CN110526543A - 一种适用于污泥耦合燃煤焚烧处置的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于污泥耦合燃煤焚烧处置的系统及方法。所述系统包括水热单元、冷却单元、脱水单元、干化单元、焚烧单元、水处理单元；所述水热单元的污泥出口连接冷却单元，冷却单元的污泥出口连接脱水单元，脱水单元的污泥出口连接干化单元，脱水单元的滤液出口连接水处理单元，干化单元的污泥出口连接焚烧单元。本发明通过将水热处理技术与燃煤火电机组耦合，既快速彻底的实现了污泥的最终处置，又实现了污泥的能源化，降低了电厂的燃煤消耗，这对破解污泥治理难题以及改善能源结构都将发挥重要作用。

Description

一种适用于污泥耦合燃煤焚烧处置的系统及方法

技术领域

本发明涉及污泥处理处置技术领域，尤其涉及一种适用于污泥耦合燃煤焚烧处置的系统及方法。

背景技术

作为水处理的衍生品，近年来污泥产量不断上升。我国每年产生3000万吨～4000万吨含水率在80％左右的市政污泥。预计到2020年，我国的市政污泥产量将达到6000万吨～9000万吨。与污泥产量连年递增趋势相背的是我国污泥处置率偏低，大量污泥未能得到安全合理的处置，直接给水体、土壤和大气带来二次污染，对生态环境构成严重威胁。此外，污泥直接排放也造成了资源的极大浪费。如此多的污泥如何快速、经济、有效的处理是一个急需解决的难题。

水热处理技术是一种较为先进的处理技术，通过高温高压饱和蒸汽作用使污泥中的有机物水解，破坏污泥的胶体结构，可以同时改善脱水性能和厌氧消化性能。然而，水热解技术仅仅只能对污泥进行预处理，未能实现污泥的最终处置。焚烧技术是一种高温热处理技术，利用高温氧化污泥中的有机物，使污泥成为少量残渣，是一种可同时实现污泥减量化、资源化和无害化的最终处置技术。

湿污泥因热值低，需干化处理后才可以进行焚烧，且自建焚烧系统处理成本过高。2017年11月27日，国家能源局环境保护部发文鼓励开展燃煤耦合污泥发电技改项目。因此，依托燃煤火电机组将污泥水热处理技术与焚烧处置技术相结合，取长补短，可实现污泥高效的处理处置，具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种依托现有燃煤火电机组的污泥耦合燃煤焚烧处置系统，为日益增加的污泥处理处置提供一种既可以实现污泥快速彻底处置，又可以实现污泥能源化的系统。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种适用于污泥耦合燃煤焚烧处置的系统，包括沿污泥输送方向依次连接的水热单元、冷却单元、脱水单元、干化单元、焚烧单元。

