CN110902999A - 一种不添加燃料的市政污泥脱水、干化、焚烧处置工艺 - Google Patents

Abstract

一种不添加燃料的市政污泥脱水、干化、焚烧处置工艺，原始污泥加入钙基碱性物和絮凝剂后送入脱水机脱水，得65~70%含水率的半干泥；将半干泥送入干燥机，利用焚烧干泥获得的热量蒸发掉水份，得含水量为10~15%的干泥；将干泥送入汽化‑焚烧一体流化床炉内焚烧；将焚烧炉内排出的热烟气配风后送入到干燥机内进行半干泥的干燥；将干燥机排出的废烟气进行气固分离，洗涤净化后外排；将废烟气的余热用于生产区域内的采暖；将脱水压滤机脱出的污水净化后用于脱水机的冲洗；将焚烧后的污泥灰碴用于制造建筑材料。本发明实现了污泥脱水、干化、焚烧一体化；废水、废碴、废气综合利用，烟气达标排放，无废水、废渣外排的节能环保型生产工艺。

Description

一种不添加燃料的市政污泥脱水、干化、焚烧处置工艺

技术领域

本发明涉及工艺处理流程和机械领域；尤其涉及市政污泥综合处置的工艺。

背景技术

污泥是污水处理过程所产生的固态、半固态的产物，含有大量的有机物、重金属以及致病菌和病原菌等，如果任意排放，会造成严重的环境污染。

在现有的污泥处理的技术中，主要采用的工艺方法有：污泥填埋、直接焚烧、堆肥农用、厌氧消化、污泥干化-焚烧处理等方法。

污泥填埋始于20世纪60年代，其优点是处理方法简单方便，成本较低。但脱水污泥直接填埋则对环境造成影响。填埋过程中污染物质仍然存在，容易造成二次污染，填埋占用大量土地面积和大量的运输费用；

直接焚烧具有减容、减重率高，处理速度快，无害化处理较彻底，余热可用于发电或供热等优点。焚烧的主要目的是尽可能地焚烧废物，使被焚烧的物质无害化和最大限度的减容，并尽量减少新的污染物产生，避免造成二次污染。但入炉污泥和辅助燃料的平均热值大于7000 kJ/kg时，才能保证燃烧过程的稳定和实现完全燃烧。对于污水污泥含水量大，热值较低污泥，必须添加辅助燃料才能进行焚烧处理。

污泥中含有丰富的有机物和N、P、K等营养元素以及植物生长必需的各种微量元素，通过堆肥处理将污泥中的有机物进行生物化学降解作用，使之转化为稳定的腐殖质，施用于农田能够改良土壤结构，增加土地肥力，促进农作物生长；但存在病原菌扩散和POPs、重金属污染的危险，为此各国政府先后颁布了农用污泥重金属标准和严格的无害化要求，并对单位面积土地污泥的应用量有严格的限制。若长期将脱水污泥用于农业堆肥，有可能会因为有害物质诸如重金属、呋喃等的积累而影响人类的健康。

污泥厌氧消化处理是在厌氧微生物的分解作用下，使污泥中的有机物分解并趋于稳定。分解过程中可分为产酸和产气两个阶段，在反应中放出能量，并产生甲烷气体。

但污泥厌氧消化工艺操作比较复杂，设备故障率高产生沼气量小，污泥厌氧消化关键设备精密度高，自控和维修复杂昂贵，运行难度大。

污泥干化焚烧工艺是指先利用热源加热脱水污泥，进一步去除污泥中的水分，然后将降低含水率后的污泥投入焚烧炉中，直接将有机物燃烧成CO2、NO和无机物等，实现其减量化及能量有效利用的工艺。

但现有的污泥干化焚烧技术存在干化后的污泥热值与干化热量不平衡、仍需添加辅助燃料弥补干污泥干化热量；污泥处理所产生的三废综合利用程度不高的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种不添加燃料的市政污泥脱水、干化、焚烧一体化处置工艺，工艺路线巧妙合理，不需添加燃料，充分利用污泥处理过程中热量保证处置所需全部热能，处置工艺中的废气、废水、废渣综合利用，有效解决了污泥处理过程中热量欠缺、三废利用程度不高的问题，实现节能环保的目的。本发明的另一目的是提供一种不添加燃料的市政污泥脱水、干化、焚烧一体化处置系统，系统紧凑，无需辅助燃料自持燃烧，处理效果佳。

