CN110304805A - 一种污泥热干化及碳化节能系统 - Google Patents

Abstract

一种污泥热干化及碳化节能系统，其中包括高温气源单元、污泥热干化单元、污泥碳化单元、气体净化单元、增汽机单元；高温气源单元管路连接污泥热干化单元，提供高温加热气体用于污泥热干化；污泥热干化单元排出气体至气体净化单元进行净化处理；增汽机单元工作气体入口连接高温气源单元，抽吸气体入口连接气体净化单元，引射经气体净化单元处理后的气体，回收气体余热；增汽机单元混合后排气接入污泥碳化单元用于进一步加热碳化污泥；系统的热耗、电耗大幅下降，对换热后烟气的余热进行回收，降低污泥干燥能耗和成本。

Description

一种污泥热干化及碳化节能系统

技术领域

本发明属于水处理领域，涉及一种污泥热干化及碳化节能系统。

背景技术

我国污泥处理的原则和要求是实现“减量化、稳定化、无害化和资源化”。经过污水厂浓缩机械脱水后的污泥，含水率在80％左右，但此时含水率对于后续的运输转移和处理处置来说还是较高，污泥体积和重量依旧很大，用于焚烧、堆肥的污泥含水率均要求低于60％左右，此时的污泥含水率显然还达不到要求。污泥干化可以使污泥含水率降到30％～50％，且干化后剩余物质比较稳定，恶臭味和病原生物得到极大的去除，并使污泥体积减少4～5倍，同时其热值和营养成份得到保留。因此，污泥干化是污泥处理处置技术的前提和关键所在。

污泥热干化技术是目前现代化的最主要的污泥干化技术，其主要工作原理是通过外加热源，利用烟气、水蒸汽或者工业余热的热能，经过换热器壳层进行热交换，蒸发污泥中的水分使之干化。

污泥碳化是一种新型污泥处理技术，不仅可以成功实现污泥的减量化、无害化和资源化，同时有效固定碳源，并产生碳基产物可进行资源化利用，有效解决了污泥生物可利用性差的问题，已成为当前国内外研究热点。污泥碳化方法可分为干法碳化(裂解法)和湿法碳化(水热碳化)。无论采用何种方法，污泥碳化时均需要消耗大量热能、电能，系统运行的节能降耗问题需要解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种污泥热干化及碳化的节能系统，其能够在满足干化和碳化产物性能要求的同时，使系统的热耗、电耗大幅下降，从而实现系统节能。

一种污泥热干化及碳化节能系统，其中包括高温气源单元、污泥热干化单元、污泥碳化单元、气体净化单元、增汽机单元；其特征在于，含水污泥顺序经过污泥热干化单元及污泥碳化单元进行热干化及碳化处理；高温气源单元管路连接污泥热干化单元，提供高温加热气体用于污泥热干化；污泥热干化单元排出气体至气体净化单元进行净化处理；增汽机单元工作气体入口连接至高温气源单元，抽吸气体入口连接至气体净化单元，引射经气体净化单元处理后的气体，回收气体余热；增汽机单元混合后排气接入污泥碳化单元用于进一步加热碳化污泥。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、系统中设置增汽机(气—气式)，提供了高温烟气在干化、净化过程中的动力。系统没有风机设备，降低了电耗。

2、污泥干化后的水进行冷凝回收。

3、设置空气的热循环子系统，对干化冷凝水和换热后烟气的余热进行回收。

4、对碳化产生的干馏气体进行回收，作为锅炉的补充燃料。

5、对干化后的烟气设置除尘、除雾、除臭的净化系统。

6、污泥干化和碳化的一体化系统。

附图说明

图1是污泥热干化及碳化的节能系统示意图；

其中，1—锅炉；2—带式干化机；3—碳化炉；4—冷却器；5—一级旋风分离器；6—二级旋风分离器；7—除雾器；8—吸收塔；9—沉淀池；10—过滤器；11—换热器；12—碳化储料仓；13—环境空气；14—污泥料仓；15—增汽机；16—整流器；17—传送皮带；18—带式干化机污泥入口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述，应当理解，此处所描述的内容仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的技术方案，不受水处理厂性质的限制。

