工艺运行过程中，产生的污泥一部分回流作为生物反应的反应物，剩余的污泥则排出到系统之外，这部分污泥产量非常庞大。污泥成分比较复杂，除含有大量的水分外，还含有大量的有机质、难降解有机物、多种微量元素、病原微生物、寄生虫卵和重金属等成分，并伴有恶臭。污泥中含有大量的有机物和丰富的氮磷钾等营养物质，会造成水质的富营养化，导致水质恶化，同时污泥中的重金属、有毒物质、致病菌等也会给人类健康带来极大危害。污泥不经妥善处理而任意排放和堆置，将对周围环境、大气、土壤、地下水资源等造成严重污染。
现阶段，城市污泥处理的主要方式有：浓缩、稳定化、脱水、填埋、干化、焚烧和堆肥，更有未经处理的，由于污泥中含有大量微生物细胞和有机胶质，脱水困难；有机物主要以固定形式存在，生物降解困难。这些传统处理方式存在许多缺点，如处理率低、技术单一、设备水平落后和二次污染风险大等。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种城市污泥高温炭化制备生物炭的工艺方法，科学合理，简单易行，具有效率高、处理量大、安全节能、无二次污染和处理彻底的特点。
本发明所述的城市污泥高温炭化制备生物炭的工艺方法，包括污泥除臭处理、污泥高温炭化处理、污泥低温干化烟气处理、热能动力源供应、污泥高温炭化废气处理和高温烟气余热利用6个步骤，具体包括如下步骤：
S1：污水厂污泥进入污泥反应池，反应后产生臭气，臭气依次进入化学洗涤塔和除臭设备1，最后经尾气处理塔排出；
S2：经步骤S1后的除臭湿污泥进入带式压滤机，得到除臭干污泥；除臭干污泥进入造粒机，制得颗粒状污泥；颗粒状污泥进入低温带式干燥机，得到的干化污泥先进入称重干污泥料仓，再进入高温炭化炉；得到的生物炭经水冷螺旋输送机进入称重生物炭料仓；
S3：步骤S2中，低温带式干燥机产生的烟气先进入除尘设备1中，再进入喷淋塔1，降温后进入尾气处理塔后排出，喷淋水沿外排线排出；
S4：由天然气作为热力源进入焚烧炉，产生的热量进入低温带式干燥机；
S5：高温炭化炉产生的污泥炭化废气先进入除尘设备2，再进入喷淋塔2，喷淋塔内产生的可燃气进入步骤S4中的焚烧炉，喷淋水进入密闭油水分离池，产生的生物油也进入焚烧炉内；密闭油水分离池内热水经换热器冷却后，得到的冷水再次进入喷淋塔循环使用；凉水塔内冷水经换热器换热后得到热水再次进入凉水塔循环使用；同时，工艺需冷却设备内热水也经凉水塔冷却，得到的冷水循环使用；
S6：高温炭化炉产生的燃烧高温烟气进入余热锅炉，再进入空气预热器转变为低温烟气后排出；空气进入空气预热器转变为低温热空气后再进入蒸汽换热器，最终以高温热空气形式进入低温带式干燥机；同时，软化水进入余热锅炉，产生的蒸汽进入蒸汽换热器，冷却得到冷凝水沿管道排出。
所述的步骤S5中，喷淋水循环使用过程中水分会蒸发，密闭油水分离池中水量会逐渐减少，从上部对密闭油水分离池进行补水，产生的臭气进入除臭设备2，再进入尾气处理塔后排出。
所述的步骤S2中，水冷螺旋输送机内热水分别进入称重生物炭料仓和称重干污泥料仓，称重生物炭料仓和称重干污泥料仓内冷水都沿管道进入凉水塔内。
所述的凉水塔内冷水又沿管道进入水冷螺旋输送机内。
所述的步骤S1中，污水厂污泥含水量为90-96wt.％；步骤S2中，除臭湿污泥含水量为90-96wt.％，除臭干污泥含水量为75-82wt.％。
所述的步骤S2中，颗粒状污泥在低温带式干燥机内干燥温度为75-85℃，得到的干化污泥含水量为18-24wt.％；在高温炭化炉内，炭化温度为550-650℃。