本发明为解决上述问题所采用的技术方案是：一种不添加燃料的市政污泥脱水、干化、焚烧处置工艺，

S1污泥脱水：在原始污泥入加入钙基碱性物和絮凝剂，脱水获得65~70%含水率的半干泥；

S2污泥干化：利用焚烧干泥的热量对半干泥进行干化，获得的含水率在10~15%的干泥；

S3污泥焚烧：利用污泥自身含有的热值焚烧处理，对干泥进行干燥，

所述处置工艺中产生的废水、废碴、废气综合利用，烟气达标排放，无废水、废渣外排。

所述S1污泥脱水步骤中，污泥脱水步骤前利用储仓存储原始污泥，将储仓内的原始污泥利用容积泵送入到混料器内，同时加入原始污泥2.0-4.5%重量百分比的钙基碱性物和2.5－5.2%重量百分比的絮凝剂，充分混合后送入污泥脱水工序环节。

所述S1污泥脱水步骤中，控制混料均匀程度和混料时间；定时冲洗，清洗滤带上的残留污泥；获得的半干污泥从滤带上剥离下来输送到干化工序环节中。

所述S2污泥干化步骤中，脱水后的半干污泥造粒后送入带式干燥机内进行干燥，干燥的热源来自于焚烧干燥后的干泥，焚烧干泥产生的热烟气经配风降温到300-350℃后送入干燥机，半干泥干燥所需的热量与干污泥焚烧产生的热量通过控制半干污泥含水率进行匹配，不需要添加其它燃料。

所述S2污泥干化步骤中，干燥风采用分层穿流方式将热风穿透待干燥物料层，根据干燥机物料层网带的运行速度，控制干燥物的厚度与干燥物料在干燥机内的停留时间。

所述S2污泥干化步骤中，根据干燥物料量的大小，调节烟气引风机风量控制干燥机内各层网带所需要的温度，通过控制配风量的大小，对干燥机入口烟气温度进行控制。

所述S3污泥焚烧步骤中，将干燥后的干泥送入存储，根据干燥机中的热量需求，将存储的干泥定量送入一体流化床炉内焚烧；通过调节一次风风量的大小控制炉体气化区的污泥气化温度；通过控制二次风风量的大小控制气体燃烧温度；通过干泥添加量、一次风风量和二次风风量三个方面的控制，控制焚烧炉输出的热量。

所述S3污泥焚烧步骤中，干泥首先在炉内气化，通过控制一次风的注入将污泥加热到600-700℃的温度，利用温度驱动污泥中的有机质热裂解和热化学转化反应，使污泥转化为热解气和焦炭等可燃物；

干污泥在气化后产生的气化气被燃烧并产生高温烟气为干燥机供热，通过控制二次风的注入量使气化气充分燃烧，气化气燃烧温度850-900℃，使反应过程中产生的二恶英完全分解；燃烧产生的热量经配风后作为干燥机干燥热源；高温烟气在排出炉体前还需进行高温净化，将烟气中的固体颗粒与烟气分离。

所述废水、废碴、废气综合利用，其中废烟气综合利用，将干燥机排出的的低温度烟气进行气固分离，将烟气中的余热用于生产区域内的供暖，经化学、物理的洗涤后达标排放；

经气固分离后的低温烟气通过散热装置引入生产区域，烟气中的余热经热辐射给生产区域冬季供暖，节省采暖能耗；

废气在外排前，经多级酸洗、碱洗及水洗，除去烟气中的氨、酸性气体及其它有害物质，烟气呈中性后达标排放。

所述废水、废碴、废气综合利用，其中废水综合利用，污泥脱水步骤中脱下的污泥含水，经一级物理沉淀调质后的清液作为脱水压滤机的冲洗水，沉淀后的底液经过两级厌氧等生化方式，处理达标后用作脱水压滤机的冲洗水和废烟气综合利用，净化达标排放的步骤中的烟气洗涤水；