进一步的，所述水热单元包括依次连接的包括均质反应釜、浆化反应釜、水热反应釜、一级闪蒸反应釜、二级闪蒸反应釜、三级闪蒸反应釜。

进一步的，所述水热反应釜的蒸汽进口连接电厂蒸汽乏汽。

进一步的，所述一级闪蒸反应釜、二级闪蒸反应釜、三级闪蒸反应釜的蒸汽出口分别连接水热反应釜、浆化反应釜、均质反应釜。

进一步的，所述干化单元包括带式干化机，所述带式干化机的蒸汽进口连接电厂蒸汽乏汽。

进一步的，所述焚烧单元为电厂燃煤锅炉系统。

进一步的，还包括水处理单元，所述水处理单元包括厌氧消化单元和消化液处理单元，脱水单元的滤液出口连接厌氧消化单元，厌氧消化单元的消化液出口连接消化液处理单元。

进一步的，所述厌氧消化单元的消化液出口连接均质反应釜，沼气出口连接焚烧单元。

一种适用于污泥耦合燃煤焚烧处置的方法，包括如下步骤：

步骤1：对污泥进行水热处理；

步骤2：对热处理后的污泥进行冷却处理；

步骤3：对冷却处理后的污泥进行脱水处理；

步骤4：对脱水处理产生的污泥进行干化处理；

步骤5：对经干化处理的污泥进行焚烧处理。

进一步的，步骤1中水热处理的步骤包括：

步骤1.1：污泥在均质反应釜内，与由三级闪蒸反应釜产生的三级闪蒸汽进行混合、预热，加热至40±5℃；

步骤1.2：均质污泥进入浆化反应釜，与由二级闪蒸反应釜产生的二闪蒸汽进行混合、预热，加热至80±3℃；

步骤1.3：浆化污泥进入水热反应釜，被一级闪蒸反应釜产生的一闪蒸汽及电厂饱和蒸汽混合加热至180±3℃；

步骤1.4：反应完毕的水热污泥排放至一级闪蒸反应釜，初步降温降压，所产生的一闪蒸汽回用到刚进泥的水热反应釜；一闪污泥排放至二级闪蒸反应釜，进一步降温降压，所得的二闪蒸汽返回至浆化反应釜循环利用；二闪污泥排放至三级闪蒸反应釜，再进一步降温降压，所得的三闪蒸汽返回至均质反应釜对污泥进行预热。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)利用燃煤火电机组将水热处理技术与焚烧处置技术耦合，既发挥了两种技术优势，又弥补了两种技术劣势。本系统中蒸汽、锅炉以及水、气等都可由电厂原有设备提供。

2)本系统水热单元和干化单元利用的是电厂做功后的低品位蒸汽作为热源，同时可提高火电机组的热电比，有利于降低污泥处理成本。

3)在水热单元，通过设置多级闪蒸反应釜，梯级利用不同品位的蒸汽热能，并且水热反应釜中电厂蒸汽只需将污泥从120℃升温至180℃左右，充分降低了系统蒸汽源消耗，明显降低能耗。

4)污泥经过水热解处理后，污泥被破壁，脱水性能大大提高，一方面使得泥饼含水率可降至更低，另一方面还能减少干化单元的电厂蒸汽消耗。此外，污泥经过水热解处理后厌氧消化性能得到明显改善，有利于后续厌氧消化处理，增加沼气产量，从而降低电厂燃煤消耗和烟尘排放。

5)脱水泥饼输送至电厂锅炉焚烧，既使污泥得到了妥善处置，防止了环境污染，又实现了污泥能源化，减少了电厂燃煤的消耗。此外，厌氧消化产生的沼气输送至电厂锅炉焚烧进一步降低了电厂燃煤的消耗，节约了非再生能源。

6)系统产生的臭气可通过管道收集后输送至电厂送风机入口，利用电厂锅炉进行焚烧，并且可以充分利用电厂烟气处理装置对焚烧废气进行处理。一方面避免了系统臭气外溢导致的环境污染，另一方面也降低了污泥的处置成本。

附图说明

图1为本发明一种适用于污泥耦合燃煤焚烧处置的系统及方法流程图。

附图标记：1为接收及储存单元、11为湿污泥仓、12为湿泥输送设备、2为水热单元、21为均质反应釜、22为浆化反应釜、23为水热供料泵、24为水热反应釜、25一级闪蒸反应釜、26为二级闪蒸反应釜、27为三级闪蒸反应釜、28为冷却供料泵、3为循环冷却单元、31为套管换热器、32为冷却塔、33为热泥缓冲池、4为脱水单元、41为板框压滤机、42为滤饼输送设备、43为厌氧供料泵、5为干化单元、51为带式干化机、52为干泥输送设备、53为干污泥仓、6为厌氧消化单元、7为焚烧单元、8为消化液处理单元。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明实施作进一步详细说明。

实施例中公开一种适用于污泥耦合燃煤焚烧处置的系统(以下简称该系统)，用于对污泥进行水热处理，如图1所示，该系统主要包括接收及储存单元1、水热单元2、循环冷却单元3、脱水单元4、干化单元5、厌氧消化单元6、焚烧单元7、消化液处理单元8。