本发明的技术方案，不受淤泥成分及含水量的限制。

本发明的技术方案，不受淤泥处理量的的限制。

一种污泥热干化及碳化节能系统，其中包括高温气源单元、污泥热干化单元、污泥碳化单元、气体净化单元、增汽机单元；其特征在于，含水污泥顺序经过污泥热干化单元及污泥碳化单元进行热干化及碳化处理；高温气源单元通过管路连接污泥热干化单元，提供高温加热气体用于污泥热干化；污泥热干化单元排出气体至气体净化单元进行净化处理；增汽机单元工作气体入口连接高温气源单元，抽吸气体入口连接气体净化单元，引射经气体净化单元处理后的气体，回收气体余热；增汽机单元混合后排气接入污泥碳化单元用于进一步加热干化污泥。污泥碳化单元排出碳化后污泥进入污泥冷却单元进行冷却处理，冷却处理后输送进入碳化储料仓。

污泥碳化单元气体输出管连接至高温气源单元，污泥碳化过程中的干馏气体和换热后的烟气一起排出，进入高温气源单元进行燃烧，提供补充燃料。

冷空气经过两级预热升温进入高温气源单元助燃；先进入换热器，换热器连接沉淀池，利用沉淀池中的热水作为热源，通过换热器将空气进行初步预热；经过换热器初步预热后，进入污泥冷却单元用于冷却碳化反应后的高温污泥，同时空气的温度进一步预热升高。经过两级预热升温的热空气和由污泥碳化单元排出的干馏气体混合后进入高温气源单元助燃。

净化单元包括旋风分离器、除雾器、吸收塔和沉淀池；污泥热干化单元所产生输出的蒸汽、烟气顺序流过旋风分离器、除雾器、吸收塔，分离去除其中的固相、液相成份，并通过管路输入沉淀池。旋风分离器包括两级，一级旋风分离器和二级旋风分离器；沉淀池内通过加药沉淀，分离后形成上层液体及下层沉淀物。

实施例：

如图1所示，污泥料仓14中储存有含水污泥，通过污泥输送管连接至带式干化机2。带式干化机2内部设置有传送皮带17，顶部安装有若干整流器16，整流器16连接高温气源输送管，对输入的高温气流进行整流均布。

污泥料仓14内的污泥输送进入带式干化机2，均匀平铺在传送皮带17上，带式干化机入口装有可转动的挡板，通过调整挡板开度来控制污泥的平铺厚度。通过调整带式干化机2的变频电机，改变传送皮带17运行速度，控制污泥的热干化时间。

带式干化机2内的污泥被从锅炉1产生的高温烟气加热干化。高温烟气通过设置在带式干化机2顶部的整流器进入均布，以保证传送皮带17顶部流场和温度场的均匀。平铺在传送皮带17上的含水污泥与高温烟气接触换热后，水分被加热蒸发，干化脱水后的污泥继续输送进入下游设备碳化炉3。

带式干化机2的气体输出管连接至净化系统进行除尘、除雾、除臭处理。净化系统包括两级旋风分离器、除雾器、吸收塔和沉淀池。干化过程中产生的蒸汽、烟气顺序流过两级旋风分离器、除雾器、吸收塔，分离去除其中的固相、液相成份，通过管路输入沉淀池。

首先，干化产生的蒸汽与换热降温后的烟气一起，沿带式干化机2底部的通道流出，进入一级旋风分离器5和二级旋风分离器6。在旋风分离器5和6中，烟气中携带的固体颗粒物被捕捉，同时部分蒸汽液滴在旋流过程中与固体壁面发生碰撞，液滴粒径不断凝结增大，和固体颗粒物一同输出进入沉淀池9。固体颗粒物在沉淀池9内通过加药沉淀，分离为上层液体及下层固体。

经过两级旋风分离器后，未完全冷凝的蒸汽与烟气一起从二级旋风分离器6顶部的排气管，进入除雾器7，除雾器7中使烟气中的蒸汽进一步凝结。凝结水输出进入沉淀池9。去除固相、液相成份后的烟气从除雾器7排出进入吸收塔8，进行除臭处理。

干化脱水后的污泥进入下游设备碳化炉3中进行干法碳化处理。

增汽机15采用气-气式喷射式热泵，其工作气体入口连接高温烟气管，接入锅炉1产生的高温烟气，抽吸气体入口连接低温烟气管，接入由吸收塔8处理排出的低温烟气。

锅炉1产生的高温烟气为增汽机15的工作气体，引射吸收塔8产生的烟气，为烟气在带式干化机2、一级旋风分离器5、二级旋风分离器6、除雾器7、吸收塔8中流动提供动力。整个系统中无需设置额外风机设备，降低了电能消耗。