优选的，所述的步骤S2中，颗粒状污泥在低温带式干燥机内干燥温度为80℃，得到的干化污泥含水量为20wt.％。
所述的步骤S2中，除臭湿污泥通过螺杆泵进入带式压滤机；除臭干污泥通过螺旋输送机进入造粒机；颗粒状污泥通过蛇形刮板输送机进入低温带式干燥机。
所述的步骤S2中，干化污泥通过蛇形刮板输送机进入称重干污泥料仓。
S2步骤中，除臭干污泥通过造粒机进行造粒，一是使干污泥形态保持大小均匀，受热均匀，便于干化和炭化，二是能降低污泥在低温干化和炭化过程中产生的粉尘。粉尘增多易对后续设备造成堵塞，当粉尘跟喷淋水相遇时，易形成污泥，尤其炭化粉尘相遇喷淋水会形成油泥，造成二次污染，新产物油泥处理难度更大，违背污泥处理的初衷。
S2步骤中，污泥干化选用低温带式干燥机，除便于降低污泥含水量外，还有利于巩固污泥形态，减少颗粒状污泥破损，降低污泥后续输送和炭化产生粉尘含量。
为防止后续设备出现故障，前边干污泥无法存放，设置称重干污泥料仓，干污泥料仓可准确显示进出料量，干化污泥在干污泥料中转后进入高温碳化炉，干化污泥炭化后成为高温生物炭，含水率在3％以下，由于生物炭温度较高，通过水冷螺旋输送机冷却输送至称重生物炭料仓。
所述的称重生物炭料仓带称重模块，可以准确显示生物炭日产量。
物料干燥、炭化过程会挥发水分，部分水蒸汽随着物料进入仓内，水蒸气接触到冷的料仓金属壁时，水蒸汽冷凝在仓内表面，同时潮湿的干污泥挥发水分易冷凝；当物料停止输送到仓内，仓内温度会持续降低，当仓内空气湿度较大时，会因温度下降形成冷凝水，冷凝水使物料挂壁凝结，冬天温度较低时，会出现物料冻结现象，因此料仓壁温不易过低和温度变化较大。S2步骤中，干化污泥和生物炭进入料仓后仓内温度升高，冷水降温生物炭变为热水后流经干污泥料仓和称重生物炭料仓外壁伴热保温，可以有效防止物料挂壁凝结和冻结问题的发生。
S2步骤中，除臭湿污泥因含水量较高，选用螺杆泵进行输送，除臭干污泥选用螺旋输送机输送；颗粒状污泥为最大限度保持污泥状态，减少后续粉尘的产生，选用蛇形刮板输送机，干化污泥同样选用蛇形刮板输送机进行输送。
S4步骤中，选用焚烧炉作为污泥低温干化的热能动力源，焚烧炉可同时作为炭化废气的处理炉，提高其利用率。
S5步骤中，在S1步骤中污泥除臭分解有机物不彻底，残留少量有机物，在污泥高温炭化过程中残留有机物被彻底分解，产生少量臭气、可燃气、油等不凝气体。
进一步的，S5步骤中，污泥炭化废气中的粉尘由除尘设备除去，可燃气、臭气进入焚烧炉焚烧回收利用，油经喷淋水捕捉后一起流入油水分离池进行油和水的分离，油水分离池会含有少量臭气和生物油异味，对油水分离池密闭后进行臭气集中处理，防止臭气溢出扩散；分离出的油送至焚烧炉焚烧，水经过换热器换热后循环流入喷淋塔进行喷淋，当油水分离池水量减少时对其进行补水。
更进一步的，S5步骤中，喷淋水和凉水塔提供的凉水在换热器中进行换热处理，凉水塔同时给工艺需冷却设备提供循环凉水。
S6步骤中，天然气燃烧产生的高温烟气先经过余热锅炉，与软化水换热后，软化水转变为含有高热量的水蒸气，高温烟气温度依旧含有大量热量，高温烟气再经过空气预热器对空气进行一次换热，高温烟气温度大大降低后排出，一次换热的低温热空气再通过蒸汽换热器与高温水蒸气进行二次换热，温度升高后的高温热空气通入到低温带式干燥机内，蒸汽变为冷凝水排出，余热充分利用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.所述的工艺方法，对污泥处理过程产生硫化氢、氨气、硫醇类等其他恶臭气体采取预先集中处理和后期封闭处理的方法，对污泥臭气处理彻底；