所述接收及储存单元1主要包括湿污泥仓11和湿泥输送设备12。外运湿污泥存储于湿污泥仓11。湿污泥通过设置在湿污泥仓11仓底的湿泥输送设备12输送至水热单元2。

所述水热单元2主要包括均质反应釜21、浆化反应釜22、水热供料泵23、水热反应釜24、一级闪蒸反应釜25、二级闪蒸反应釜26、三级闪蒸反应釜27、冷却供料泵28。上述设备均采用现有常规设备。

污泥通过湿泥输送设备12进入均质反应釜21，在均质反应釜21内，与由三级闪蒸反应釜27产生的三级闪蒸汽进行混合、预热，加热至约40℃。当污泥含水率低于75％时，回流适量厌氧消化单元6产生的消化液将污泥稀释至含水率85％左右。均质反应釜21内设有搅拌器，在蒸汽预热的同时进行机械协同搅拌，主要用于去除污泥中长纤维类杂质，搅拌器需定期进行清理。

之后均质污泥通过均质反应釜21自身的压力溢流至浆化反应釜22，均质污泥与由二级闪蒸反应釜26产生的二闪蒸汽进行混合、预热，加热至约80℃。在蒸汽预热的同时进行机械协同搅拌，以提高浆化效率和二闪蒸汽吸收利用率。

浆化污泥通过水热供料泵23进入水热反应釜24进行水热改性处理。在水热反应釜24内，被一级闪蒸反应釜25产生的一闪蒸汽及电厂饱和蒸汽混合加热至约180℃，并维持约30min的反应时间。水热反应使微生物细胞在内外压力差的作用下破裂，释放出胞内物质和结合水，并且大分子有机物发生水解，转化成易于生物降解的小分子有机物，脱水性能和厌氧消化性能都得到明显改善。

反应完毕的水热污泥排放至一级闪蒸反应釜25，初步降温降压，所产生的一闪蒸汽回用到刚进泥的水热反应釜24。一闪污泥排放至二级闪蒸反应釜26，进一步降温降压，所得的二闪蒸汽返回至浆化反应釜22循环利用。二闪污泥排放至三级闪蒸反应釜27，再进一步降温降压，所得的三闪蒸汽返回至均质反应釜21对污泥进行预热。其中的闪蒸作用不仅降低了能耗，还强化了微生物细胞破壁和水解的效果。三闪污泥通过冷却供料泵28输送至循环冷却单元3。

所述循环冷却单元3主要包括套管换热器31、冷却塔32、热泥缓冲池33和脱水供料泵34。三闪污泥经冷却供料泵28输送至套管换热器31，经冷却降温后进入热泥缓冲池33，以备后续脱水单元4使用。经冷却降温后的污泥通过脱水供料泵34输送至脱水单元4。在此过程中，冷却塔32对套管换热器31进行上水，套管换热器31中产生的循环水又回流至冷却塔32，以实现循环冷却。

所述脱水单元4主要包括板框压滤机41、滤饼输送设备42、厌氧供料泵43。板框压滤机41接收脱水供料泵34输送的污泥，可通过PLC对压滤机的拉板、压紧、进料、二次压榨、拉板卸料、冲洗的步骤进行自动控制，实现无人值守。水热预处理后，污泥中大部分有机物被液化，脱水性能得到明显改善，经过板框压滤机41压滤后的脱水滤饼含水率约45％左右，之后滤饼通过滤饼输送设备42输送至干化单元5。同时，脱水滤液通过厌氧供料泵43输送至厌氧消化单元6。

所述干化单元5主要包括带式干化机51、干泥输送设备52和干污泥仓53。带式干化机51利用电厂饱和蒸汽对滤饼进行热干化，干化后的干污泥通过干泥输送设备52输送至干污泥仓53储存。

所述厌氧消化单元6产生的消化液大部分输送至消化液处理单元8处理达标后排放，小部分消化液回流至均质反应釜21用于污泥稀释。消化液处理单元8为常规的对消化液进行处理的设备，使消化液中COD、氨氮等浓度降低。