一级物理沉淀采用斜管沉降方式，并根据废水中的PH值对废水进行在线实时调质；

经两级厌氧生化处理后的达标废水不外排，全部用作生产用水。

所述废水、废碴、废气综合利用，其中废渣综合利用将污泥焚烧步骤中高温气固分离下的固体灰渣综合利用，并制作成以灰渣为主要成分的免烧砖或免烧建筑板；将废烟气综合利用中，经废烟气气固分的固体颗粒物作为燃料返回到位于焚烧炉区域处的干泥存储容器内。

一种不添加燃料的市政污泥脱水、干化、焚烧处置系统，包括污泥脱水系统、污泥干化系统和污泥焚烧系统，

所述污泥脱水系统，原始污泥储仓经容积泵输送连接混料器，混料器经污泥给料器输送连接带式脱水压滤机，带式脱水压滤机经输送装置连接污泥干化装置；

所述污泥干化系统，污泥脱水系统的出料通过造粒机造粒进入带式干燥机，设置一台可调节供给风量大小的烟气引风机和控制配风量大小的配风装置，带式干燥机出料输送连通污泥焚烧系统；

所述污泥焚烧系统，干燥系统出料经输送送入存储容器，存储干污泥容器的出料端设有出料装置和炉体给料装置，炉体给料装置输送连通流化床一体炉；流化床一体炉本体为一纵向炉体，炉体内部自下向上分别设置密相区、稀相区和过渡区，炉体底部连通风室，炉体密相区与风室之间设置有布风板，风室外接一次风风管与一次风风机，密相区上部接有二次风风管和二次风风机。

本发明与现有技术相比，其效果是积极和明显的：

本发明利用在污泥干燥前，进行了机械初脱水，解决了污泥热值与干燥热量不平衡的问题，通过控制机械脱水半干泥的含水率与干污泥焚烧产生的热量相匹配，从根本上解决了现有技术上因污泥热值不足，添加辅助燃料的问题，降低了运行费用，是充分体现了节能环保的先进理念；同时，本发明在废物的综合利用上与现有技术相比，有明显的突破，对于外排的废气中的余热用作冬季的采暖热源，既节省了采暖的能耗，又减少了外排的水蒸汽；对于从污泥中脱下的经处理后的废水全部用作生产用水，既减少的污水的外排又解决了生产用水的来源；对于在干燥和焚烧中产生的固体废渣，全部进行了利用，并从中获得额外的经济效益。

附图说明：

图1是本发明处置系统示意图。

图中：1-汽化-焚烧一体流化床炉，2-带式干燥机，3-带式脱水压滤机，4-储仓，5-容积泵，6-钙基碱性物仓，7-造粒机，8-烟气引风机，9-配风装置，10-存储容器，11-一次风机，12-二次风机，13-变频出料装置，14-变频给料装置，15-高温气固分离器，16-分离器，17-洗涤塔，18-沉淀池，19-输送装置。

具体实施方式：

为更好的说明本发明，下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但本发明并不局限于具体实施例。

实施例1

不添加燃料的市政污泥脱水、干化、焚烧处置工艺与装置包括了原始污泥机械脱水，半干泥干化、干污泥焚烧及废气、废水、废渣的综合利用等步骤。其中所述的污泥脱水步骤中，按三个实验进行，分别加入原始污泥2.0%、3%、4.5%重量百分比的钙基碱性物和2.5%、3.5%、5.2%重量百分比的絮凝剂后送入一种带式脱水压滤机3脱水，分别获得65%、67%、70%含水率的半干泥，在所述的半干泥干燥步骤中将半干泥送入到一种带式干燥机2，利用焚烧干泥获得的热量蒸发掉半干泥中的水份，分别获得含水量为10%、12%、15%的干泥；在所述的干泥焚烧步骤中将干泥送入汽化-焚烧一体流化床炉1内焚烧；将焚烧炉内排出的热烟气配风后送入到干燥机2内进行半干泥的干燥；在所述的废气废水废渣的综合利用步骤中将干燥机排出的废烟气进行除尘，洗涤净化后外排；将废烟气的余热用于生产区域内的采暖；将脱水压滤机3脱出的污水净化后用于脱水压滤机滤带的冲洗；将焚烧后的污泥灰碴用于制造建筑材料。