2.污泥干化前，污泥呈颗粒状，受热均匀，具有节约能源和减少粉尘的作用；且对污泥高温炭化废气进行了无害化和资源化处理，节约能源，避免了二次污染；
3.在污泥处理过程对粉尘的有效处理，避免了与污泥高温裂解油气形成油泥，加大处理难度，造成污染；
4.对污泥处理过程中的有效能源进行充分回收利用，大大节约能源，降低生产成本；料仓带称重模块，可精确显示料重量，便于控制料流量、处理量及能耗；
5.本发明所述的工艺方法科学合理、简单易行，具有节能减排、安全可靠、连续稳定且日处理量大的特点，同时能够真正的实现污泥减量化、无害化、稳定化和资源化“四化”目标。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及说明书附图对本发明做进一步的说明。
实施例1
所述的城市污泥高温炭化制备生物炭的工艺方法，包括如下6个步骤：
S1：污水厂污泥进入污泥反应池，反应后产生臭气，臭气依次进入化学洗涤塔和除臭设备1，最后经尾气处理塔排出；
S2：经步骤S1后的除臭湿污泥进入带式压滤机，得到除臭干污泥；除臭干污泥进入造粒机，制得颗粒状污泥；颗粒状污泥进入低温带式干燥机，得到的干化污泥先进入称重干污泥料仓，再进入高温炭化炉；得到的生物炭经水冷螺旋输送机进入称重生物炭料仓；
S3：步骤S2中，低温带式干燥机产生的烟气先进入除尘设备1中，再进入喷淋塔1，降温后进入尾气处理塔后排出，喷淋水沿外排线排出；
S4：由天然气作为热力源进入焚烧炉，产生的热量进入低温带式干燥机；
S5：高温炭化炉产生的污泥炭化废气先进入除尘设备2，再进入喷淋塔2，喷淋塔内产生的可燃气进入步骤S4中的焚烧炉，喷淋水进入密闭油水分离池，产生的生物油也进入焚烧炉内；密闭油水分离池内热水经换热器冷却后，得到的冷水再次进入喷淋塔循环使用；凉水塔内冷水经换热器换热后得到热水再次进入凉水塔循环使用；同时，工艺需冷却设备内热水也经凉水塔冷却，得到的冷水循环使用；
S6：高温炭化炉产生的燃烧高温烟气进入余热锅炉，再进入空气预热器转变为低温烟气后排出；空气进入空气预热器转变为低温热空气后再进入蒸汽换热器，最终以高温热空气形式进入低温带式干燥机；同时，软化水进入余热锅炉，产生的蒸汽进入蒸汽换热器，冷却得到冷凝水沿管道排出。
所述的步骤S5中，喷淋水循环使用过程中水分会蒸发，密闭油水分离池水量会逐渐减少，从上部对密闭油水分离池进行补水，产生的臭气进入除臭设备2，再进入尾气处理塔后排出。
步骤S2中，水冷螺旋输送机内热水分别进入称重生物炭料仓和称重干污泥料仓，称重生物炭料仓和称重干污泥料仓内冷水都沿管道进入至凉水塔内。
凉水塔内冷水又沿管道进入水冷螺旋输送机内。
步骤S1中，污水厂污泥含水量为93wt.％；步骤S2中，除臭湿污泥含水量为93wt.％，除臭干污泥含水量为80wt.％。
步骤S2中，颗粒状污泥在低温带式干燥机内干燥温度为80℃，得到的干化污泥含水量为20wt.％；在高温炭化炉内，炭化温度为600℃；得到的高温生物炭含水量为3wt.％。
步骤S2中，除臭湿污泥通过螺杆泵进入带式压滤机；除臭干污泥通过螺旋输送机进入造粒机；颗粒状污泥通过蛇形刮板输送机进入低温带式干燥机。
步骤S2中，干化污泥通过蛇形刮板输送机进入称重干污泥料仓。
对实施例1工艺过程中的处理成本、燃烧余热利用率、污泥臭气处理及炭化废气粉尘含量进行测试，测试结果如表1所示。