增汽机15排气口管路连接碳化炉3。

增汽机15混合后的烟气，输出进入碳化炉3，用于进一步加热干化污泥。干化污泥在低氧状态下进行热分解，产生由大量碳氢化合物组成的干馏气体。碳化炉3的气体输出管连接至锅炉1，所产生干馏气体和换热后的烟气一起从碳化炉3排出，进入锅炉1中进行有氧燃烧，作为补充燃料。

碳化反应后的污泥经碳化炉3排出进入下游设备冷却器4进行冷却处理，冷却处理后输送进入碳化储料仓12。

外界环境空气通过空气输送管进入锅炉1，在进入锅炉前经过两级预热升温。

外界环境空气先通入换热器11，换热器11通过循环水管连接沉淀池9，利用沉淀池9顶层的热水作为热源，通过换热器11将空气13进行预热。

换热器11在热水入口管侧装有过滤器10，过滤热水中携带的杂质成份，避免换热管内发生沉积堵塞。

空气13经过换热器11初步预热后，进入冷却器4用于冷却碳化反应后的高温污泥，同时空气的温度进一步升高。经过两级预热升温的热空气最终和碳化炉3排出的干馏气体混合后进入锅炉1。

增汽机不限于一台，可以采用多级串联的形式，采用高温烟气作为工作气体，第一级增汽机出口的排气作为第二级增汽级的低压气源，使出口排气的压力和温度呈阶梯升高。另外，可根据工况需要设置由多台增汽机并联运行来作为首级增汽机或次级增汽机。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的解释，并不用于限制本发明，尽管对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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)

1.一种污泥热干化及碳化节能系统，其中包括高温气源单元、污泥热干化单元、污泥碳化单元、气体净化单元、增汽机单元；其特征在于，含水污泥顺序经过污泥热干化单元及污泥碳化单元进行热干化及碳化处理；高温气源单元管路连接污泥热干化单元，提供高温加热气体用于污泥热干化；污泥热干化单元排出气体至气体净化单元进行净化处理；增汽机单元工作气体入口连接至高温气源单元，抽吸气体入口连接至气体净化单元，引射经气体净化单元处理后的气体，回收气体余热；增汽机单元混合后排气接入污泥碳化单元用于进一步加热碳化污泥。

2.根据权利要求1所述的一种污泥热干化及碳化节能系统，其特征在于，净化单元包括旋风分离器、除雾器、吸收塔和沉淀池；污泥热干化单元中产生的蒸汽、烟气顺序流过旋风分离器、除雾器、吸收塔，分离去除其中的固相、液相成份，并通过管路输入沉淀池。

3.根据权利要求1所述的一种污泥热干化及碳化节能系统，其特征在于，污泥碳化单元气体输出管连接至高温气源单元，污泥碳化过程中产生的干馏气体和换热后的烟气一起排出，进入高温气源单元进行燃烧，提供补充燃料。

4.根据权利要求2所述的一种污泥热干化及碳化节能系统，其特征在于，还包括污泥冷却单元，污泥碳化单元排出碳化后污泥进入污泥冷却单元进行冷却处理，冷却处理后输送进入碳化储料仓。

5.根据权利要求2所述的一种污泥热干化及碳化节能系统，其特征在于，旋风分离器包括两级，一级旋风分离器和二级旋风分离器；沉淀池内通过加药沉淀，分离形成上层液体及下层沉淀物。

6.根据权利要求4所述的一种污泥热干化及碳化节能系统，其特征在于，冷空气经过两级预热升温进入高温气源单元；先进入换热器，换热器连接沉淀池，利用沉淀池中的热水作为热源，通过换热器将空气进行初步预热；经过换热器初步预热后，进入污泥冷却单元用于冷却碳化反应后的高温污泥，同时空气的温度进一步预热升高。

7.根据权利要求6所述的一种污泥热干化及碳化节能系统，其特征在于，经过两级预热升温的热空气和由污泥碳化单元排出的干馏气体混合后进入高温气源单元助燃。

8.根据权利要求1所述的一种污泥热干化及碳化节能系统，其特征在于，增汽机单元采用气-气式喷射式热泵。

9.根据权利要求8所述的一种污泥热干化及碳化节能系统，其特征在于，设置多台增汽机，采用多级串联的形式，采用高温烟气作为工作气体，第一级增汽机出口的排气作为第二级增汽级的低压气源，使出口排气的压力和温度呈阶梯升高。

10.根据权利要求9所述的一种污泥热干化及碳化节能系统，其特征在于，设置由多台增汽机并联运行来作为首级增汽机或次级增汽机。