所述焚烧单元7为电厂锅炉系统。干化单元5产生的干污泥和厌氧消化单元6产生的沼气分别通过输送设备和管道输送至电厂锅炉进行焚烧。其中的输送设备可选用皮带输送机、螺旋输送机等。进一步的，还可利用电厂烟气处理装置对焚烧废气进行处理，以减少对大气污染。

从上述提供的技术方案可以看出，本发明提供的系统技术新颖，将水热处理技术与焚烧处置技术进行耦合相互取长补短，既实现了污泥的能源化处理处置，避免了环境污染，又改善了燃煤电厂燃料的灵活性，降低了电厂耗煤量，是一种可再生能源发电技术。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权力要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种适用于污泥耦合燃煤焚烧处置的系统，其特征在于，包括沿污泥输送方向依次连接的水热单元、冷却单元、脱水单元、干化单元、焚烧单元。

2.根据权利要求1所述的一种适用于污泥耦合燃煤焚烧处置的系统，其特征在于，所述水热单元包括依次连接的包括均质反应釜、浆化反应釜、水热反应釜、一级闪蒸反应釜、二级闪蒸反应釜、三级闪蒸反应釜。

3.根据权利要求2所述的一种适用于污泥耦合燃煤焚烧处置的系统，其特征在于，所述水热反应釜的蒸汽进口连接电厂蒸汽乏汽。

4.根据权利要求2所述的一种适用于污泥耦合燃煤焚烧处置的系统，其特征在于，所述一级闪蒸反应釜、二级闪蒸反应釜、三级闪蒸反应釜的蒸汽出口分别连接水热反应釜、浆化反应釜、均质反应釜。

5.根据权利要求1所述的一种适用于污泥耦合燃煤焚烧处置的系统，其特征在于，所述干化单元包括带式干化机，所述带式干化机的蒸汽进口连接电厂蒸汽乏汽。

6.根据权利要求1所述的一种污泥耦合燃煤焚烧处置系统，其特征在于，所述焚烧单元为电厂燃煤锅炉系统。

7.根据权利要求1所述的一种适用于污泥耦合燃煤焚烧处置的系统，其特征在于，还包括水处理单元，所述水处理单元包括厌氧消化单元和消化液处理单元，脱水单元的滤液出口连接厌氧消化单元，厌氧消化单元的消化液出口连接消化液处理单元。

8.根据权利要求7所述的一种适用于污泥耦合燃煤焚烧处置的系统，其特征在于，所述厌氧消化单元的消化液出口连接均质反应釜，沼气出口连接焚烧单元。

9.一种适用于污泥耦合燃煤焚烧处置的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：对污泥进行水热处理；

步骤2：对热处理后的污泥进行冷却处理；

步骤3：对冷却处理后的污泥进行脱水处理；

步骤4：对脱水处理产生的污泥进行干化处理；

步骤5：对经干化处理的污泥进行焚烧处理。

10.根据权利要求9所述的一种适用于污泥耦合燃煤焚烧处置的方法，其特征在于，步骤1中水热处理的步骤包括：

步骤1.1：污泥在均质反应釜内，与由三级闪蒸反应釜产生的三级闪蒸汽进行混合、预热，加热至40±5℃；

步骤1.2：均质污泥进入浆化反应釜，与由二级闪蒸反应釜产生的二闪蒸汽进行混合、预热，加热至80±3℃；

步骤1.3：浆化污泥进入水热反应釜，被一级闪蒸反应釜产生的一闪蒸汽及电厂饱和蒸汽混合加热至180±3℃；

步骤1.4：反应完毕的水热污泥排放至一级闪蒸反应釜，初步降温降压，所产生的一闪蒸汽回用到刚进泥的水热反应釜；一闪污泥排放至二级闪蒸反应釜，进一步降温降压，所得的二闪蒸汽返回至浆化反应釜循环利用；二闪污泥排放至三级闪蒸反应釜，再进一步降温降压，所得的三闪蒸汽返回至均质反应釜对污泥进行预热。