表1工艺过程处理成本、燃烧余热利用率、臭气处理和废气粉尘含量测试结果

Claims (9)

1.一种城市污泥高温炭化制备生物炭的工艺方法，其特征在于：包括如下6个步骤：
S1：污水厂污泥进入污泥反应池，反应后产生臭气，臭气依次进入化学洗涤塔和除臭设备1，最后经尾气处理塔排出；
S2：经步骤S1后的除臭湿污泥进入带式压滤机，得到除臭干污泥；除臭干污泥进入造粒机，制得颗粒状污泥；颗粒状污泥进入低温带式干燥机，得到的干化污泥先进入称重干污泥料仓，再进入高温炭化炉；得到的生物炭经水冷螺旋输送机进入称重生物炭料仓；
S3：步骤S2中，低温带式干燥机产生的烟气先进入除尘设备1中，再进入喷淋塔1，降温后进入尾气处理塔后排出，喷淋水沿外排线排出；
S4：由天然气作为热力源进入焚烧炉，产生的热量进入低温带式干燥机；
S5：高温炭化炉产生的污泥炭化废气先进入除尘设备2，再进入喷淋塔2，喷淋塔内产生的可燃气进入步骤S4中的焚烧炉，喷淋水进入密闭油水分离池，产生的生物油也进入焚烧炉内；密闭油水分离池内热水经换热器冷却后，得到的冷水再次进入喷淋塔循环使用；凉水塔内冷水经换热器换热后得到热水再次进入凉水塔循环使用；同时，工艺需冷却设备内热水也经凉水塔冷却，得到的冷水循环使用；
S6：高温炭化炉产生的燃烧高温烟气进入余热锅炉，再进入空气预热器转变为低温烟气后排出；空气进入空气预热器转变为低温热空气后再进入蒸汽换热器，最终以高温热空气形式进入低温带式干燥机；同时，软化水进入余热锅炉，产生的蒸汽进入蒸汽换热器，冷却得到冷凝水沿管道排出。
2.根据权利要求1所述的城市污泥高温炭化制备生物炭的工艺方法，其特征在于：步骤S5中，喷淋水循环使用过程中水分会蒸发，密闭油水分离池水量会逐渐减少，从上部对密闭油水分离池进行补水，产生的臭气进入除臭设备2，再进入尾气处理塔后排出。
3.根据权利要求1所述的城市污泥高温炭化制备生物炭的工艺方法，其特征在于：步骤S2中，水冷螺旋输送机内热水分别进入称重生物炭料仓和称重干污泥料仓，称重生物炭料仓和称重干污泥料仓内冷水都沿管道进入至凉水塔内。
4.根据权利要求3所述的城市污泥高温炭化制备生物炭的工艺方法，其特征在于：凉水塔内冷水又沿管道进入水冷螺旋输送机内。
5.根据权利要求1所述的城市污泥高温炭化制备生物炭的工艺方法，其特征在于：步骤S1中，污水厂污泥含水量为90-96wt.％；步骤S2中，除臭湿污泥含水量为90-96wt.％，除臭干污泥含水量为75-82wt.％。
6.根据权利要求1所述的城市污泥高温炭化制备生物炭的工艺方法，其特征在于：步骤S2中，颗粒状污泥在低温带式干燥机内干燥温度为75-85℃，得到的干化污泥含水量为18-24wt.％；在高温炭化炉内，炭化温度为550-650℃。
7.根据权利要求6所述的城市污泥高温炭化制备生物炭的工艺方法，其特征在于：步骤S2中，颗粒状污泥在低温带式干燥机内干燥温度为80℃，得到的干化污泥含水量为20wt.％。
8.根据权利要求1所述的城市污泥高温炭化制备生物炭的工艺方法，其特征在于：步骤S2中，除臭湿污泥通过螺杆泵进入带式压滤机；除臭干污泥通过螺旋输送机进入造粒机；颗粒状污泥通过蛇形刮板输送机进入低温带式干燥机。
9.根据权利要求1所述的城市污泥高温炭化制备生物炭的工艺方法，其特征在于：步骤S2中，干化污泥通过蛇形刮板输送机进入称重干污泥料仓。
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