进一步的，所述的污泥脱水步骤前利用储仓4存储原始污泥。

进一步的，所述的污泥脱水步骤中，将储仓内4的原始污泥利用容积泵5送入到一个污泥混料器内301，同时将钙基碱性物仓6内钙基碱性物与絮凝剂按比例定量送入同一混料器301，经充分混合后由污泥给料器302送入带式脱水压滤机3进行脱水。

进一步的，本发明还提供了一种实现污泥脱水的装置3，该装置由混料器301、污泥给料器302及带式脱水压滤机本体303组成。

所述的污泥混料器301外形为圆柱形，内分上、下两层并带有旋转的浆叶，实现上层粗混下层均混的混料目的，并通过浆叶的转速控制，实现混料均匀程度和混料时间的控制。

所述的在污泥给料机302位于混料器下方的带式脱水压滤机下料口处，根据原始污泥输入量与含水率，可以调节原始污泥在脱水压滤机上给料的宽度与厚度。

所述的带式脱水压滤机303由具有滤带纠偏器用于脱水压滤机运行中滤带的自动纠偏；滤带液压张紧装置用于调节滤带的压力值，具有定时冲洗喷头用于清洗滤带上的残留污泥；具有半干污泥的刮泥器用于将脱水后获得的半干污泥从滤带上剥离下来送入输送装置19。

进一步的，所述的半干污泥干燥步骤中，将脱水后的半干污泥通过一个特定的造粒机7将半干泥造粒后送入带式干燥机2内进行干燥。干燥的热源来自于焚烧干燥后的干污泥，焚烧干泥产生的热烟气经配风后由一台烟气引风机8送入干燥机2。半干泥干燥所需的热量与干污泥焚烧产生的热量通过控制半干污泥含水率进行匹配，不需要添加其它燃料。

进一步的，所述的半干污泥干燥步骤中，设置一台可调节干燥热风风量大小的变频烟气引风机8和控制配风量大小的配风装置9。根据干燥物料量的大小，调节烟气引风机8风量控制干燥机2内各层网带所需要的温度，通过配风装置9控制配风量的大小，对干燥机入口烟气温度进行控制。

进一步的，本发明还提供了一种集造粒、干燥、清扫等装置为一体的干燥机2。

所述的造粒机7下料部分为剪压型装置，能有效地剪断半干污泥中的毛发、塑料等杂物，下料流畅不堵塞；进一步的，造粒机设有布料装置，用于将半干污泥沿干燥机宽度方向均匀布料。

所述的干燥机本体2为多层往复式，各层根据温度控制供给的干燥风量，干燥机的底层设有清灰装置，将从网带上落下的物料与干燥污泥一并送至出料端，干燥机内无物料堆积；干燥风采用分层穿流方式将热风穿透待干燥物料层，干燥机各层网带的运行速度可调，可以通过调节网带的运行速度控制干燥物的厚度与干燥物料在干燥机2内的停留时间。

进一步的，所述的污泥焚烧步骤中，将干燥后的干泥送入存储容器10，视干燥机中的热量需求，将容器10中的干泥定量送入汽化-焚烧一体流化床炉1内焚烧；通过调节一次风机11风量的大小控制炉体气化区的污泥气化温度;通过控制二次风机12风量的大小控制气体燃烧温度。通过上述三个方面的控制，实现汽化-焚烧一体流化床炉1输出热量的控制。

在所述的污泥焚烧步骤中，由存储干污泥容器10的出料端的变频出料装置13和炉体变频给料装置14控制干泥的定量供给；

在所述的污泥焚烧步骤中，干泥首先在炉内气化，其特征在于该过程位于密相区101，通过控制一次风的注入量使气化过程在低于理论氧气量的条件下进行，将污泥加热到一定的温度，利用温度驱动污泥中的有机质热裂解和热化学转化反应，使污泥转化为热解气和焦炭等可燃物。

在所述的污泥焚烧步骤中，干污泥在气化后产生的气化气被燃烧并产生高温烟气实现为干燥机供热的目的，其特征在于该过程位于稀相区102，在此单元内，通过控制二次风的注入量使气化气在合理的过量空气条件下进行充分燃烧，燃烧产生的热量经配风后作为干燥机干燥热源。气化气燃烧温度高，使反应过程中产生的二恶英完全分解。

在所述污泥焚烧步骤中，高温烟气在排出炉体前还需进行高温净化，其特征在于该过程位于过渡段103，在炉体旁设有一套高温气固分离装置15，将烟气中的固体颗粒与烟气分离。

进一步的，本发明还提供了一种干污泥气化、气化气净化、气化气燃烧流化床一体炉1，所述的流化床一体炉为一纵向炉体，炉体内部自下向上分别设置密相区101、稀相区102、过渡段103，另有风室及水冷布风板、高温气固分离器15等。

密相区101的下方设为炉体产生流化风的布风板，布风板下方为风室，风室外接一次风风管与一次风风机11，密相区上部接有二次风风管和二次风风机12。

进一步的，所述的废烟气综合利用，净化达标排放的步骤中，将干燥机排出的的低温度烟气经气因分离器16进行气固分离，将烟气中的余热用于生产区域内的供暖，经洗涤塔17化学、物理的洗涤后达标排放。

在废烟气综合利用，净化达标排放的步骤中，经气固分离后的烟气通过散热装置引入生产区域，烟气中的余热经热辐射给生产区域冬季供暖，节省采暖能耗；，

在废烟气综合利用，净化达标排放的步骤中，在废气在外排前，经多级酸洗、碱洗及水洗，除去烟气中的氨、酸性气体及其它有害物质，烟气呈中性后达标排放。

进一步的，在废水综合利用，无外排废水的步骤中，在污泥脱水步骤中脱下的污泥含水，经一级物理沉淀池18调质后的清液作为带式脱水压滤机的冲洗水，沉淀后的底液经过两级厌氧池20等生化方式，处理达标后用作带式脱水压滤机3的冲洗水和烟气净化达标排放的步骤中的烟气洗涤水。

进一步的，在废渣综合利用，无外排废渣的步骤中，将所述的污泥焚烧步骤中的汽化-焚烧一体流化床炉高温气固分离装置15分离下的固体灰渣综合利用，并制作成以灰渣为主要成分的免烧砖或免烧建筑板；废烟气综合利用，净化达标排放的步骤中，经废烟气气固分离器16分离的固体颗粒物作为燃料返回到位于焚烧炉区域处的干泥存储容器内10。

Claims (12)

1.一种不添加燃料的市政污泥脱水、干化、焚烧处置工艺，其特征在于，

S1污泥脱水：在原始污泥入加入钙基碱性物和絮凝剂，脱水获得65~70%含水率的半干泥；

S2污泥干化：利用焚烧干泥的热量对半干泥进行干化，获得的含水率在10~15%的干泥；

S3污泥焚烧：利用污泥自身含有的热值焚烧处理，对干泥进行干燥。

2.根据权利要求1所述的一种不添加燃料的市政污泥脱水、干化、焚烧处置工艺，其特征在于，处置工艺中产生的废水、废碴、废气综合利用，烟气达标排放，无废水、废渣外排。

3.根据权利要求1所述的一种不添加燃料的市政污泥脱水、干化、焚烧处置工艺，其特征在于，所述S1污泥脱水步骤中，污泥脱水步骤前利用储仓存储原始污泥，将储仓内的原始污泥利用容积泵送入到混料器内，同时加入原始污泥2.0-4.5%重量百分比的钙基碱性物和2.5－5.2%重量百分比的絮凝剂，充分混合后送入污泥脱水工序环节。

4.根据权利要求1所述的一种不添加燃料的市政污泥脱水、干化、焚烧处置工艺，其特征在于，所述S1污泥脱水步骤中，控制混料均匀程度和混料时间；定时冲洗，清洗滤带上的残留污泥；获得的半干污泥从滤带上剥离下来输送到干化工序环节中。

5.如权利要求1所述的污泥脱水、干化、焚烧一体化，废气、废水、废渣综合利用的处置工艺，其特征在于：所述S2污泥干化步骤中，脱水后的半干泥造粒后送入带式干燥机内进行干燥，干燥的热源来自于焚烧干燥后的干泥，焚烧干泥产生的热烟气经配风降温到300-350℃后送入干燥机，半干泥干燥所需的热量与干污泥焚烧产生的热量通过控制半干污泥含水率进行匹配，不需要添加其它燃料。

6.如权利要求1所述的污泥脱水、干化、焚烧一体化，废气、废水、废渣综合利用的处置工艺，其特征在于：所述S2污泥干化步骤中，干燥风采用分层穿流方式将热风穿透待干燥物料层，调节干燥机物料层网带的运行速度，控制干燥物的厚度与干燥物料在干燥机内的停留时间达到最佳干燥效果。

7.如权利要求1所述的污泥脱水、干化、焚烧一体化，废气、废水、废渣综合利用的处置工艺，其特征在于：所述S2污泥干化步骤中，在半干污泥干燥步骤中，根据干燥物料量的大小，调节烟气引风机风量控制干燥机内各层网带所需要的温度，通过控制配风量的大小，对干燥机入口烟气温度进行控制。

8.如权利要求1所述的污泥脱水、干化、焚烧一体化，废气、废水、废渣综合利用的处置工艺，其特征在于：所述S3污泥焚烧步骤中，将干燥后的干泥送入存储，根据干燥机中的热量需求，将存储的干泥定量送入汽化-焚烧一体流化床炉内焚烧；通过调节一次风风量的大小控制炉体气化区的污泥气化温度；通过控制二次风风量的大小控制气体燃烧温度；通过干泥添加量、一次风风量和二次风风量三个方面的控制，控制焚烧炉输出的热量。

9.如权利要求1所述的污泥脱水、干化、焚烧一体化，废气、废水、废渣综合利用的处置工艺，其特征在于：所述S3污泥焚烧步骤中，干泥首先在炉内气化，通过控制一次风的注入将污泥加热到600-700℃的温度，利用温度驱动污泥中的有机质热裂解和热化学转化反应，使污泥转化为热解气和焦炭等可燃物；

干污泥在气化后产生的气化气被燃烧并产生高温烟气为干燥机供热，通过控制二次风的注入量使气化气充分燃烧，气化气燃烧温度850-900℃，使反应过程中产生的二恶英完全分解；燃烧产生的热量经配风后作为干燥机干燥热源；高温烟气在排出炉体前还需进行高温净化，将烟气中的固体颗粒与烟气分离。

10.如权利要求2所述的污泥脱水、干化、焚烧一体化，废气、废水、废渣综合利用的处置工艺，其特征在于：所述废水、废碴、废气综合利用，其中废烟气综合利用，将干燥机排出的的低温度烟气进行气固分离，将烟气中的余热用于生产区域内的供暖，经化学、物理的洗涤后达标排放；

经气固分离后的低温烟气通过散热装置引入生产区域，烟气中的余热经热辐射给生产区域冬季供暖，节省采暖能耗；

废气在外排前，经多级酸洗、碱洗及水洗，除去烟气中的氨、酸性气体及其它有害物质，烟气呈中性后达标排放。

11.如权利要求2所述的污泥脱水、干化、焚烧一体化，废气、废水、废渣综合利用的处置工艺，其特征在于：所述废水、废碴、废气综合利用，其中废水综合利用，污泥脱水步骤中脱下的污泥含水，经一级物理沉淀调质后的清液作为脱水压滤机的冲洗水，沉淀后的底液经过两级厌氧等生化方式，处理达标后用作脱水压滤机的冲洗水和废烟气综合利用，净化达标排放的步骤中的烟气洗涤水；

一级物理沉淀采用斜管沉降方式，并根据废水中的PH值对废水进行在线实时调质；

经两级厌氧生化处理后的达标废水不外排，全部用作生产用水。

12.如权利要求2所述的污泥脱水、干化、焚烧一体化，废气、废水、废渣综合利用的处置工艺，其特征在于：所述废水、废碴、废气综合利用，其中废渣综合利用将污泥焚烧步骤中高温气固分离下的固体灰渣综合利用，并制作成以灰渣为主要成分的免烧砖或免烧建筑板；将废烟气综合利用中，经废烟气气固分的固体颗粒物作为燃料返回到位于焚烧炉区域处的干泥存储容器内。

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